現(xiàn)代化遠(yuǎn)程工業(yè)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集 (SCADA) 系統(tǒng)已經(jīng)問(wèn)世 40 多年，在可編程邏輯控制器 (PLC) 和工業(yè)計(jì)算機(jī)( IPC）。

物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)正在改變現(xiàn)代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這些技術(shù)可以在比以往更廣泛的技術(shù)中提供可擴(kuò)展性、增強(qiáng)的互操作性和更好的安全性。這種轉(zhuǎn)變正在構(gòu)建被稱(chēng)為第四代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，也是被稱(chēng)為第四次工業(yè)革命的更廣泛技術(shù)推動(dòng)的一部分。

監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常用于通過(guò)使用傳感器、可編程邏輯控制器、工業(yè)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信和圖形用戶(hù)界面來(lái)管理和監(jiān)控物理過(guò)程。它們的廣泛采用使它們與大量日常流程相結(jié)合，從管理天然氣和電力的傳輸和運(yùn)輸，到交通管理系統(tǒng)和其他智能交通網(wǎng)絡(luò)和功能的運(yùn)行。

然而，借助物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，這些系統(tǒng)的許多新應(yīng)用程序和升級(jí)已經(jīng)被設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，以進(jìn)一步將監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成到未來(lái)。

4代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

第一代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集

第一個(gè)監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行在較大的小型計(jì)算機(jī)、比大型機(jī)小得多的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和當(dāng)時(shí)也可用的微型計(jì)算機(jī)上。這些監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)服務(wù)尚不存在，因此，早期的監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是完全獨(dú)立的，無(wú)法進(jìn)一步連接到其他可用或什至不可能的系統(tǒng)。當(dāng)備用主機(jī)系統(tǒng)連接到所有遠(yuǎn)程終端單元站點(diǎn)時(shí)，第一代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)變得冗余，然后在主主機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)使用。

第二代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集

第二代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有分布在多個(gè)站點(diǎn)上的信息和命令處理，然后使用專(zhuān)有通信協(xié)議通過(guò)大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)連接這些站點(diǎn)。這意味著可以近乎實(shí)時(shí)地共享信息，并且每個(gè)連接的站點(diǎn)都負(fù)責(zé)特定的任務(wù)或操作。此時(shí)，監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的安全性通常被忽視，因?yàn)槌碎_(kāi)發(fā)人員之外，很少有人對(duì)這些系統(tǒng)有足夠的了解來(lái)分析它們并評(píng)估它們免受攻擊的安全性。與第一代父模型相比，第二代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還節(jié)省了一些成本。

第三代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集

與任何功能技術(shù)或應(yīng)用程序一樣，成本節(jié)約仍然是第三代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開(kāi)發(fā)背后的推動(dòng)力，因?yàn)閷?duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的日益關(guān)注意味著監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以在多個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)一步擴(kuò)展，一種架構(gòu)稱(chēng)為過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)。使用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，復(fù)雜的監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠減少到最簡(jiǎn)單的組件，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議進(jìn)行連接。這反過(guò)來(lái)又允許在更遠(yuǎn)的地理距離上實(shí)施更復(fù)雜的監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的企業(yè)和組織進(jìn)一步節(jié)省成本。

第四代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集

回到更近的時(shí)代，第四代監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是由云計(jì)算的進(jìn)步和物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)推動(dòng)的。使用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，如 WebHMI 和 HTML5，第四代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)報(bào)告遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)程站點(diǎn)的狀態(tài)，并利用云計(jì)算環(huán)境實(shí)施更先進(jìn)的控制算法。監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的安全性也受到了極大的關(guān)注，部分原因是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的安全問(wèn)題。這反過(guò)來(lái)又使許多開(kāi)發(fā)商和制造商對(duì)監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集、云和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用“安全設(shè)計(jì)”方法。

第四代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集的驅(qū)動(dòng)程序

物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的出現(xiàn)從根本上改變了處理各種不同工業(yè)和商業(yè)部門(mén)的方式，不僅是監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本身，還有各種其他監(jiān)控、監(jiān)督控制、監(jiān)視、安全和管理流程。在監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不斷實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)和基于云的技術(shù)的主要問(wèn)題之一是監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)管理分散數(shù)據(jù)的方式。在典型的非物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在特定的可編程邏輯控制器內(nèi)存地址中。然而，當(dāng)使用具有集成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，數(shù)據(jù)可能來(lái)自大量不同的傳感器、數(shù)據(jù)庫(kù)和控制器。

為解決這個(gè)問(wèn)題提出的解決方案之一是數(shù)據(jù)建模。使用這種方法，連接到系統(tǒng)的所有不同設(shè)備和單元的虛擬表示在監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)建。這些表示包括地址映射數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)其他部分可能需要的其他有用信息。監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集與人工智能和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)等其他技術(shù)一樣，也是正在進(jìn)行的自動(dòng)化革命中的重要系統(tǒng)。隨著 5G 無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)安全高級(jí)人工智能分析等技術(shù)的不斷實(shí)施和發(fā)展，第四代監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和未來(lái)的系統(tǒng)可能與第一代系統(tǒng)看起來(lái)非常不同。