監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集

前言

　　SCADA是英文“Supervisory Control And Data Acquisition”的簡稱，翻譯成中文就是“監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集”，有些文獻(xiàn)也簡略為監(jiān)控系統(tǒng)。一般來講，SCADA系統(tǒng)特指分布式計算機(jī)測控系統(tǒng)，主要用于測控點(diǎn)十分分散、分布范圍廣泛的生產(chǎn)過程或設(shè)備的監(jiān)控，通常情況下，測控現(xiàn)場是無人或少人值班。如城市排水泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、城市煤氣管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控等、電力行業(yè)調(diào)度自動化等。SCADA系統(tǒng)在硬件上不如DCS或FCS等系統(tǒng)緊湊和專用，但系統(tǒng)更加開放和多樣，組成更加靈活。SCADA系統(tǒng)在控制層面上至少具有兩層結(jié)構(gòu)以及連接兩個控制層的通信網(wǎng)絡(luò)，這兩層設(shè)備是處于測控現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集與控制終端設(shè)備（通常稱作下位機(jī)——Slave Computer）和位于中控室的集中監(jiān)視、管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)（上位機(jī)——Master Computer）?！　∮捎赟CADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，而不同應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)和監(jiān)控要求又導(dǎo)致SCADA系統(tǒng)解決方案的多樣性和行業(yè)特征，從而導(dǎo)致對SCADA系統(tǒng)的認(rèn)識有所不同。但不論在哪個領(lǐng)域應(yīng)用，用戶對SCADA系統(tǒng)的功能要求是一致的。從其名稱可以看出，其包含兩個層次的基本功能：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)督控制。因而，SCADA系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、開發(fā)工具等方面是有許多共性的，本書正是針對性地介紹SCADA系統(tǒng)中的共性內(nèi)容，特別近些年來控制領(lǐng)域出現(xiàn)的一些新的技術(shù)和規(guī)范?！　∪珪卜?章，主要內(nèi)容介紹如下。　　第1章是SCADA系統(tǒng)概述，主要介紹什么是SCADA系統(tǒng)、系統(tǒng)組成、功能、特點(diǎn)及其應(yīng)用，對SCADA系統(tǒng)與DCS和PLC也進(jìn)行了比較?！　〉?章是數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要介紹SCADA系統(tǒng)中常用的通信手段和技術(shù)，由于SCADA系統(tǒng)廣泛用于測控點(diǎn)較為分散、測控設(shè)備分布范圍廣的領(lǐng)域，因此，實(shí)現(xiàn)通信的手段和技術(shù)很多，涵蓋了目前主流的有線與無線通信?！　〉?章是I／O接口與數(shù)據(jù)采集技術(shù)，主要介紹了數(shù)據(jù)采集中有關(guān)輸入／輸出接口知識、SCADA系統(tǒng)中常用的數(shù)據(jù)采集方法與編程、基于Internet的數(shù)據(jù)采集等?！　〉?章是工業(yè)控制數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)-OPC規(guī)范，主要介紹了OPC規(guī)范的產(chǎn)生、特點(diǎn)、主要內(nèi)容、OPC的體系結(jié)構(gòu)和OPC服務(wù)器與客戶程序開發(fā)及應(yīng)用?！　〉?章是工業(yè)控制組態(tài)軟件，主要介紹了組態(tài)軟件的產(chǎn)生和發(fā)展歷史、組態(tài)軟件的主要功能和組成、主流的組態(tài)軟件產(chǎn)品及嵌入式組態(tài)軟件技術(shù)，對采用組態(tài)軟件開發(fā)SCADA系統(tǒng)人機(jī)界面也做了詳細(xì)介紹?！　〉?章是工業(yè)控制編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3，主要介紹了該標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生、特點(diǎn)、基本內(nèi)容，特別是對公共元素和編程語言做了比較系統(tǒng)介紹，最后還介紹了幾種支持該標(biāo)準(zhǔn)的軟件產(chǎn)品。　　第7章是基于PC的控制技術(shù)，主要介紹了該技術(shù)的產(chǎn)生背景和特點(diǎn)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、主要的產(chǎn)品和解決方案，特別是對基于該技術(shù)產(chǎn)生的新型控制器——可編程自動化控制器做了分析?！　〉?章是SCADA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)，主要介紹了SCADA系統(tǒng)開發(fā)的原則、步驟、控制策略與PID算法、調(diào)試與運(yùn)行、可靠性設(shè)計及抗干擾措施等?！　〉?章是SCADA系統(tǒng)應(yīng)用案例分析，介紹了幾個富有特色的應(yīng)用案例。　　這9章內(nèi)容中，第1章內(nèi)容是SCADA系統(tǒng)概述，第3、6和7章與SCADA系統(tǒng)下位機(jī)關(guān)系比較緊密，而第5章與上位機(jī)關(guān)系緊密，第2、4章屬于SCADA系統(tǒng)中的上、下位機(jī)通信內(nèi)容，這些內(nèi)容都是屬于SCADA系統(tǒng)開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。第8章是關(guān)于SCADA系統(tǒng)集成，而第9章是案例分析，綜合利用了前8章的內(nèi)容。除了第9章外，在第2～7章也都有相應(yīng)的實(shí)例?！　∽髡唛L期以來從事計算機(jī)控制及SCADA系統(tǒng)的教學(xué)與系統(tǒng)開發(fā)，于2004年就編寫了相關(guān)的講義，在全日制本科生和成教學(xué)生中使用，取得了較好的效果。結(jié)合作者的經(jīng)驗、體會、SCADA系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和大量相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)，作者編寫了該書?！　”緯~西寧副教授編寫了3.2節(jié)部分內(nèi)容外，其他章節(jié)都由王華忠編著。研究生王洪鵬、謝宏健和蔣健雷等幫助繪制了部分插圖，在此表示感謝。本書的編寫得到了華東理工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和教材出版基金支持，在此特表感謝！此外，作者還要感謝華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和自動化系教師的關(guān)心和支持。感謝西門子自動化與驅(qū)動、北京亞控科技、北京安控科技、美國OPTO 22、研華科技、泓格科技、上海寶昌自動化、深圳華夏盛等提供的技術(shù)資料。在編寫過程中參考了許多書籍和資料，在此也向有關(guān)作者表示感謝?！　楸阌诮虒W(xué)，凡采用本書作為教材的，作者免費(fèi)提供電子教案，可在華信教育資源網(wǎng)（www.hxedu.com.cn）下載?！　∮捎跁r間和編著者的水平所限，錯漏在所難免，懇請讀者提出批評建議，以便進(jìn)一步修訂，同時歡迎大家交流討論，作者的E-mail是：hzwang@ecust.edu.cn?！　【幹摺　?009年8月于上海

