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   一、遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的發(fā)展及需求

   作為遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)，廣義看它包括局域網(wǎng)和城域網(wǎng)、城際網(wǎng)（廣域網(wǎng)），通信距離從幾公里到幾百公里，甚至更遠(yuǎn)，地域跨越城市內(nèi)和城市間，直至陸地、天空、海洋。狹義看，它是指如下系統(tǒng)，即各現(xiàn)場測點(diǎn)分散（1~2公里），以測量和數(shù)據(jù)采集為主，控制比較少、比較簡單（泵啟停或單回路調(diào)節(jié)）、就地控制（類似基地式儀表）等，檢測分散但數(shù)據(jù)處理及顯示操作集中，數(shù)據(jù)處理量大，數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)多種、數(shù)據(jù)傳輸方式也多樣化。

   作為遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)（RMCS），和工業(yè)上常用的DCS、PLCS等以工廠自動(dòng)化為目標(biāo)的控制系統(tǒng)相比，是有差異的。RMCS、DCS、PLCS都是以“3Ｃ”技術(shù)為基礎(chǔ)，但是DCS等在通訊（Communication）技術(shù)方面跟蹤世界潮流不及RMCS快（詳見本文第二節(jié)），在開拓市場方面，RMCS更是受到青睞，我國以生產(chǎn)DCS等產(chǎn)品為主的和利時(shí)、浙江中控、上自儀等公司，都開展了RMCS的業(yè)務(wù)，其中以軌道交通相關(guān)的測控系統(tǒng)最為顯著。

   作為數(shù)字通信，遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式有工程實(shí)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(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路等）；數(shù)傳無線電臺(tái)傳輸（利用免申請(qǐng)頻率或申請(qǐng)專用頻點(diǎn)——窄帶、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)）；利用移動(dòng)通訊（手機(jī)）資源傳輸（CDMA碼分多址、GPRS通用分組無線服務(wù)即GSM的延續(xù)、3G高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊）；利用互聯(lián)網(wǎng)資源直至三網(wǎng)融合、利用衛(wèi)星通訊等。

   作為遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的測量端的現(xiàn)場層，各行業(yè)情況差異很大。一般單個(gè)測量儀表多接到RTU上(RTU：Remote Terminal Unit遠(yuǎn)程終端單位)，形成多點(diǎn)I/O集中，安裝在現(xiàn)場或現(xiàn)場附近，可經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)發(fā)射接收無線信號(hào)，連入網(wǎng)絡(luò)。有些行業(yè)發(fā)展到在單個(gè)變送器上可發(fā)射接收無線電波，從而多臺(tái)變送器和監(jiān)視站形成無線局域網(wǎng)。RFID射頻識(shí)別技術(shù)做到智能卡貼到物體上，可以發(fā)射、接收無線電波，做到“物與物相聯(lián)”，這也是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。同時(shí)使遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)功能擴(kuò)大，獲得“物體”地理位置等信息。遠(yuǎn)程故障診斷及遠(yuǎn)程維護(hù)技術(shù)已發(fā)展十多年，也對(duì)遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)提出更高要求。

   遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)對(duì)來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，有的要求連續(xù)測量數(shù)據(jù)，有的則要求定時(shí)傳輸來的數(shù)據(jù)，所以現(xiàn)在的無線傳輸?shù)淖兯推鳎梢詳嗬m(xù)工作，從而節(jié)省了能量，做到了低功耗，所以現(xiàn)場儀表可以用電池供電。

   由于在網(wǎng)絡(luò)中形成集中監(jiān)視站，這就產(chǎn)生了SCADA軟件（監(jiān)視和數(shù)據(jù)采集，Supervisory Control and Data Acquisition），該測控系統(tǒng)也稱為SCADA系統(tǒng)。

