導 讀 

SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系統，即數據采集與監視控制系統。SCADA系統的應用領域很廣，它可以應用于電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據采集與監視控制以及過程控制等諸多領域。在電力系統以及電氣化鐵道上又稱遠動系統。

SCADA系統是以計算機為基礎的MDC。這里有涉及到什么是MDC？MDC (Manufacturing Data Collection & Status Management)是一套用來實時采集、并報表化和圖表化車間的詳細制造數據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現場的實時數據（包括設備、人員和生產任務等），將其存儲在Access , SQL 和 Oracle 等數據庫，并以精益制造(Lean Manufacturing)管理理念為基礎，結合系統自帶的近100種專用計算、分析和統計方法，以25,000多種報告和圖表直觀反映當前或過去某段時間的生產狀況，幫助企業生產部門通過反饋信息做出科學和有效的決策。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。由于各個應用領域對SCADA的要求不同，所以不同應用領域的SCADA系統發展也不完全相同。

在電力系統中，SCADA系統應用最為廣泛，技術發展也最為成熟。它作為能量管理系統（EMS系統）的一個最主要的子系統，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統運行狀態、加快決策、能幫助快速診斷出系統故障狀態等優勢，現已經成為電力調度不可缺少的工具。它對提高電網運行的可靠性、安全性與經濟效益，減輕調度員的負擔，實現電力調度自動化與現代化，提高調度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。

1. 過程報警

過程報警是過程數據庫的基本功能。告警處理應用軟件適用于所有的應用軟件，包括了SCADA應用軟件在數據處理和控制調節中的報警。報警是對測量值的范圍、變化速度的預警。報警包括限值報警，變化率報警，偏差報警，異常報警等。更復雜的報警可以通過對測量值進行數學運算，然后對運算結果進行報警檢查而產生。發生報警后，操作員可以通過報警畫面對報警進行“確認”，“確認”就是告訴系統我知道了發生的事，以免系統再次提醒。報警信息，報警確認信息，報警恢復（報警消除）等信息都可以被系統自動記錄下來。報警按照重要程度可分為多個優先級，如低級、高級、緊急。報警發生時系統可以通過多種方式通知用戶，如彈出報警窗、發出聲響，甚至可以發送短信或電子郵件。至于使用哪種方式，用戶可以自由指定。

2. 歷史存儲

對實時數據可以進行歷史存儲。歷史數據存儲軟件采集和村存儲了歷史數據，以作為調度計劃的數據基礎和用于運作報表的制作。對于生產狀況分析、實現先進/優化控制、以及生產事故分析非常重要，所以將重要的工藝數據都會進行長期歷史保存。為了節省存儲介質空間，對保存的數據使用壓縮保存。常用的保存方式有周期性保存和變化保存（數據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，如點內部處理（能夠完成幾種固定形式的功能，如量程轉換、報警檢查、PID運算），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、運算，這是通過SCADA的內置編程語言實現的。SCADA的提供的編程環境有的是內嵌VBA編譯器，有的是自定義的類似BASIC或類似C語言的編譯器。無論是哪種編程環境SCADA都要提供很多訪問自身數據的屬性、方法，以便在編程環境中與SCADA系統交互。這種內置的編程語言經常稱作“動作”，現在更多的稱呼是“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展系統功能。

腳本與一般編程語言類似，在腳本中提供多種運算操作（如賦值、數學運算、邏輯運算），控制語句（如條件判斷，循環，分支），以及內置函數等。有的SCADA還支持自定義函數。腳本的觸發方式有多種：一次性執行（如進入窗口時執行）；周期執行；事件觸發執行（如數據改變時執行，按鍵觸發）。腳本也能產生多種輸出動作：如向過程數據庫寫數據；發送短信；調用窗口；產生聲響等。

