监控和数据采集 (SCADA) 是一种计算机控制系统，用于监视和控制工厂过程。该软件使用数据通信、图形用户界面和扩展管理来监视和控制系统。

概述

世界上最大的制造公司也被认为是最受数据驱动的企业。在技​​术能力不断增强的时代，随着 SCADA 等系统的使用，收集数据的重要性被推向极限。

通过收集和监控实时数据，SCADA 软件可以概览工厂中每个关键设备的运行情况。设备上的传感器通过远程终端单元 (RTU) 和可编程逻辑控制器 (PLC)发送信号。RTU 和 PLC 使监控和数据采集系统能够根据收集的数据查明系统功能中的异常情况，从而使用户能够及时针对问题采取行动。

SCADA 使维护人员能够做出更明智的决策。现代 SCADA 系统适用于多种行业 - 石油和天然气、能源、制造以及几乎所有受益于准确和及时数据监控的公司。

SCADA 系统的关键组件

将 SCADA 软件视为连接设备与操作员和维护人员的桥梁。该系统需要一些关键组件来促进数据从物理设备传输到操作员的显示屏。

监控系统示例

传感器和手动输入

数字或模拟传感器作为测量工具，从工厂的各个部分收集数据。SCADA 传感器的范围可以从简单的二元选项（例如开或关信号）到测量流量、温度和压力的更复杂的工具。此外，远程或中央位置的技术人员或操作员可以手动将数据输入系统。

换算单位

传感器收集的数据只有能够转换成易于理解的形式才有用。远程终端单元（RTU）和可编程逻辑控制器（PLC）是将收集的数据转换为可用信息的设备。由于信息是在整个系统中收集的，因此数据量可能很大。

人机界面 (HMI) 

由 RTU 和可编程逻辑控制器转换的数据馈送在称为监控系统或人机界面 (HMI) 的主单元处汇合。该界面为维护团队带来了有用的信息。此时，一名操作员可以全面了解整个过程或系统。数据以易于理解的格式呈现，员工可以控制某些设备来进行维修或隔离故障。虽然人机界面和 SCADA 有许多相似之处，但它们也有很大不同。

通信基础设施网络

所有 SCADA 组件都位于整个工厂，并且必须通过通信基础设施网络连接在一起。传统上，电话线和电路已用作此网络，现在可以使用无线电波或蜂窝卫星的更新的无线选项。

怎么运行的

如前所述，将 SCADA 软件视为连接设备与操作员和维护人员的桥梁。该系统需要一些关键组件来促进数据从物理设备到操作员显示屏的传输。这反过来又允许人员执行某些任务或监视和控制资产行为。

一些典型的任务包括检查可能安装在远程变电站或监控站的传感器和其他设备、跟踪机器系统事件以供将来参考，以及从中心点更改工业流程的水平或速度。

从本质上讲，现代 SCADA 系统允许技术人员呆在一个地点，同时将他们的虚拟覆盖范围扩展到许多不同的资产、位置和系统。SCADA 系统提供的自动化可以 提高管理团队的效率并做出更好的决策，从而提高生产力、提高安全性并增加收入。

谁使用 SCADA 软件？

各种公司、组织和企业都可以使用监督控制和数据采集系统来提高效率、跨部门共享高质量数据以及更好地识别和解决系统问题。私营和公共部门组织都可以从 SCADA 系统中受益，包括小型基础制造工厂到价值数百万美元的大型公司。

石油和天然气、电力、水和运输行业的公司以及能源、食品、医疗保健和回收行业的企业经常使用 SCADA 系统。现代系统可以配置为执行所有操作，从管理食品配送公司冷冻机和制冷系统的运行到减少制造工厂生产线的停机时间。

SCADA 系统帮助企业遵守健康和安全法规、满足政府合规要求、提高效率并节省资金。

SCADA 如何使维护和可靠性工作受益

由于 SCADA 系统提供了灵活、可扩展的方法来监视和控制整个复杂工业流程、车间或远程变电站内发生的情况，因此它可以为维护和可靠性工作做出重大贡献。（RCM） 是一种将设备和资产可靠性提升为首要任务的维护策略。该策略旨在优化整个组织的维护系统，旨在提高效率和及时生产。RCM 通常侧重于识别不同的故障模式并确定其优先级。这种关注有助于安排活动，防止重大系统故障。 

很容易看出 SCADA 软件如何与 RCM 系统齐头并进，因为 SCADA 提供了大量有关工厂中各种资产和机械性能的自动化信息和数据。SCADA 还允许在此过程的早期进行人工干预，从而防止 RCM 策略旨在寻找和识别的故障。以下是一些现实生活中的 SCADA 应用程序。

自动化配电

世界各地的电力公司都面临着电力需求的增加以及对停电的容忍度比以往任何时候都低的问题。保持这些复杂的电网和设备尽可能完全可靠是一项重大挑战。  SCADA 系统在帮助公用事业公司实现这一目标方面发挥着重要作用。

在这个行业中，传感器可以从每个变电站的各个点收集信息。中央或变电站工作人员可以添加额外的手动数据。除了收集数据并在某些情况表明出现中断或可能出现中断时发送警报之外，编程良好的 SCADA 系统还可以自动执行某些维修。此外，SCADA系统可以查明其他问题的位置，从而最大限度地减少技术人员定位和诊断问题所需的时间。最后，各种备份和冗余检查和流程可以提高整个电网的可靠性。

识别生产车间的故障

能够在潜在故障发生之前识别它们对于在任何车间保持世界一流的正常运行时间至关重要。例如，让我们看一下蒸汽涡轮机部件的故障，如果超速跳闸装置无法正常工作，可能不会立即对您的整个系统产生影响。