   在實(shí)際應(yīng)用中，油田、市政工程（自來水廠的水源地、城市煤氣穩(wěn)壓站等），大型工廠的公用工程（原料或成品的儲(chǔ)運(yùn)，電力、熱力、水汽等供應(yīng)，為了調(diào)度需要，某些工廠內(nèi)與各車間的DCS平行而專設(shè)測控系統(tǒng)）、輸油輸氣管線、電網(wǎng)調(diào)度、移動(dòng)設(shè)備（交通工具、工程機(jī)械、大型車間內(nèi)天車等）采用SCADA系統(tǒng)和無線傳輸用RTU的工程實(shí)例較多，但由于近來可被選擇的相關(guān)設(shè)備種類很多，所以RTU等現(xiàn)場設(shè)備和人機(jī)界面等中控室設(shè)備，或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，面臨著更新?lián)Q代的問題。作為自動(dòng)化行業(yè)，解決幾十公里或幾公里或一公里以內(nèi)的測控系統(tǒng)的問題，是我們的要?jiǎng)?wù)，為各行業(yè)提供解決方案和做好服務(wù)是我們?cè)谑袌鲋辛⒆愕囊獎(jiǎng)?wù)。提供幾公里內(nèi)的現(xiàn)場測量儀表和RTU是自動(dòng)化儀表制造行業(yè)的責(zé)任，提供對(duì)應(yīng)接口和驅(qū)動(dòng)軟件，應(yīng)該滿足主流網(wǎng)絡(luò)的要求。

   在更廣的范圍內(nèi)，工業(yè)現(xiàn)場以外，遠(yuǎn)測測控也在發(fā)展，如自然環(huán)境的地質(zhì)、水文、海嘯預(yù)測的傳感網(wǎng)，各種大型建筑物、大型設(shè)備、消防和有毒氣體的監(jiān)測（包括礦山）、糧庫等社會(huì)公共資源的監(jiān)測等。特別是由于傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，使傳感器和信號(hào)傳輸?shù)某杀鞠陆担芎慕档停狗涸诟兄夹g(shù)逐步普及，傳感網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)成為新興產(chǎn)業(yè)。

  有線和無線通信介質(zhì)的兼容，數(shù)據(jù)信號(hào)擴(kuò)大到聲音、圖像等多媒體。信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多樣化及網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的流行，使遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)形成異構(gòu)系統(tǒng)，所以需要進(jìn)一步的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)通信技術(shù)。

   二、SCADA系統(tǒng)與SCADA軟件

   1、遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)按功能分層因行業(yè)而異，一是多樣化，二是扁平化，這與通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展及管理調(diào)度和操作方式發(fā)展有關(guān)。一般現(xiàn)在分現(xiàn)場層、監(jiān)視層、管理層三層。

   2、監(jiān)視層所指的中控室及與現(xiàn)場分散設(shè)備相接口的部分，這是狹義上的SCADA系統(tǒng)。從硬件上看，分為人機(jī)界面設(shè)備和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，現(xiàn)場為無線通信情況下，還有通信處理前置機(jī)，人機(jī)界面設(shè)備監(jiān)視站內(nèi)配有中心數(shù)據(jù)庫，由于Web技術(shù)的發(fā)展，有各種服務(wù)器/客戶器或服務(wù)器/瀏覽器。如某SCADA系統(tǒng)的調(diào)度中心的配置為：服務(wù)器、廣域骨干網(wǎng)、工作站、通信前置機(jī)等。人機(jī)界面與多媒體結(jié)合，大型視頻墻（Video Wall）等在中控室或指揮中心常被采用。

   3、監(jiān)視層SCADA系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的軟件即SCADA軟件，包括人機(jī)界面軟件和數(shù)據(jù)采集軟件。所以對(duì)應(yīng)軟件可寫成HMI/SCADA軟件。目前SCADA軟件已經(jīng)成為獨(dú)立的產(chǎn)品，在工控行業(yè)又稱為組態(tài)軟件。國外著名品牌有FIX、Intouch等，國內(nèi)有組態(tài)王、三維力控等。它已由主要解決人機(jī)界面問題，而擴(kuò)大至組態(tài)控制策略，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、通信及聯(lián)網(wǎng)，提供各種I/O的驅(qū)動(dòng)程序等，完成系統(tǒng)集成的軟件工程全部軟件支持任務(wù)。它的主要功能組件有：應(yīng)用程序管理器、圖形界面開發(fā)/運(yùn)行程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)/運(yùn)行程序、I/O驅(qū)動(dòng)程序等。其他功能組件還有：通用數(shù)據(jù)庫接口（ODBC接口）/運(yùn)行程序、控制策略編輯/生成組件、實(shí)用通信程序組件等。

