導(dǎo) 讀 

SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動系統(tǒng)。

SCADA系統(tǒng)是以計算機(jī)為基礎(chǔ)的MDC。這里有涉及到什么是MDC？MDC (Manufacturing Data Collection & Status Management)是一套用來實(shí)時采集、并報表化和圖表化車間的詳細(xì)制造數(shù)據(jù)和過程的軟硬件解決方案。

MDC 通過多種靈活的方法獲取生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時數(shù)據(jù)（包括設(shè)備、人員和生產(chǎn)任務(wù)等），將其存儲在Access , SQL 和 Oracle 等數(shù)據(jù)庫，并以精益制造(Lean Manufacturing)管理理念為基礎(chǔ)，結(jié)合系統(tǒng)自帶的近100種專用計算、分析和統(tǒng)計方法，以25,000多種報告和圖表直觀反映當(dāng)前或過去某段時間的生產(chǎn)狀況，幫助企業(yè)生產(chǎn)部門通過反饋信息做出科學(xué)和有效的決策。它可以對現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項(xiàng)功能。由于各個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。

在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它作為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。

1. 過程報警

過程報警是過程數(shù)據(jù)庫的基本功能。告警處理應(yīng)用軟件適用于所有的應(yīng)用軟件，包括了SCADA應(yīng)用軟件在數(shù)據(jù)處理和控制調(diào)節(jié)中的報警。報警是對測量值的范圍、變化速度的預(yù)警。報警包括限值報警，變化率報警，偏差報警，異常報警等。更復(fù)雜的報警可以通過對測量值進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，然后對運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行報警檢查而產(chǎn)生。發(fā)生報警后，操作員可以通過報警畫面對報警進(jìn)行“確認(rèn)”，“確認(rèn)”就是告訴系統(tǒng)我知道了發(fā)生的事，以免系統(tǒng)再次提醒。報警信息，報警確認(rèn)信息，報警恢復(fù)（報警消除）等信息都可以被系統(tǒng)自動記錄下來。報警按照重要程度可分為多個優(yōu)先級，如低級、高級、緊急。報警發(fā)生時系統(tǒng)可以通過多種方式通知用戶，如彈出報警窗、發(fā)出聲響，甚至可以發(fā)送短信或電子郵件。至于使用哪種方式，用戶可以自由指定。

2. 歷史存儲

對實(shí)時數(shù)據(jù)可以進(jìn)行歷史存儲。歷史數(shù)據(jù)存儲軟件采集和村存儲了歷史數(shù)據(jù)，以作為調(diào)度計劃的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和用于運(yùn)作報表的制作。對于生產(chǎn)狀況分析、實(shí)現(xiàn)先進(jìn)/優(yōu)化控制、以及生產(chǎn)事故分析非常重要，所以將重要的工藝數(shù)據(jù)都會進(jìn)行長期歷史保存。為了節(jié)省存儲介質(zhì)空間，對保存的數(shù)據(jù)使用壓縮保存。常用的保存方式有周期性保存和變化保存（數(shù)據(jù)只有變化到一定程度才保存）。

3. 腳本語言

除了固定格式的功能，如點(diǎn)內(nèi)部處理（能夠完成幾種固定形式的功能，如量程轉(zhuǎn)換、報警檢查、PID運(yùn)算），動畫連接（能夠完成幾種固定形式的動畫，如顏色、位置改變）等，SCADA還允許用戶定義特殊的邏輯、運(yùn)算，這是通過SCADA的內(nèi)置編程語言實(shí)現(xiàn)的。SCADA的提供的編程環(huán)境有的是內(nèi)嵌VBA編譯器，有的是自定義的類似BASIC或類似C語言的編譯器。無論是哪種編程環(huán)境SCADA都要提供很多訪問自身數(shù)據(jù)的屬性、方法，以便在編程環(huán)境中與SCADA系統(tǒng)交互。這種內(nèi)置的編程語言經(jīng)常稱作“動作”，現(xiàn)在更多的稱呼是“腳本”。這里的腳本與Excel中的“宏”類似。通過腳本用戶可以自由擴(kuò)展系統(tǒng)功能。

腳本與一般編程語言類似，在腳本中提供多種運(yùn)算操作（如賦值、數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算），控制語句（如條件判斷，循環(huán)，分支），以及內(nèi)置函數(shù)等。有的SCADA還支持自定義函數(shù)。腳本的觸發(fā)方式有多種：一次性執(zhí)行（如進(jìn)入窗口時執(zhí)行）；周期執(zhí)行；事件觸發(fā)執(zhí)行（如數(shù)據(jù)改變時執(zhí)行，按鍵觸發(fā)）。腳本也能產(chǎn)生多種輸出動作：如向過程數(shù)據(jù)庫寫數(shù)據(jù)；發(fā)送短信；調(diào)用窗口；產(chǎn)生聲響等。