1.提高效率。SCADA的開發一般需要20~100人，并且不斷的采用新技術，吸取用戶的經驗，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，制成相應的模式或模塊，以幫助用戶快速實現自己的工程。因此使用SCADA可以跟上時代的發展，并能提高自己的工作效率。

    2.一致性。SCADA的提供固定的格式，讓用戶實現自己的工程，有的是填表式的，有的是向導式的。無論是誰來組態，同樣的工程要求，形成的組態結果都是相同的，或者差異很小。

    3.可維護性。SCADA內部功能強大，組織復雜，但是對用戶是透明的，所以用戶的組態工作量不大，或者只是重復性較大。因此工程易于維護。

第一代是基于專用計算機和專用操作系統的SCADA系統，如電力自動化研究院為華北電網開發的SD176系統以及在日本日立公司為我國鐵道電氣化遠動系統所設計的H-80M系統。這一階段是從計算機運用到SCADA系統時開始到70年代。

第二代是80年代基于通用計算機的SCADA系統，在第二代中，廣泛采用VAX等其它計算機以及其它通用工作站，操作系統一般是通用的UNIX操作系統。在這一階段，SCADA系統在電網調度自動化中與經濟運行分析，自動發電控制（AGC）以及網絡分析結合到一起構成了EMS系統（能量管理系統）。第一代與第二代SCADA系統的共同特點是基于集中式計算機系統，并且系統不具有開放性，因而系統維護，升級以及與其它聯網構成很大困難。

第三代是90年代按照開放的原則，基于分布式計算機網絡以及關系數據庫技術的能夠實現大范圍聯網的EMS/SCADA系統。這一階段是我國SCADA/EMS系統發展最快的階段，各種最新的計算機技術都匯集進SCADA/EMS系統中。這一階段也是我國對電力系統自動化以及電網建設投資最大的時期，國家計劃未來三年內投資2700億元改造城鄉電網可見國家對電力系統自動化以及電網建設的重視程度。

第四代SCADA/EMS系統的基礎條件已經誕生。該系統的主要特征是采用Internet技術、面向對象技術、神經網絡技術以及JAVA技術等技術，繼續擴大SCADA/EMS系統與其它系統的集成，綜合安全經濟運行以及商業化運營的需要。

典型的企業IT架構如下圖所示，ERP位于最上層，負責進銷存、財務、人力、生產計劃等宏觀層面的管理控制，其下是MES系統， 定位于車間層級，實現對生產工藝流程、質量等的把控，最下面是生產控制系統，通常稱為PLC、DCS等系統，直接監控生產設備 的啟停、開關等，實現產品制造過程。SCADA系統軟件即處于MES層與生產控制系統層之間，承上啟下，實現信息流有效的上傳下 達。MES和ERP屬于信息系統范疇，而PLC等生產控制系統屬于工業自動化范疇，兩者因為面向的領域不同，因此數據結構等存在 極大差異，屬于異構系統，不能直接進行數據交互，這種情況下，只能借助SCADA系統軟件來彌合兩者差異，實現數據互通。我 們經常聽到信息化工業化兩化融合、IT與OT融合等概念，這些概念的付諸實施同樣也需要SCADA系統軟件作為必不可少的中介。

從簡單的開關機到復雜的模擬量和字符串，制造數據涵蓋車間現場需求的各個方面。MDC通過多樣化的數據采集手段，讓數據的獲取擁有最大的可能。MDC通過與數控系統、PLC系統、以及機床電控部分的集成，實現對機床數據采集部分的自動化執行，不需要操作人員的手動操作，這樣既保證了數據的實時性，也減少了人工操作產生的失誤，保證數據的真實和準確性。 MDC設備運行狀態報告，可以顯示出當前每臺設備的運行狀態，包括是否空閑、空閑時間多少、是否加工中、加工時間是多少、狀態設置如何、正在運行中或是出了故障了？ 設備綜合利用率OEE報表，能夠準確清楚地分析出設備效率如何，在生產的哪個環節有多少損失，以及可以進行哪些改善工作？直觀、陣列式、色塊化的設備實時狀態跟蹤看板，將生產現場的設備狀況第一時間傳達給相應的使用者。企業通過對工廠設備狀態的實時了解，可以實現即時、高效、準確的精細化設備管理。

