遠程測控系統的發展
http://www.debgrams.com 2011-12-12 17:15 來源：中國自動化學會專家咨詢工作委員會
一、遠程測控系統的發展及需求
作為遠程測控系統，廣義看它包括局域網和城域網、城際網（廣域網），通信距離從幾公里到幾百公里，甚至更遠，地域跨越城市內和城市間，直至陸地、天空、海洋。狹義看，它是指如下系統，即各現場測點分散（1~2公里），以測量和數據采集為主，控制比較少、比較簡單（泵啟停或單回路調節）、就地控制（類似基地式儀表）等，檢測分散但數據處理及顯示操作集中，數據處理量大，數據傳輸介質多種、數據傳輸方式也多樣化。
作為遠程測控系統（RMCS），和工業上常用的DCS、PLCS等以工廠自動化為目標的控制系統相比，是有差異的。RMCS、DCS、PLCS都是以“3Ｃ”技術為基礎，但是DCS等在通訊（Communication）技術方面跟蹤世界潮流不及RMCS快（詳見本文第二節），在開拓市場方面，RMCS更是受到青睞，我國以生產DCS等產品為主的和利時、浙江中控、上自儀等公司，都開展了RMCS的業務，其中以軌道交通相關的測控系統最為顯著。
作為數字通信，遠程測控系統的數據傳輸方式有工程實例的種類很多，如電力線帶無線載波；銅纜電話線及光纖通訊傳輸（如ADSL非對稱數字用戶環路等）；數傳無線電臺傳輸（利用免申請頻率或申請專用頻點——窄帶、點對點或點對多點）；利用移動通訊（手機）資源傳輸（CDMA碼分多址、GPRS通用分組無線服務即GSM的延續、3G高速數據傳輸的蜂窩移動通訊）；利用互聯網資源直至三網融合、利用衛星通訊等。
作為遠程測控系統的測量端的現場層，各行業情況差異很大。一般單個測量儀表多接到RTU上(RTU：Remote Terminal Unit遠程終端單位)，形成多點I/O集中，安裝在現場或現場附近，可經數據傳輸電臺發射接收無線信號，連入網絡。有些行業發展到在單個變送器上可發射接收無線電波，從而多臺變送器和監視站形成無線局域網。RFID射頻識別技術做到智能卡貼到物體上，可以發射、接收無線電波，做到“物與物相聯”，這也是物聯網的基礎。同時使遠程測控系統功能擴大，獲得“物體”地理位置等信息。遠程故障診斷及遠程維護技術已發展十多年，也對遠程測控系統提出更高要求。
遠程測控系統對來自現場的數據，有的要求連續測量數據，有的則要求定時傳輸來的數據，所以現在的無線傳輸的變送器，可以斷續工作，從而節省了能量，做到了低功耗，所以現場儀表可以用電池供電。
由于在網絡中形成集中監視站，這就產生了SCADA軟件（監視和數據采集，Supervisory Control and Data Acquisition），該測控系統也稱為SCADA系統。
在實際應用中，油田、市政工程（自來水廠的水源地、城市煤氣穩壓站等），大型工廠的公用工程（原料或成品的儲運，電力、熱力、水汽等供應，為了調度需要，某些工廠內與各車間的DCS平行而專設測控系統）、輸油輸氣管線、電網調度、移動設備（交通工具、工程機械、大型車間內天車等）采用SCADA系統和無線傳輸用RTU的工程實例較多，但由于近來可被選擇的相關設備種類很多，所以RTU等現場設備和人機界面等中控室設備，或網絡設備，面臨著更新換代的問題。作為自動化行業，解決幾十公里或幾公里或一公里以內的測控系統的問題，是我們的要務，為各行業提供解決方案和做好服務是我們在市場中立足的要務。提供幾公里內的現場測量儀表和RTU是自動化儀表制造行業的責任，提供對應接口和驅動軟件，應該滿足主流網絡的要求。
在更廣的范圍內，工業現場以外，遠測測控也在發展，如自然環境的地質、水文、海嘯預測的傳感網，各種大型建筑物、大型設備、消防和有毒氣體的監測（包括礦山）、糧庫等社會公共資源的監測等。特別是由于傳感器技術和無線通信技術的發展，使傳感器和信號傳輸的成本下降，能耗降低，使泛在感知技術逐步普及，傳感網或物聯網成為新興產業。