1.提高效率。SCADA的開發(fā)一般需要20~100人，并且不斷的采用新技術(shù)，吸取用戶的經(jīng)驗(yàn)，在使用中不斷提高。SCADA綜合用戶的需求，將工程中共性東西提煉出來，制成相應(yīng)的模式或模塊，以幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)自己的工程。因此使用SCADA可以跟上時代的發(fā)展，并能提高自己的工作效率。

    2.一致性。SCADA的提供固定的格式，讓用戶實(shí)現(xiàn)自己的工程，有的是填表式的，有的是向?qū)降摹o論是誰來組態(tài)，同樣的工程要求，形成的組態(tài)結(jié)果都是相同的，或者差異很小。

    3.可維護(hù)性。SCADA內(nèi)部功能強(qiáng)大，組織復(fù)雜，但是對用戶是透明的，所以用戶的組態(tài)工作量不大，或者只是重復(fù)性較大。因此工程易于維護(hù)。

第一代是基于專用計算機(jī)和專用操作系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)，如電力自動化研究院為華北電網(wǎng)開發(fā)的SD176系統(tǒng)以及在日本日立公司為我國鐵道電氣化遠(yuǎn)動系統(tǒng)所設(shè)計的H-80M系統(tǒng)。這一階段是從計算機(jī)運(yùn)用到SCADA系統(tǒng)時開始到70年代。

第二代是80年代基于通用計算機(jī)的SCADA系統(tǒng)，在第二代中，廣泛采用VAX等其它計算機(jī)以及其它通用工作站，操作系統(tǒng)一般是通用的UNIX操作系統(tǒng)。在這一階段，SCADA系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度自動化中與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，自動發(fā)電控制（AGC）以及網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)合到一起構(gòu)成了EMS系統(tǒng)（能量管理系統(tǒng)）。第一代與第二代SCADA系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是基于集中式計算機(jī)系統(tǒng)，并且系統(tǒng)不具有開放性，因而系統(tǒng)維護(hù)，升級以及與其它聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成很大困難。

第三代是90年代按照開放的原則，基于分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的EMS/SCADA系統(tǒng)。這一階段是我國SCADA/EMS系統(tǒng)發(fā)展最快的階段，各種最新的計算機(jī)技術(shù)都匯集進(jìn)SCADA/EMS系統(tǒng)中。這一階段也是我國對電力系統(tǒng)自動化以及電網(wǎng)建設(shè)投資最大的時期，國家計劃未來三年內(nèi)投資2700億元改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)可見國家對電力系統(tǒng)自動化以及電網(wǎng)建設(shè)的重視程度。

第四代SCADA/EMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件已經(jīng)誕生。該系統(tǒng)的主要特征是采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及JAVA技術(shù)等技術(shù)，繼續(xù)擴(kuò)大SCADA/EMS系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成，綜合安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及商業(yè)化運(yùn)營的需要。

典型的企業(yè)IT架構(gòu)如下圖所示，ERP位于最上層，負(fù)責(zé)進(jìn)銷存、財務(wù)、人力、生產(chǎn)計劃等宏觀層面的管理控制，其下是MES系統(tǒng)， 定位于車間層級，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)工藝流程、質(zhì)量等的把控，最下面是生產(chǎn)控制系統(tǒng)，通常稱為PLC、DCS等系統(tǒng)，直接監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備 的啟停、開關(guān)等，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過程。SCADA系統(tǒng)軟件即處于MES層與生產(chǎn)控制系統(tǒng)層之間，承上啟下，實(shí)現(xiàn)信息流有效的上傳下 達(dá)。MES和ERP屬于信息系統(tǒng)范疇，而PLC等生產(chǎn)控制系統(tǒng)屬于工業(yè)自動化范疇，兩者因?yàn)槊嫦虻念I(lǐng)域不同，因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等存在 極大差異，屬于異構(gòu)系統(tǒng)，不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這種情況下，只能借助SCADA系統(tǒng)軟件來彌合兩者差異，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。我 們經(jīng)常聽到信息化工業(yè)化兩化融合、IT與OT融合等概念，這些概念的付諸實(shí)施同樣也需要SCADA系統(tǒng)軟件作為必不可少的中介。

