一、系統概念
信息技術(shù)的發(fā)展必將推動(dòng)自動(dòng)化系統的革命。隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域的應用也不斷成熟，工業(yè)自動(dòng)化系統在總體架構、管理模式、應用技術(shù)、綜合挖掘等方面均要發(fā)生重大變化，進(jìn)一步向標準化、可擴展、開(kāi)放化、低成本的總體目標前進(jìn)。尤其物聯(lián)網(wǎng)概念的推出，使得越來(lái)越多的企業(yè)將目標監控、數據應用、開(kāi)放互聯(lián)設計為一套完整的解決方案。
物聯(lián)網(wǎng)IOT（Internet Of Things）是通過(guò)射頻識別（RFID）等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )。物聯(lián)網(wǎng)的功能特征是全面感知信息、可靠傳遞信息和智能處理信息，以實(shí)現對物體實(shí)施智能化的控制與管理。
SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統是由計算機與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)作為支撐，實(shí)現對現場(chǎng)數據采集、設備控制、數據測量、參數調節以及信號報警等。SCADA系統的應用已經(jīng)非常成熟，其應用已完全超出了基本數據監視控制的范疇。一套完整的SCADA系統已不僅僅是實(shí)現簡(jiǎn)單的數據收集、遠程控制功能，而是被賦予了更豐富的內涵。
二、系統特點(diǎn)
1、物聯(lián)網(wǎng)系統
物聯(lián)網(wǎng)系統是利用計算機互聯(lián)網(wǎng)平臺，依賴(lài)射頻自動(dòng)識別（RFID）技術(shù)，實(shí)現終端節點(diǎn)的自動(dòng)識別和信息的互聯(lián)與共享。物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：一是感知層，即物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官識別物體，采集信息；二是網(wǎng)絡(luò )層，即物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦信息傳遞和處理；三是應用層，即物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)的深度融合，與行業(yè)需求結合，實(shí)現行業(yè)智能化。
2、SCADA系統
通用SCADA系統可分為3層。第1層為數據采集層，由RTU與一次儀表構成，完成現場(chǎng)原始數據的采集與預處理。根據設計需求還可以實(shí)現現場(chǎng)的數據存儲，以保證通訊中斷后數據的連續性；第2層為數據監控層。在這層將利用各種軟件遠程仿真現場(chǎng)，實(shí)現數據的實(shí)時(shí)監控、實(shí)時(shí)報警。該層可根據對應的管理模式再分為分控中心、總控中心等，還可根據設計需求進(jìn)行大量歷史數據的存儲；第3層為數據應用層。在應用層實(shí)現對已采集數據的分析、整理，并根據需要實(shí)現多種形式的發(fā)布。業(yè)界很多公司分別在數據采集層、數據監控層、數據應用層都擁有極其穩定的產(chǎn)品和豐富的系統集成經(jīng)驗。
3、其它分層
對于工業(yè)自動(dòng)化的體系結構，還有一種分層理論也是3層。第一層，以PCS（過(guò)程控制系統）為代表的基礎自動(dòng)化層。主要包括控制軟件、測量技術(shù)、數據庫技術(shù)、數據融合與數據處理技術(shù)、DCS、FCS、傳感技術(shù)、特種執行機構等等；第二層，以MES（生產(chǎn)過(guò)程制造執行系統）為代表的生產(chǎn)過(guò)程運行優(yōu)化層。主要內容包括建模與流程模擬技術(shù)、先進(jìn)計劃與調度技術(shù)、實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)、動(dòng)態(tài)成本與管理技術(shù)等等；第三層，以ERP（企業(yè)資源管理）為代表的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)優(yōu)化層。主要內容包括企業(yè)資源管理、供應鏈管理、產(chǎn)品質(zhì)量數據管理、數據倉庫技術(shù)、設備資源管理、企業(yè)電子商務(wù)平臺等等。