內(nèi)容概要

　　本書系統(tǒng)地介紹了監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)，對SCADA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)，包括OPC規(guī)范、I／O接口與數(shù)據(jù)采集、IEC61131-3編程語言標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)控制組態(tài)軟件、基于PC的控制、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和SCADA系統(tǒng)集成等作了詳實(shí)的介紹，并通過實(shí)際應(yīng)用案例來加深讀者對內(nèi)容的理解與掌握。此外，對SCADA系統(tǒng)開發(fā)中的一些典型軟、硬件產(chǎn)品及其使用也做了介紹?！　”緯鴤?cè)重于SCADA系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)中的關(guān)鍵與主流技術(shù)和系統(tǒng)集成及其應(yīng)用，注重實(shí)用性與新穎性。　　本書可作為自動化、測控技術(shù)及儀器、電氣工程及其自動化等相關(guān)專業(yè)大學(xué)本科生、研究生的教材，也可作為工控企業(yè)、自動化工程公司和相關(guān)工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章　SCADA系統(tǒng)概述　　1.1　SCADA系統(tǒng)概念　　1.2　SCADA系統(tǒng)組成　　　1.2.1　下位機(jī)系統(tǒng)　　　1.2.2　上位機(jī)系統(tǒng)（監(jiān)控中心）　　　1.2.3　通信網(wǎng)絡(luò)　　　1.2.4　檢測和執(zhí)行設(shè)備　　1.3　SCADA系統(tǒng)典型架構(gòu)　　　1.3.1　客戶機(jī)／服務(wù)器結(jié)構(gòu)　　　1.3.2　瀏覽器／服務(wù)器結(jié)構(gòu)　　　1.3.3　兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較　　1.4　SCADA、PLC與DCS　　1.5　SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用　　1.6　SCADA系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)　第2章　數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)　　2.1　SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信　　2.2　數(shù)據(jù)通信概述　　　2.2.1　數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成　　　2.2.2　數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸讉€基本概念　　　2.2.3　差錯控制　　2.3　通用串行通信　　　2.3.1　串行通信參數(shù)　　　2.3.2　流量控制　　　2.3.3　RS-232C接口特性與串行通信　　　2.3.4　RS-422與RS-485串行接口　　　2.3.5　RS-485網(wǎng)絡(luò)的主從式通信　　　2.3.6　串口服務(wù)器　　2.4　Modbus通信協(xié)議　　　2.4.1　Modbus協(xié)議概述　　　2.4.2　常用Modbus協(xié)議　　2.5　現(xiàn)場總線技術(shù)　　　2.5.1　現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)　　　2.5.2　幾種有影響的現(xiàn)場總線　　2.6　SCADA系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)　　　2.6.1　通信網(wǎng)絡(luò)概述　　　2.6.2　計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與分類　　　2.6.3　網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)　　　2.6.4　介質(zhì)訪問控制方式　　　2.6.5　網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與參考模型　　2.7　Internet上的協(xié)議　　　2.7.1　TCP協(xié)議　　　2.7.2　UDP協(xié)議　　　2.7.3　網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議　　2.8　