從簡單的開關(guān)機(jī)到復(fù)雜的模擬量和字符串，制造數(shù)據(jù)涵蓋車間現(xiàn)場需求的各個方面。MDC通過多樣化的數(shù)據(jù)采集手段，讓數(shù)據(jù)的獲取擁有最大的可能。MDC通過與數(shù)控系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、以及機(jī)床電控部分的集成，實(shí)現(xiàn)對機(jī)床數(shù)據(jù)采集部分的自動化執(zhí)行，不需要操作人員的手動操作，這樣既保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時性，也減少了人工操作產(chǎn)生的失誤，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)和準(zhǔn)確性。 MDC設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)報告，可以顯示出當(dāng)前每臺設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括是否空閑、空閑時間多少、是否加工中、加工時間是多少、狀態(tài)設(shè)置如何、正在運(yùn)行中或是出了故障了？ 設(shè)備綜合利用率OEE報表，能夠準(zhǔn)確清楚地分析出設(shè)備效率如何，在生產(chǎn)的哪個環(huán)節(jié)有多少損失，以及可以進(jìn)行哪些改善工作？直觀、陣列式、色塊化的設(shè)備實(shí)時狀態(tài)跟蹤看板，將生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備狀況第一時間傳達(dá)給相應(yīng)的使用者。企業(yè)通過對工廠設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時了解，可以實(shí)現(xiàn)即時、高效、準(zhǔn)確的精細(xì)化設(shè)備管理。

針對離散型加工業(yè)的特點(diǎn)，MDC在采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘方面，提供更為專業(yè)化的分析和處理。客戶化的數(shù)據(jù)處理和豐富的圖形報表展示功能，涵蓋了車間應(yīng)用的各個方面。并對設(shè)備和生產(chǎn)相關(guān)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，如開機(jī)率，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)率，主軸負(fù)載率、NC運(yùn)行率，故障率，設(shè)備綜合利用率（OEE），設(shè)備生產(chǎn)率，零部件合格率，質(zhì)量百分比等等。

在多數(shù)制造型企業(yè)，SCADA系統(tǒng)軟件是和MES系統(tǒng)一起出現(xiàn)的，MES通過SCADA系統(tǒng)軟件與生產(chǎn)設(shè)備交互。MES與生產(chǎn)設(shè)備的交互分幾個層面。第一層是MES只讀取設(shè)備工藝數(shù)據(jù)，然后將得到的信息匯總到電子批記錄，代替人工填寫。第二層是MES向設(shè)備傳遞簡 單的非控制信息，比如生產(chǎn)批號、產(chǎn)品信息、配方設(shè)定信息等，實(shí)現(xiàn)簡單的交互。第三層是MES深度介入設(shè)備的運(yùn)行控制，接管設(shè)備的啟停控制，根據(jù)需要隨時向設(shè)備下達(dá)設(shè)定值、工作元件的動作指令等。要達(dá)成目標(biāo)，需要SCADA系統(tǒng)軟件集成商、設(shè)備供 應(yīng)商以及設(shè)備使用方三方密切合作，這是最復(fù)雜的控制方式，但也是最靈活的方式，可以實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

SCADA系統(tǒng)軟件最基礎(chǔ)的功能是數(shù)據(jù)采集顯示。對于制造企業(yè)，車間范圍內(nèi)涉及大量的生產(chǎn)設(shè)備，這些設(shè)備分布在不同的位置， 由不同的供應(yīng)商提供，采用不同的組態(tài)軟件，或在現(xiàn)場觸摸屏上或在獨(dú)立的PC機(jī)上顯示生產(chǎn)運(yùn)行畫面，通訊協(xié)議不統(tǒng)一：例如PPI、MPI、PROFIBUS、PROFINET、MODBUS-RTU、MODBUS-TCP、MODBUS-ASCII、OPC等一些通用協(xié)議和專屬協(xié)議呈現(xiàn)不統(tǒng)一的現(xiàn)象。站在崗位操作人員的角度 ，這種狀況無可厚非，可是站在車間管理人員或是公司領(lǐng)導(dǎo)層的角度，如果要了解設(shè)備生產(chǎn)情況，是不可能到現(xiàn)場各個崗位都走一遍的。而當(dāng)我們把視野放大，擴(kuò)展到整個工廠范圍，或者是整個集團(tuán)公司范圍，每一臺生產(chǎn)設(shè)備都是獨(dú)立存在，都是一座座信 息孤島，而SCADA系統(tǒng)軟件就是為了解決這一問題出現(xiàn)的。它采集所有相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行信息，并在統(tǒng)一的界面進(jìn)行展示，我們所 關(guān)注范圍內(nèi)的所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可以一覽無余，管理人員坐在辦公室就可以對生產(chǎn)運(yùn)行狀況做到胸有成竹。    