4、共同特點(diǎn)
SCADA系統、物聯(lián)網(wǎng)系統以及其它工業(yè)自動(dòng)化系統，都屬于計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。根據物聯(lián)網(wǎng)迅猛發(fā)展趨勢分析，其將逐步取代部分SCADA系統。通過(guò)分析2類(lèi)系統的架構體系，二者具備如下一些共同的特征：
1）體系結構分層。兩類(lèi)系統均具備清晰完整的層次結構，便于設計者、使用者理解。SCADA系統的3層與物聯(lián)網(wǎng)系統的3層都具備明確的定義及層間分界，但3層間功能上也有一些重疊?？拷F場(chǎng)的層由于采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，使得設備檔案及診斷信息更為豐富；中簡(jiǎn)層體現更多的是運行數據監控、設備管理；而最上位的應用層可以涉及數據深度應用、設備維護計劃、備品備件管理、設備資產(chǎn)管理等。
2）一次儀表數據采集。兩類(lèi)系統都需要有現場(chǎng)原始數據的采集，其準確性及數據可用性完全取決于該一次表的數據采集。在IOT中，對控制功能的體現更為突出。在SCADA系統中，常規的控制策略主要為單回路控制、串級調節、比率調節、均勻調節、前饋調節、自動(dòng)選擇調節、分程調節、非線(xiàn)性調節等，實(shí)現功能仍以PID調節為基礎，輔以一定的功能塊及控制算法。IOT中的常規控制得以擴展使用，各功能塊之間可多重串接、并聯(lián)連接、選擇性連接、自動(dòng)補償、自動(dòng)跟蹤、無(wú)擾切換等，多配方自動(dòng)改變參數或功能塊連接方式，使得自動(dòng)化應用變得透明、簡(jiǎn)單。
3）對通訊網(wǎng)絡(luò )的依賴(lài)。兩類(lèi)系統均需要依賴(lài)網(wǎng)絡(luò )，而物聯(lián)網(wǎng)系統則更加依賴(lài)無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )。由此可見(jiàn)，保證無(wú)線(xiàn)通訊是實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的必要條件。無(wú)線(xiàn)通訊主要的特點(diǎn)是安裝便捷、應用靈活、低成本、易于擴展等，最主要是適用于多種協(xié)議標準，包括802.11a、802.11b、最新混合標準802.11g。
4）數據處理應用。原始數據采集后，兩類(lèi)系統對所得的數據都進(jìn)行了綜合應用處理。通過(guò)結構可以看出，物聯(lián)網(wǎng)系統對數據處理更深入。企業(yè)海量的生產(chǎn)數據是企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策的重要依據，對于采購管理、成本控制、提高經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟效益具有重要的參考價(jià)值，對于控制生產(chǎn)成本、擴大利潤，從而保證企業(yè)利潤目標的實(shí)現。由此可見(jiàn)，數據的深度處理后，對指導全企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，具有十分重要的意義。
三、過(guò)渡方案
物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)自動(dòng)化必然的發(fā)展趨勢，將使得工業(yè)自動(dòng)化的分布式、開(kāi)放化、信息化、規?；戎T多特點(diǎn)得以最大化體現。物聯(lián)網(wǎng)的分布式結構確保每一個(gè)智能終端能獨立運行，互通信息的同時(shí)也將系統危險分散；開(kāi)放化特點(diǎn)則是網(wǎng)絡(luò )自身具備多種標準接口，便于新的終端節點(diǎn)無(wú)縫接入；信息化使得系統信息能夠及時(shí)對采集數據進(jìn)行綜合處理，借助網(wǎng)絡(luò )技術(shù)實(shí)現大閉環(huán)；規?；瘎t是降低終端節點(diǎn)的接入成本、購置成本、使用成本，在最優(yōu)綜合成本的前提下完成規模應用。