   其中實(shí)用通信程序組件的功能包括：用于雙機(jī)冗余系統(tǒng)中主機(jī)與從機(jī)間的通信、關(guān)于多種通信介質(zhì)的應(yīng)用（如以太網(wǎng)、RS485、RS232、PSTN、GSM等），Server/Client的數(shù)據(jù)雙向傳輸、基于Internet或Browser/Server(B/S)的通信功能等。

  標(biāo)準(zhǔn)化方面，采用IEC61131-3及OPC（OPC UA）（此為行規(guī)）、TCP/IP、IEEE802及其它標(biāo)準(zhǔn)，使其具有開放性，能與多種軟件平臺(tái)及工具軟件相兼容。

  SCADA軟件運(yùn)行后，可以完成如下幾個(gè)任務(wù)：查看現(xiàn)場的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和流程畫面；自動(dòng)打印各種實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)報(bào)表；自由瀏覽各種實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)；及時(shí)得到并處理各種過程報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警，在必要時(shí)人為干預(yù)生產(chǎn)過程，修改相關(guān)參數(shù)或狀態(tài)（手動(dòng)操作）；與管理部門的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，為管理部門提供實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。

  4、關(guān)于利用手機(jī)短信或個(gè)人數(shù)據(jù)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(tǒng)（DCS 系統(tǒng)應(yīng)接有如“anywhere”的無線發(fā)射臺(tái)）、公用工程測控系統(tǒng)等相關(guān)參數(shù)，這些在國外已相當(dāng)普及，這方面技術(shù)是遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的一部分，國內(nèi)應(yīng)該重視這方面的需求。

  5、關(guān)于GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)，這在民用方面已開始普及，而在自動(dòng)化行業(yè)還不太普及，只是少數(shù)DCS系統(tǒng)開始提供這方面的應(yīng)用。首先應(yīng)該明確GPS技術(shù)應(yīng)用是遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)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(jī)通過定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息，分散的現(xiàn)場，對(duì)這些信息都是非常需要的。自動(dòng)化行業(yè)的專業(yè)人員應(yīng)該學(xué)會(huì)做出可接入GPS的測控系統(tǒng)的解決方案，為用戶做好接入服務(wù)。

  三、現(xiàn)場儀表及RTU

  遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表提供各種檢測的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場條件各不相同，所以應(yīng)有多種儀表，供用戶和設(shè)計(jì)人員選擇。

  1、近幾年發(fā)展起來的工業(yè)無線技術(shù)，如由中科院沈陽自動(dòng)化所為代表，我國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)提出，已成為國際標(biāo)準(zhǔn)的“工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)WIA”（Wireless Networks for Industrial Automation），它采用Mesh（網(wǎng)格）路由結(jié)構(gòu)、全網(wǎng)TDMA模式、帶電池的低能耗技術(shù)。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(xiàn)場儀表（每個(gè)儀表上有一個(gè)天線），另有WIA無線網(wǎng)關(guān)，向下與現(xiàn)場儀表無線通信，數(shù)據(jù)匯集，再經(jīng)Ethernet等串口與中央控制室的有線系統(tǒng)相連。

  艾默生的無線系統(tǒng)中的無線變送器，發(fā)射距離可達(dá)800米，采用免費(fèi)頻段：2.4G、5.8G，發(fā)射功率小于10mw，屬于微功率短距離設(shè)備，免于備案，數(shù)據(jù)刷新（更新數(shù)據(jù)時(shí)間發(fā)射無線電波）時(shí)間可變更，一般為1秒、2秒、4秒或更長，對(duì)應(yīng)有標(biāo)準(zhǔn)IEC62591。

