摘要：本文主要描述SCADA系统与物联网之间的关联，旨在说明当前已有的SCADA系统是实现物联网的基础条件，物联网是SCADA系统一种更具体、更实用的一种延伸。

关键词：物联网；SCADA；RTU；网络；通讯；控制

Abstract：The paper describes the relationship between the SCADA system and the IOT（Internet Of Things），aims to illustrate that the current SCADA system is the basic conditions for IOT，and the IOT is more specific and more practical than the SCADA system.

Key words：IOT；SCADA；RTU；Net work；Communication；Control

信息技术的发展必将推动自动化系统的革命。随着信息技术的发展，各个领域的应用也不断成熟，工业自动化系统在总体架构、管理模式、应用技术、综合挖掘等方面均要发生重大变化，进一步向标准化、可扩展、开放化、低成本的总体目标前进。尤其物联网概念的推出，使得越来越多的企业将目标监控、数据应用、开放互联设计为一套完整的解决方案。

物联网IOT（Internet Of Things）是通过射频识别（RFID）等信息传感设备，按约定的协议，利用互联网进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的功能特征是全面感知信息、可靠传递信息和智能处理信息，以实现对物体实施智能化的控制与管理。

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统是由计算机与网络技术作为支撑，实现对现场数据采集、设备控制、数据测量、参数调节以及信号报警等。SCADA系统的应用已经非常成熟，其应用已完全超出了基本数据监视控制的范畴。一套完整的SCADA系统已不仅仅是实现简单的数据收集、远程控制功能，而是被赋予了更丰富的内涵。

1、物联网系统

物联网系统是利用计算机互联网平台，依赖射频自动识别（RFID）技术，实现终端节点的自动识别和信息的互联与共享。物联网可分为三层：一是感知层，即物联网的皮肤和五官识别物体，采集信息；二是网络层，即物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理；三是应用层，即物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化。

2、SCADA系统

通用SCADA系统可分为3层。第1层为数据采集层，由RTU与一次仪表构成，完成现场原始数据的采集与预处理。根据设计需求还可以实现现场的数据存储，以保证通讯中断后数据的连续性；第2层为数据监控层。在这层将利用各种软件远程仿真现场，实现数据的实时监控、实时报警。该层可根据对应的管理模式再分为分控中心、总控中心等，还可根据设计需求进行大量历史数据的存储；第3层为数据应用层。在应用层实现对已采集数据的分析、整理，并根据需要实现多种形式的发布。业界很多公司分别在数据采集层、数据监控层、数据应用层都拥有极其稳定的产品和丰富的系统集成经验。

3、其它分层

对于工业自动化的体系结构，还有一种分层理论也是3层。第一层，以PCS（过程控制系统）为代表的基础自动化层。主要包括控制软件、测量技术、数据库技术、数据融合与数据处理技术、DCS、FCS、传感技术、特种执行机构等等；第二层，以MES（生产过程制造执行系统）为代表的生产过程运行优化层。主要内容包括建模与流程模拟技术、先进计划与调度技术、实时优化技术、动态成本与管理技术等等；第三层，以ERP（企业资源管理）为代表的企业生产经营优化层。主要内容包括企业资源管理、供应链管理、产品质量数据管理、数据仓库技术、设备资源管理、企业电子商务平台等等。

4、共同特点

SCADA系统、物联网系统以及其它工业自动化系统，都属于计算机网络技术发展的产物。根据物联网迅猛发展趋势分析，其将逐步取代部分SCADA系统。通过分析2类系统的架构体系，二者具备如下一些共同的特征：

1）体系结构分层。两类系统均具备清晰完整的层次结构，便于设计者、使用者理解。SCADA系统的3层与物联网系统的3层都具备明确的定义及层间分界，但3层间功能上也有一些重叠。靠近现场的层由于采用现场总线技术，使得设备档案及诊断信息更为丰富；中简层体现更多的是运行数据监控、设备管理；而最上位的应用层可以涉及数据深度应用、设备维护计划、备品备件管理、设备资产管理等。

2）一次仪表数据采集。两类系统都需要有现场原始数据的采集，其准确性及数据可用性完全取决于该一次表的数据采集。在IOT中，对控制功能的体现更为突出。在SCADA系统中，常规的控制策略主要为单回路控制、串级调节、比率调节、均匀调节、前馈调节、自动选择调节、分程调节、非线性调节等，实现功能仍以PID调节为基础，辅以一定的功能块及控制算法。IOT中的常规控制得以扩展使用，各功能块之间可多重串接、并联连接、选择性连接、自动补偿、自动跟踪、无扰切换等，多配方自动改变参数或功能块连接方式，使得自动化应用变得透明、简单。