然而，识别此故障的 SCADA 传感器并非旨在仅修复该组件。相反，传感器会向维护部门发出有关问题的警报，以便在负载突然下降和加速发生之前进行修复。如果允许涡轮机恶化到这种程度的故障，公司可能会因叶片飞扬而遭受损坏，甚至可能因故障而导致员工受伤。

管理 IT 中的敏感性和安全性

SCADA 系统可帮助 IT 和电信组织更好地控制敏感系统并监控远程环境。传感器可以提供全天候“监控”，例如服务器温度或装有敏感 IT 设备的房间湿度等，以避免或最大程度地减少环境因素造成的损害。

此外，SCADA 系统在安全应用中运行良好，例如警报触点闭合、门磁传感器和运动探测器。

替代能源的神经中枢

随着世界需要更多的可再生能源选择，风能越来越受欢迎。 SCADA 系统在现代风电场中发挥着至关重要的作用，该系统将每台涡轮机设备与变电站和天气监测设备结合在一起。

这些系统甚至可以在 10 分钟内跟踪风电场的所有活动，从而使操作员能够近乎实时地跟踪活动。如果系统出现任何问题，几乎可以立即采取行动，以保护周围社区的设备和安全。此外，SCADA 系统可以跟踪能量输出和任何功能错误，这些错误可以用作设备保修索赔的证据。

数据通过光纤网络发送，该网络不仅总结了涡轮机和其他设备的性能，还总结了风力本身的性能。系统中必须纳入气象设备，以确定发电量下降是否是由于设备问题或弱风造成的。

SCADA 的起源

在技​​术时代到来之前，工厂和制造设施雇用技术人员团队来
以保持手动控制和检查所有设备其运行。这个资源丰富且劳动密集型的系统使用纸质记录、按钮和模拟拨号盘来执行监视和控制。

对于较小的设施，这种手动系统一度是可行的。然而，随着公司规模和业务范围的扩大，他们越来越难以依赖非自动化工业流程，尤其是在较长距离的情况下。最初的自动化工具始于计时器和继电器，这减少了技术人员前往远程位置的次数。

然而，随着业务的不断发展，组织发现计时器和继电器有其局限性。它们不够灵活并且占用了大量的物理空间。1950 年左右，计算机开始出现，给工厂带来了新的希望。最有用的最初发展之一是遥测技术，它允许异地监控和数据传输。

如今，世界上最大的制造公司也被认为是最受数据驱动的。在技​​术能力不断增强的时代，随着 SCADA 等系统的使用，收集数据的重要性被推向极限。

通过收集和监控实时数据，SCADA 可以概览工厂中每个关键设备的运行情况。设备上的传感器通过远程终端单元 (RTU) 和可编程逻辑控制器发送信号。这使得系统能够根据收集到的数据查明系统功能中的异常情况，从而使公司能够迅速对问题采取行动。

SCADA 使维护人员能够做出更明智的决策。该系统适用于多种行业，包括石油和天然气、能源和制造业。事实上，任何受益于准确、及时的数据监控的公司都将受益于 SCADA。

SCADA 的演变

与几乎所有工业计算机系统一样，SCADA 最初是在大型大型计算机上实施的。这决定了这样一个事实：它们是独立的系统，在一个位置运行和安装。这些被称为整体系统。

几十年后，SCADA 适应了不断缩小的计算机硬件、基于 PC 的软件和局域网。这使得现代系统能够摆脱最初的围墙并加入类似的系统以更有效地共享信息和数据。然而，其中许多系统仍然是专有的和封闭的。这些被称为分布式系统。

到了世纪之交，SCADA 在更加开放的环境中加入了其他计算机系统的行列。现在这个联网的 SCADA 系统在以太网上运行，允许多个系统、供应商和合作伙伴加入网络并连接到 SCADA 系统。

尽管技术不断进步，但许多工厂仍然使用专有技术，使得数据传输变得繁琐。然而，一些公司已经发展到提供链接和连接设备的 SCADA 系统。

从历史上看，SCADA 系统面临的挑战是寻找高效的通信基础设施网络来连接设备。早期技术依赖专有系统来连接组件。尽管这些制度在一定程度上有效，但在与时俱进方面存在局限性。

与此同时，信息技术在过去几十年中不断涌现。结构化查询语言 (SQL) 数据库的发展对于推进数据管理具有重要意义。现代 SCADA 系统整合了 SQL 功能，进一步链接到企业资源规划系统，以实现更顺畅、更全面的操作。

市场研究分析师还表示，工业物联网、云技术和不断发展的网络技术无疑将对未来的 SCADA 系统产生影响。

结论 

现代 SCADA 系统与 IT 技术的发展一起，正在成为工厂系统不可或缺的一部分。这些系统使用工业物联网技术，例如复杂和简单的传感器，从整个组织的关键组件和工业流程中收集大量数据，无论地理位置如何。然后，技术可以将该数据传输并转换为可用信息。人机界面 (HMI) 系统显示数据并将其传递给熟练的技术人员，他们可以快速高效地做出数据驱动的决策。

SCADA 系统可以与 RCM 和专注于预测性维护的维护策略协同工作。SCADA 提供的数据和技术允许大量自动化和数据收集，这意味着可以在问题和故障造成重大设备损坏、关闭整条生产线、造成严重事故或导致结果之前及时发现问题和故障。在一场环境灾难中。

随着未来技术的不断发展，SCADA 系统和相关流程在帮助公司增加收入和安全方面具有巨大的潜力。