  WIA等產(chǎn)品還可以集成遠(yuǎn)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(yuǎn)程終端單位，它是成熟的產(chǎn)品，它滿足了幾點(diǎn)~幾十點(diǎn)輸入、輸出信號(hào)的連接和處理，所接的測量元件或其它現(xiàn)場儀表是專用的或通用的模擬儀表，輸出信號(hào)可以是模擬量和開關(guān)量，經(jīng)過集中，由調(diào)制解調(diào)器接入數(shù)傳電臺(tái)。這種模式用于分散的現(xiàn)場測量的無線傳輸。現(xiàn)在正進(jìn)入更新?lián)Q代時(shí)期。由于RTU的使用習(xí)慣及價(jià)格優(yōu)勢(shì)，它將與單獨(dú)現(xiàn)場儀表互相并存。

  3、現(xiàn)場總線技術(shù)（20余種現(xiàn)場總線，包括HART），它提供數(shù)字化的現(xiàn)場儀表，在很多行業(yè)作為遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的基礎(chǔ)是有優(yōu)先條件的。原設(shè)計(jì)通信介質(zhì)有無線方式，但一般只是作為通信距離的延伸和補(bǔ)充。現(xiàn)在還有RI/0(遠(yuǎn)方輸入/輸出)設(shè)備等，已在工程中使用。總之，現(xiàn)場總線如何用于遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)，特別是形成無線局域網(wǎng)，并與現(xiàn)在推廣的無線變送器產(chǎn)品相融合，還在研發(fā)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(kuò)展，這也是一個(gè)在很多遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中采用的切實(shí)可行的方案，工程實(shí)例很多。

  5、RFID技術(shù)，目前在工廠管理、物流行業(yè)已逐步應(yīng)用，它是非接觸式的可移動(dòng)的智能身份證，在識(shí)別、跟蹤、查找等方面功能顯著，它將是物聯(lián)網(wǎng)的基本技術(shù)，也是遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)可開拓的領(lǐng)域。

  四、當(dāng)前的遠(yuǎn)程測控供應(yīng)商市場

   1、Honeywell公司承接的西氣東輸二線測控系統(tǒng)，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(chǔ)氣庫3座、LNG調(diào)峰站等，有多個(gè)壓氣站、分輸站、閥室。采用了PLC、RTU、ESD、SCADA系統(tǒng)。

   2、安控公司為工業(yè)級(jí)RTU專業(yè)制造公司，油氣田系統(tǒng)集成商，產(chǎn)品有Super、E5000、Super32、SuperE40、E6800、SuperE50及Super系列網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品等RTU，年產(chǎn)值超過1億元。應(yīng)用實(shí)例有控油機(jī)控制、水源井監(jiān)控、天然氣井監(jiān)控、管道閥室、天然氣調(diào)壓站及管網(wǎng)檢測、注水站監(jiān)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(yè)績。

   3、艾默生公司在市政SCADA系統(tǒng)中業(yè)績遍布于美國，國內(nèi)有哈爾濱市政水務(wù)系統(tǒng)，其Ovation SCADA系統(tǒng)支持多種網(wǎng)絡(luò)類型：①撥號(hào)，租用線路，擴(kuò)頻無線（串行）；②租用線路，擴(kuò)頻無線（以太網(wǎng)）；③其他無線技術(shù)：GPRS/CDMA、Wi-Fi 、Wi-Max、自組織網(wǎng)絡(luò)等。

   4、Six net公司除有多種相關(guān)產(chǎn)品外，在國內(nèi)有多個(gè)工程實(shí)例：勝利油田天然氣集輸計(jì)量系統(tǒng)，長慶油田長輸管線巡檢SCADA系統(tǒng)、深圳燃?xì)饧瘓F(tuán)LNG天然氣檢測SCADA系統(tǒng)、撫順新鋼鐵能源計(jì)量管理SCADA系統(tǒng)、太原市自來水公司供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)、澳門威尼斯人酒店電力監(jiān)控SCADA系統(tǒng)、重慶市環(huán)保局污染源在線監(jiān)測SCADA系統(tǒng)（北京華控公司研制了下水道化糞池安全預(yù)報(bào)警系統(tǒng)）、云南石林10MW光伏發(fā)電系統(tǒng)、武廣高鐵防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)等。