以太網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)　　　2.8.1　以太網(wǎng)　　　2.8.2　以太網(wǎng)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范　　　2.8.3　工業(yè)以太網(wǎng)　　2.9　SCADA系統(tǒng)中無線通信技術(shù)　　　2.9.1　SCADA系統(tǒng)常用無線通信技術(shù)　　　2.9.2　短程無線通信技術(shù)　　　2.9.3　數(shù)傳電臺及其應(yīng)用　　　2.9.4　GPRS無線通信技術(shù)及其應(yīng)用　第3章　I／O接口與數(shù)據(jù)采集技術(shù)　　3.1　SCADA系統(tǒng)I／O接口概述　　3.2　過程I／O接口　　　3.2.1　模擬量輸入通道　　　3.2.2　模擬量輸出通道　　　3.2.3　開關(guān)量輸入／輸出通道　　3.3　基于PC的數(shù)據(jù)采集技術(shù)　　　3.3.1　常用的數(shù)據(jù)采集方法　　　3.3.2　數(shù)據(jù)采集中的I／O控制方式　　3.4　基于PC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)編程　　　3.4.1　基于DLL的數(shù)據(jù)采集　　　3.4.2　基于ActiveX的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計　　　3.4.3　PC總線I／O板卡設(shè)備數(shù)據(jù)采集編程　　3.5　基于PLC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)編程　　　3.5.1　用PLC與數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行模擬量采集編程　　　3.5.2　用PLC與智能儀表配合進(jìn)行數(shù)據(jù)采集編程　　　3.5.3　用PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集編程　　3.6　基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集技術(shù)　　　3.6.1　虛擬儀器技術(shù)　　　3.6.2　虛擬儀器軟件開發(fā)平臺　　3.7　基于Web的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控　　　3.7.1　基于Web的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控　　　3.7.2　利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問　　　3.7.3　利用ASP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問　第4章　工業(yè)控制數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)——OPC規(guī)范　　4.1　OPC的開發(fā)背景和歷史　　4.2　OPC的關(guān)鍵技術(shù)與體系結(jié)構(gòu)　　　4.2.1　COM與DCOM技術(shù)　　　4.2.2　COM主要特性　　　4.2.3　基于OPC的客戶機(jī)／服務(wù)器數(shù)據(jù)交換模型　　4.3　OPC分層模型結(jié)構(gòu)與對象接口　　　4.3.1　OPC　分層模型結(jié)構(gòu)　　　4.3.2　OPC對象接口　　4.4　OPC接口與數(shù)據(jù)訪問方法　　　4.4.1　OPC接口　　　4.4.2　OPC數(shù)據(jù)訪問方法　　4.5　其他OPC規(guī)范　　　4.5.1　OPC報警與事件　　　4.5.2　OPC歷史數(shù)據(jù)存取　　　4.5.3　OPC批量服務(wù)器　　4.6　OPC服務(wù)器與客戶程序設(shè)計　　　4.6.1　OPC服務(wù)器設(shè)計　　　4.6.2　OPC　客戶程序設(shè)計　　　4.6.3　OPC軟件工具包　　　4.6.4　互操作性測試　　4.7　組態(tài)軟件網(wǎng)絡(luò)OPC功能使用說明　　　4.7.1　配置充當(dāng)OPC服務(wù)器的機(jī)器　　　4.7.2　組態(tài)軟件作為OPC客戶端與OPC服務(wù)器連接　第5章　工業(yè)控制組態(tài)軟件　第6章　工業(yè)控制編程語言標(biāo)準(zhǔn)　IEC　61131-3　第7章　基于PC的控制技術(shù)　第8章　SCADA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)　第9章　SCADA系統(tǒng)應(yīng)用案例分析　參考文獻(xiàn)　

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