由于物聯(lián)網(wǎng)完全是一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )，涉及行業(yè)機密或是國家安全的SCADA系統，將仍然保持現有狀態(tài)。所以，物聯(lián)網(wǎng)取代部分SCADA系統是必然的一個(gè)趨勢。根據兩類(lèi)系統的對比，無(wú)論是新建物聯(lián)網(wǎng)系統，還是基于SCADA系統的改造，可以參考如下方案：
1）SCADA系統建設模式非常成熟，現有的案例、方案均具備非常高的參考價(jià)值。物聯(lián)網(wǎng)做架構設計時(shí)，可參考SCADA系統架構。在滿(mǎn)足企業(yè)的生產(chǎn)管理需求后，進(jìn)一步實(shí)現先進(jìn)控制、在線(xiàn)優(yōu)化、在線(xiàn)性能監控、在線(xiàn)設備臺帳管理等信息化技術(shù)的集成。
2）網(wǎng)絡(luò )系統選擇時(shí)，感知層（或采集層）均采用無(wú)線(xiàn)設計，數據應用層則可采用光纖通訊等快速網(wǎng)絡(luò )。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )結構設計要充分考慮靈活、高速、多冗余、高性能、高安全等特點(diǎn)，可靈活使用線(xiàn)性結構、環(huán)形結構、星型結構、倒掛樹(shù)結構及各種組合等網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。由于網(wǎng)絡(luò )中任意二個(gè)設備之間提供了多重通訊路徑，從而使得通訊不會(huì )受單節點(diǎn)故障的影響，將會(huì )極大提高通訊的冗余性能和可靠性。
3）加設終端狀態(tài)監測點(diǎn)。SCADA系統中，對儀表等設備特征、狀態(tài)關(guān)注較少，但根據物聯(lián)網(wǎng)的要求，對所有的終端監測都是必要的，所以對未設計監測的終端加設監測點(diǎn)。工業(yè)自動(dòng)化一般使用的現場(chǎng)儀表主要包括溫度儀表、壓力儀表、物位儀表、流量?jì)x表、在線(xiàn)過(guò)程分析儀、執行器等?，F場(chǎng)儀表的穩定工作是真實(shí)數據的保證，所以除常規的運行功能外，監測儀表的工作狀態(tài)是非常有必要的。
4）加大數據的深度挖掘，提供豐富穩定的數據接口。物聯(lián)網(wǎng)系統是一個(gè)開(kāi)放的系統，為保證所涉及終端信息的互通，與外圍其它網(wǎng)絡(luò )會(huì )有大量數據交換。而SCADA系統是一個(gè)相對獨立的系統，與其它系統接口相對較少。一個(gè)成功的自動(dòng)化系統，應該是一個(gè)具備多種標準接口的系統。操作系統的選擇、現場(chǎng)產(chǎn)品的選擇，都將決定標準接口實(shí)現的可能性。同時(shí)，標準化的程序接口還保證了不同廠(chǎng)家軟硬件產(chǎn)品的數據交換，而不必擔心他們之間的通訊。這也是應用規?；那疤?。
5）加強反控功能的穩定性。SCADA系統更多的關(guān)注的監視功能，而相對控制較弱。物聯(lián)網(wǎng)系統要求全網(wǎng)信息互通，但為保證全網(wǎng)的終端監測數據平衡，需要根據實(shí)時(shí)數據進(jìn)行一些反控。在現在控制理論的推動(dòng)下，各種智能化算法應運而生。除業(yè)界熟知的PID控制，多變量預測已完成生產(chǎn)實(shí)踐階段。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)強大數據的集合，并且數據是動(dòng)態(tài)更新的。所以，適當采用多變量預測控制與PID串級控制相結合的方案，可以非常有效地實(shí)現反控功能的穩定性。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及是不可阻擋的。其改變的不僅是生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化，還將是管理模式的重大轉變。物聯(lián)網(wǎng)充分結合先進(jìn)的工藝裝備技術(shù)、現代管理技術(shù)、以先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)為代表的信息技術(shù)，為工業(yè)自動(dòng)化提供整體解決方案，以實(shí)現企業(yè)的優(yōu)化運行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理，從而成為提高企業(yè)競爭力的核心高技術(shù)。