針對離散型加工業的特點，MDC在采集數據的數據挖掘方面，提供更為專業化的分析和處理?？蛻艋臄祿幚砗拓S富的圖形報表展示功能，涵蓋了車間應用的各個方面。并對設備和生產相關的關鍵數據進行統計和分析，如開機率，主軸運轉率，主軸負載率、NC運行率，故障率，設備綜合利用率（OEE），設備生產率，零部件合格率，質量百分比等等。

在多數制造型企業，SCADA系統軟件是和MES系統一起出現的，MES通過SCADA系統軟件與生產設備交互。MES與生產設備的交互分幾個層面。第一層是MES只讀取設備工藝數據，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向設備傳遞簡 單的非控制信息，比如生產批號、產品信息、配方設定信息等，實現簡單的交互。第三層是MES深度介入設備的運行控制，接管設備的啟停控制，根據需要隨時向設備下達設定值、工作元件的動作指令等。要達成目標，需要SCADA系統軟件集成商、設備供 應商以及設備使用方三方密切合作，這是最復雜的控制方式，但也是最靈活的方式，可以實現效益的最大化。

SCADA系統軟件最基礎的功能是數據采集顯示。對于制造企業，車間范圍內涉及大量的生產設備，這些設備分布在不同的位置， 由不同的供應商提供，采用不同的組態軟件，或在現場觸摸屏上或在獨立的PC機上顯示生產運行畫面，通訊協議不統一：例如PPI、MPI、PROFIBUS、PROFINET、MODBUS-RTU、MODBUS-TCP、MODBUS-ASCII、OPC等一些通用協議和專屬協議呈現不統一的現象。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導層的角度，如果要了解設備生產情況，是不可能到現場各個崗位都走一遍的。而當我們把視野放大，擴展到整個工廠范圍，或者是整個集團公司范圍，每一臺生產設備都是獨立存在，都是一座座信 息孤島，而SCADA系統軟件就是為了解決這一問題出現的。它采集所有相關設備的運行信息，并在統一的界面進行展示，我們所 關注范圍內的所有設備運行狀態可以一覽無余，管理人員坐在辦公室就可以對生產運行狀況做到胸有成竹。    

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

SCADA系統軟件較為完善的功能涉及對設備的控制和信息交互。此時，MES、SCADA系統軟件、生產控制系統作為密不可分的整體 ，經由SCADA系統軟件，MES系統可以直接為設備下達批次信息、產量信息、工藝參數設定值以及配方信息等，甚至直接控制設備的啟停運轉，并在生產過程中，設備運轉參數信息根據需要及時傳遞給MES系統進行記錄存儲，生產結束時，設備的生產運行時間、生產產量信息等都可以傳遞給MES系統處理，信息流在上下層之間順暢流通。   

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

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

而樹字工廠lightMES的智能三色燈，因為遵循交通燈一樣的紅燈停，黃燈等，綠燈行的規則，可以聯網所有的生產設備，解決生產設備聯網的通用性問題。智能三色燈聯網設備后，通過對現場設備系統集成，可以打通生產現場過程控制層與企業運營管理層間的聯系，并對關鍵設備聯網改造，實現設備層、信息管理系統的數據交互，實現對產品、生產進度、生產效率、質量信息、設備實時運行狀態、設備OEE等管理過程的可視化、數字化、智能化改善，提高生產效率和產品質量、降低生產成本和能耗，打造生產過程數字化管控能力，以支撐公司精益生產優勢，進而提升企業生產制造的網絡化、數字化、智能化水平，逐步實現制造業的智能制造。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，一周可以實現一條生產線的生產數字化。