有線和無線通信介質的兼容，數據信號擴大到聲音、圖像等多媒體。信號、網絡結構多樣化及網格結構的流行，使遠程測控系統形成異構系統，所以需要進一步的學習數據通信技術。
二、SCADA系統與SCADA軟件
1、遠程測控系統按功能分層因行業而異，一是多樣化，二是扁平化，這與通信系統結構的發展及管理調度和操作方式發展有關。一般現在分現場層、監視層、管理層三層。
2、監視層所指的中控室及與現場分散設備相接口的部分，這是狹義上的SCADA系統。從硬件上看，分為人機界面設備和數據采集設備，現場為無線通信情況下，還有通信處理前置機，人機界面設備監視站內配有中心數據庫，由于Web技術的發展，有各種服務器/客戶器或服務器/瀏覽器。如某SCADA系統的調度中心的配置為：服務器、廣域骨干網、工作站、通信前置機等。人機界面與多媒體結合，大型視頻墻（Video Wall）等在中控室或指揮中心常被采用。
3、監視層SCADA系統中對應的軟件即SCADA軟件，包括人機界面軟件和數據采集軟件。所以對應軟件可寫成HMI/SCADA軟件。目前SCADA軟件已經成為獨立的產品，在工控行業又稱為組態軟件。國外著名品牌有FIX、Intouch等，國內有組態王、三維力控等。它已由主要解決人機界面問題，而擴大至組態控制策略，建立實時數據庫、通信及聯網，提供各種I/O的驅動程序等，完成系統集成的軟件工程全部軟件支持任務。它的主要功能組件有：應用程序管理器、圖形界面開發/運行程序、實時數據庫系統組態/運行程序、I/O驅動程序等。其他功能組件還有：通用數據庫接口（ODBC接口）/運行程序、控制策略編輯/生成組件、實用通信程序組件等。
其中實用通信程序組件的功能包括：用于雙機冗余系統中主機與從機間的通信、關于多種通信介質的應用（如以太網、RS485、RS232、PSTN、GSM等），Server/Client的數據雙向傳輸、基于Internet或Browser/Server(B/S)的通信功能等。
標準化方面，采用IEC61131-3及OPC（OPC UA）（此為行規）、TCP/IP、IEEE802及其它標準，使其具有開放性，能與多種軟件平臺及工具軟件相兼容。
SCADA軟件運行后，可以完成如下幾個任務：查看現場的實時數據和流程畫面；自動打印各種實時/歷史數據報表；自由瀏覽各種實時/歷史趨勢；及時得到并處理各種過程報警和系統報警，在必要時人為干預生產過程，修改相關參數或狀態（手動操作）；與管理部門的計算機聯網，為管理部門提供實時和歷史數據。
4、關于利用手機短信或個人數據助理（無線PDA）等方式，讓管理人員可在多處看到工廠控制系統（DCS 系統應接有如“anywhere”的無線發射臺）、公用工程測控系統等相關參數，這些在國外已相當普及，這方面技術是遠程測控系統的一部分，國內應該重視這方面的需求。
5、關于GPS（Global Positioning System）全球定位系統，這在民用方面已開始普及，而在自動化行業還不太普及，只是少數DCS系統開始提供這方面的應用。首先應該明確GPS技術應用是遠程測控系統的一部分。這在交通管理、物流管理、輸油輸氣管線管理、煤氣等市政工程管理等方面都可以利用，GPS接收機通過定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息，分散的現場，對這些信息都是非常需要的。自動化行業的專業人員應該學會做出可接入GPS的測控系統的解決方案，為用戶做好接入服務。
三、現場儀表及RTU
遠程測控系統的現場儀表提供各種檢測的數據，現場條件各不相同，所以應有多種儀表，供用戶和設計人員選擇。
