SCADA系統體系結構分析

　　SCADA系統體系結構分析：SCADA系統不只是應用于工業領域，如鋼鐵、電力、化工，還廣泛用于食品，醫藥、建筑、科研等行業。其連接的I/O通道數從幾十到幾萬不等。華磊迅拓下面就其SCADA系統結構方面予以介紹。

一、硬件結構

　　通常SCADA系統分為兩個層面，即客戶/服務器體系結構。服務器與硬件設備通信，進行數據處理何運算。而客戶用于人機交互，如用文字、動畫顯示現場的狀態，并可以對現場的開關、閥門進行操作。近年來又出現一個層面，通過Web發布在Internat上進行監控，可以認為這是一種“超遠程客戶”。

　　硬件設備（如PLC）一般既可以通過點到點方式連接，也可以以總線方式連接到服務器上。點到點連接一般通過串口（RS232），總線方式可以是RS485，以太網等連接方式。總線方式與點到點方式區別主要在于：點到點是一對一，而總線方式是一對多，或多對多。

　　在一個系統中可以只有一個服務器，也可以有多個，客戶也可以一個或多個。只有一個服務器和一個客戶的，并且二者運行在同一臺機器上的就是通常所說的單機版。服務器之間，服務器與客戶之間一般通過以太網互連，有些場合（如安全性考慮或距離較遠）也通過串口、電話撥號或GPRS方式相連。

二、軟件體系結構

　　SCADA有很多任務組成，每個任務完成特定的功能。位于一個或多個機器上的服務器負責數據采集，數據處理（如量程轉換、濾波、報警檢查、計算、事件記錄、歷史存儲、執行用戶腳本等）。服務器間可以相互通訊。有些系統將服務器進一步單獨劃分成若干專門服務器，如報警服務器，記錄服務器，歷史服務器，登錄服務器等。各服務器邏輯上作為統一整體，但物理上可能放置在不同的機器上。分類劃分的好處是可以將多個服務器的各種數據統一管理、分工協作，缺點是效率低，局部故障可能影響整個系統。

典型的硬件配置圖如下：

三、通信

• 內部通信

　　客戶與服務器間以及服務器與服務器間一般有三種通信形式，請求式，訂閱式與廣播式。請求式：客戶周期性向服務器發出請求，然后服務器為客戶準備數據，傳送給客戶。

訂閱式：客戶向服務器注冊所關心數據，服務器記錄每個用戶關心的數據。當數據變化通知相應的用戶。

廣播式：當數據的變化時，服務器向所有客戶發出通知。

• 與I/O設備通信

　　1）通信模式

　　設備驅動程序與I/O設備通訊一般采用請求式，大多數設備都支持這種通訊方式，當然也有的設備支持主動發送方式。主動發送方式即I/O設備在數據改變時主動向外界報告數據。有的設備也支持訂閱式通信。設備驅動程序應該能夠支持各種通信模式。

　　2）通信協議

　　通信協議即與設備間的會話格式，可以理解為一種簡單的交流語言。這些語言有一定的地方性，尤其是國產的PLC，智能儀表。常見的協議有Modbus，Profibus等。設備驅動程序必須為每種協議編制相應的代碼。開發一設備驅動一般為1~5周，這要根據協議的復雜程度決定。軟件商一般將該部分做成標準開發包，用戶可以自己開發。服務器可同時帶有多個不同種類的驅動程序，這樣服務器就可以同時跟多種設備進行通信。

• 與外界通信

　　為了效率，服務器上的實時數據和歷史數據一般都以私有格式存放，實時數據駐留在內存中，而歷史數據保存在磁盤中，事件記錄也可能以私有格式保存在磁盤中，但有些軟件可以將其直接存放到關系數據庫（如MsSQLServer，ORACLE）中。由于無論采用直接方式還是ODBC與關系數據庫通訊，速度都是比較慢的，所以不可能將快速變化的數據都存放到關系數據庫中。那么服務器內這些私有格式的數據是如何與外界聯系的呢，下面簡要說明。

　　SCADA通過多種方式與外界通信。如OPC，一般都會提供OPC客戶端，用來與設備廠家提供的OPC服務器進行通訊。因為OPC有微軟內定的標準，所以OPC客戶端無需修改就可以與各家提供的OPC服務器進行通訊。現在國外的硬件廠商大多都能提供OPC服務器，而國內的硬件廠商確很少。SCADA系統供應商一般也會提供自己的OPC服務器，以便別人通過OPC訪問自己，這樣也實現了不同SCADA間的互聯。此外還有其他的一些通訊手段，如：

　　ODBC：第三方程序通過ODBC訪問歷史數據，事件記錄等。

　　API接口：可以在編程環境（如VB，VC）中使用該接口。

　　OLE控件：可以在各種編程環境下使用，也可以嵌入到支持OLE包容器的程序中，如MsWord。

　　DDE：微軟的動態數據交換協議。