SCADA系統(tǒng)軟件衍生的功能是遠(yuǎn)程監(jiān)控。比如石油化工行業(yè)中有遠(yuǎn)在千里之外的無人工作站，沒有SCADA系統(tǒng)軟件的存在，這些就徹底淪為盲區(qū)，而有了SCADA系統(tǒng)軟件的協(xié)助，我們就仿佛有了千里眼順風(fēng)耳，距離就不再成為問題。再如制藥行業(yè)都會涉及公用工程，這些設(shè)備和系統(tǒng)往往分布在不同的樓層不同的區(qū)域，運(yùn)行維護(hù)人員不可能做到全天候的巡檢，而借助SCADA系統(tǒng)軟件， 就免除了東奔西走之苦，遇到異常情況可以迅速做出響應(yīng)。

SCADA系統(tǒng)軟件較為完善的功能涉及對設(shè)備的控制和信息交互。此時，MES、SCADA系統(tǒng)軟件、生產(chǎn)控制系統(tǒng)作為密不可分的整體 ，經(jīng)由SCADA系統(tǒng)軟件，MES系統(tǒng)可以直接為設(shè)備下達(dá)批次信息、產(chǎn)量信息、工藝參數(shù)設(shè)定值以及配方信息等，甚至直接控制設(shè)備的啟停運(yùn)轉(zhuǎn)，并在生產(chǎn)過程中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)信息根據(jù)需要及時傳遞給MES系統(tǒng)進(jìn)行記錄存儲，生產(chǎn)結(jié)束時，設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行時間、生產(chǎn)產(chǎn)量信息等都可以傳遞給MES系統(tǒng)處理，信息流在上下層之間順暢流通。   

作為現(xiàn)代企業(yè)，精益生產(chǎn)以及對效率的追求都向我們提出了新的需求，能源消耗管理和設(shè)備利用率（OEE）管理等獲得了越來越多的關(guān)注，此類問題的實(shí)現(xiàn)也要有賴于SCADA系統(tǒng)軟件的幫助。作為SCADA系統(tǒng)軟件的使用者，制造企業(yè)必須在調(diào)研初期就明確真實(shí)需求，根據(jù)企業(yè)的發(fā)展階段，既不能遺漏功能需求，也不能單純追求高大上而好高騖遠(yuǎn)。正確的定位是SCADA系統(tǒng)軟件項(xiàng)目實(shí)施成功的基礎(chǔ)。近些年，德國大力提倡的工業(yè)4.0，我國提出的智能制造2025等制 造業(yè)升級改造計劃，SCADA系統(tǒng)軟件作為數(shù)據(jù)交互的基礎(chǔ)，也是無法缺席的。

SCADA系統(tǒng)非常好，不過有其局限性，就是對設(shè)備的信息化要求比較高；而在車間范圍內(nèi)涉及大量的生產(chǎn)設(shè)備，這些設(shè)備分布在不同的位置，由不同的供應(yīng)商提供，設(shè)備的新舊年份也不一樣，而且很多品牌的設(shè)備不對外開放接口，或者開放收費(fèi)很高（比如馬扎克），還有很多設(shè)備是老舊設(shè)備，根本沒有對外的數(shù)據(jù)接口。這就導(dǎo)致SCADA系統(tǒng)設(shè)備種類覆蓋的局限性。        

而樹字工廠lightMES的智能三色燈，因?yàn)樽裱煌粢粯拥募t燈停，黃燈等，綠燈行的規(guī)則，可以聯(lián)網(wǎng)所有的生產(chǎn)設(shè)備，解決生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的通用性問題。智能三色燈聯(lián)網(wǎng)設(shè)備后，通過對現(xiàn)場設(shè)備系統(tǒng)集成，可以打通生產(chǎn)現(xiàn)場過程控制層與企業(yè)運(yùn)營管理層間的聯(lián)系，并對關(guān)鍵設(shè)備聯(lián)網(wǎng)改造，實(shí)現(xiàn)設(shè)備層、信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品、生產(chǎn)進(jìn)度、生產(chǎn)效率、質(zhì)量信息、設(shè)備實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備OEE等管理過程的可視化、數(shù)字化、智能化改善，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和能耗，打造生產(chǎn)過程數(shù)字化管控能力，以支撐公司精益生產(chǎn)優(yōu)勢，進(jìn)而提升企業(yè)生產(chǎn)制造的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化水平，逐步實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的智能制造。而且一天可以安裝部署一個車間，打造高大上的電子看板。另外可以很方便的升級到MES，一周可以實(shí)現(xiàn)一條生產(chǎn)線的生產(chǎn)數(shù)字化。