1、近幾年發展起來的工業無線技術，如由中科院沈陽自動化所為代表，我國國家標準化管理委員會提出，已成為國際標準的“工業無線網絡WIA”（Wireless Networks for Industrial Automation），它采用Mesh（網格）路由結構、全網TDMA模式、帶電池的低能耗技術。它有WIA無線通信模塊，與溫度模塊、壓力流量模塊、液位流量模塊等集成智能無線模塊——現場儀表（每個儀表上有一個天線），另有WIA無線網關，向下與現場儀表無線通信，數據匯集，再經Ethernet等串口與中央控制室的有線系統相連。
艾默生的無線系統中的無線變送器，發射距離可達800米，采用免費頻段：2.4G、5.8G，發射功率小于10mw，屬于微功率短距離設備，免于備案，數據刷新（更新數據時間發射無線電波）時間可變更，一般為1秒、2秒、4秒或更長，對應有標準IEC62591。
WIA等產品還可以集成遠程傳輸無線通信GPRS模塊。
2、近十多年來，一直用于油田、城市煤氣管線、自來水廠的水源地等處的RTU遠程終端單位，它是成熟的產品，它滿足了幾點~幾十點輸入、輸出信號的連接和處理，所接的測量元件或其它現場儀表是專用的或通用的模擬儀表，輸出信號可以是模擬量和開關量，經過集中，由調制解調器接入數傳電臺。這種模式用于分散的現場測量的無線傳輸。現在正進入更新換代時期。由于RTU的使用習慣及價格優勢，它將與單獨現場儀表互相并存。
3、現場總線技術（20余種現場總線，包括HART），它提供數字化的現場儀表，在很多行業作為遠程測控系統的基礎是有優先條件的。原設計通信介質有無線方式，但一般只是作為通信距離的延伸和補充。現在還有RI/0(遠方輸入/輸出)設備等，已在工程中使用。總之，現場總線如何用于遠程測控系統，特別是形成無線局域網，并與現在推廣的無線變送器產品相融合，還在研發過程之中。
4、采用PLC控制器作RTU的替代品或作為PLC性能的擴展，這也是一個在很多遠程控制系統中采用的切實可行的方案，工程實例很多。
5、RFID技術，目前在工廠管理、物流行業已逐步應用，它是非接觸式的可移動的智能身份證，在識別、跟蹤、查找等方面功能顯著，它將是物聯網的基本技術，也是遠程測控系統可開拓的領域。
四、當前的遠程測控供應商市場
1、Honeywell公司承接的西氣東輸二線測控系統，西段長2441公里，東段長2472公里，另有支線6條，全長3657公里，地下儲氣庫3座、LNG調峰站等，有多個壓氣站、分輸站、閥室。采用了PLC、RTU、ESD、SCADA系統。
2、安控公司為工業級RTU專業制造公司，油氣田系統集成商，產品有Super、E5000、Super32、SuperE40、E6800、SuperE50及Super系列網絡化產品等RTU，年產值超過1億元。應用實例有控油機控制、水源井監控、天然氣井監控、管道閥室、天然氣調壓站及管網檢測、注水站監控等，另有原油處理站、油庫、天然氣門站及中高壓站等工程業績。
3、艾默生公司在市政SCADA系統中業績遍布于美國，國內有哈爾濱市政水務系統，其Ovation SCADA系統支持多種網絡類型：①撥號，租用線路，擴頻無線（串行）；②租用線路，擴頻無線（以太網）；③其他無線技術：GPRS/CDMA、Wi-Fi 、Wi-Max、自組織網絡等。
4、Six net公司除有多種相關產品外，在國內有多個工程實例：勝利油田天然氣集輸計量系統，長慶油田長輸管線巡檢SCADA系統、深圳燃氣集團LNG天然氣檢測SCADA系統、撫順新鋼鐵能源計量管理SCADA系統、太原市自來水公司供水調度SCADA系統、澳門威尼斯人酒店電力監控SCADA系統、重慶市環保局污染源在線監測SCADA系統（北京華控公司研制了下水道化糞池安全預報警系統）、云南石林10MW光伏發電系統、武廣高鐵防災監控系統等。
編輯精選