3）对通讯网络的依赖。两类系统均需要依赖网络，而物联网系统则更加依赖无线通讯网络。由此可见，保证无线通讯是实现物联网的必要条件。无线通讯主要的特点是安装便捷、应用灵活、低成本、易于扩展等，最主要是适用于多种协议标准，包括802.11a、802.11b、最新混合标准802.11g。

4）数据处理应用。原始数据采集后，两类系统对所得的数据都进行了综合应用处理。通过结构可以看出，物联网系统对数据处理更深入。企业海量的生产数据是企业经营决策的重要依据，对于采购管理、成本控制、提高经营的经济效益具有重要的参考价值，对于控制生产成本、扩大利润，从而保证企业利润目标的实现。由此可见，数据的深度处理后，对指导全企业生产经营，具有十分重要的意义。

物联网是工业自动化必然的发展趋势，将使得工业自动化的分布式、开放化、信息化、规模化等诸多特点得以最大化体现。物联网的分布式结构确保每一个智能终端能独立运行，互通信息的同时也将系统危险分散；开放化特点则是网络自身具备多种标准接口，便于新的终端节点无缝接入；信息化使得系统信息能够及时对采集数据进行综合处理，借助网络技术实现大闭环；规模化则是降低终端节点的接入成本、购置成本、使用成本，在最优综合成本的前提下完成规模应用。

由于物联网完全是一个开放的网络，涉及行业机密或是国家安全的SCADA系统，将仍然保持现有状态。所以，物联网取代部分SCADA系统是必然的一个趋势。根据两类系统的对比，无论是新建物联网系统，还是基于SCADA系统的改造，可以参考如下方案：

1）SCADA系统建设模式非常成熟，现有的案例、方案均具备非常高的参考价值。物联网做架构设计时，可参考SCADA系统架构。在满足企业的生产管理需求后，进一步实现先进控制、在线优化、在线性能监控、在线设备台帐管理等信息化技术的集成。

2）网络系统选择时，感知层（或采集层）均采用无线设计，数据应用层则可采用光纤通讯等快速网络。整个网络结构设计要充分考虑灵活、高速、多冗余、高性能、高安全等特点，可灵活使用线性结构、环形结构、星型结构、倒挂树结构及各种组合等网络拓扑结构。由于网络中任意二个设备之间提供了多重通讯路径，从而使得通讯不会受单节点故障的影响，将会极大提高通讯的冗余性能和可靠性。

3）加设终端状态监测点。SCADA系统中，对仪表等设备特征、状态关注较少，但根据物联网的要求，对所有的终端监测都是必要的，所以对未设计监测的终端加设监测点。工业自动化一般使用的现场仪表主要包括温度仪表、压力仪表、物位仪表、流量仪表、在线过程分析仪、执行器等。现场仪表的稳定工作是真实数据的保证，所以除常规的运行功能外，监测仪表的工作状态是非常有必要的。

4）加大数据的深度挖掘，提供丰富稳定的数据接口。物联网系统是一个开放的系统，为保证所涉及终端信息的互通，与外围其它网络会有大量数据交换。而SCADA系统是一个相对独立的系统，与其它系统接口相对较少。一个成功的自动化系统，应该是一个具备多种标准接口的系统。操作系统的选择、现场产品的选择，都将决定标准接口实现的可能性。同时，标准化的程序接口还保证了不同厂家软硬件产品的数据交换，而不必担心他们之间的通讯。这也是应用规模化的前提。

5）加强反控功能的稳定性。SCADA系统更多的关注的监视功能，而相对控制较弱。物联网系统要求全网信息互通，但为保证全网的终端监测数据平衡，需要根据实时数据进行一些反控。在现在控制理论的推动下，各种智能化算法应运而生。除业界熟知的PID控制，多变量预测已完成生产实践阶段。物联网是一个强大数据的集合，并且数据是动态更新的。所以，适当采用多变量预测控制与PID串级控制相结合的方案，可以非常有效地实现反控功能的稳定性。

物联网技术的普及是不可阻挡的。其改变的不仅是生产过程的优化，还将是管理模式的重大转变。物联网充分结合先进的工艺装备技术、现代管理技术、以先进控制与优化技术为代表的信息技术，为工业自动化提供整体解决方案，以实现企业的优化运行、优化控制与优化管理，从而成为提高企业竞争力的核心高技术。

 

 

(本文作者：彭国红 李新国 北京安控科技股份有限公司)