SCADA系統(tǒng)在現(xiàn)代智能樓宇應(yīng)用中的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

摘 ?要：在過程監(jiān)控系統(tǒng)和工業(yè)自動化中，SCADA系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文以SCADA系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計為基礎(chǔ)，設(shè)計出了滿足設(shè)計要求、界面更加清晰的生產(chǎn)調(diào)度自動化控制體系。在智能化操控實(shí)現(xiàn)過程中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，通過對監(jiān)控系統(tǒng)中的軟件和硬件設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的使用，使SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息與別的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)完美的交換。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代智能樓宇;SCADA系統(tǒng);開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

中圖分類號：TP273 ???文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ???文章編號：2096-6903（2019）02-0000-00

數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)統(tǒng)稱為SCADA系統(tǒng)，借助電腦實(shí)現(xiàn)對電力自動化系統(tǒng)的科學(xué)監(jiān)管，從而使SCADA系統(tǒng)的使用范圍得到不斷擴(kuò)展。使用SCADA系統(tǒng)可以對能源配置過程進(jìn)行有效的監(jiān)管，從而使自動化控制和統(tǒng)一調(diào)度得以實(shí)現(xiàn)。將自動化監(jiān)控系統(tǒng)安裝在樓宇中以后，可以使整個樓宇的安全性得到顯著提高，同時能夠隨時地對整個樓宇進(jìn)行全面監(jiān)控，從而使樓宇環(huán)境變得更加安全、可靠。所以，對樓宇使用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)的分析具有深遠(yuǎn)的意義。

1 SCADA系統(tǒng)在智能樓宇中的使用優(yōu)勢

將SCADA系統(tǒng)使用到樓宇自動化監(jiān)控體系中，電腦可以對所有的設(shè)備進(jìn)行科學(xué)、高效的監(jiān)管，因此自動化控制體系的優(yōu)勢比較明顯，具有體現(xiàn)為：（1）樓宇中所有的子系統(tǒng)全部實(shí)現(xiàn)優(yōu)化管理;（2）使樓宇的環(huán)境得到根本的改變;（3）樓宇的能量損耗得到有效的降低;（4）自動化控制系統(tǒng)使工作效率得到顯著提高，使操作人員的各項費(fèi)用支出得到有效降低。系統(tǒng)故障報警和問題分析、報表核算、運(yùn)行信息處理、實(shí)時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、監(jiān)控用電負(fù)荷分配情況、監(jiān)控BAS系統(tǒng)和全過程監(jiān)管等得以全面實(shí)現(xiàn)，給設(shè)備運(yùn)行工作人員提供設(shè)備維護(hù)信息、系統(tǒng)運(yùn)行操作指南和給生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)等，使設(shè)備的全過程管理要求得到滿足，使系統(tǒng)安全運(yùn)行得到保證。

2 SCADA系統(tǒng)總體設(shè)計與體系結(jié)構(gòu)

SCADA系統(tǒng)的組成部分主要包括自動控制站、監(jiān)控中心和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，網(wǎng)絡(luò)連接主要是借助以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線連接實(shí)現(xiàn)的，以太網(wǎng)運(yùn)行平穩(wěn)，其運(yùn)行速度快，具有超強(qiáng)的兼容性。監(jiān)控中心借助服務(wù)器和客戶端形成了上位監(jiān)控平臺體系、客戶端管理平臺和客戶端運(yùn)行界面，無人工作站是服務(wù)器的主要形式。自動控制體系可以使現(xiàn)場設(shè)備的自動化程度得到不斷提高，使用Honeywell的混合控制器HC900對本地設(shè)置控制柜、空調(diào)系統(tǒng)、現(xiàn)場無人值守、安裝自動/手動遠(yuǎn)程本地切換按鈕、報警指示燈和控制柜面板安裝系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行科學(xué)管控。信息采集體系的主要內(nèi)容包括MOXA串口服務(wù)器和智能儀表等。工業(yè)總線RS-485總線是PLC與MOXA串口服務(wù)器和智能儀表通訊的核心構(gòu)件，工業(yè)以太網(wǎng)主要是由RS-485通訊在串口服務(wù)器的作用下轉(zhuǎn)換而來的，以太網(wǎng)將所有的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

以太網(wǎng)MODBUS/TCP協(xié)議可以使通信體系的數(shù)據(jù)傳輸?shù)玫饺娴奶嵘照{(diào)系統(tǒng)主要是通過使用以太網(wǎng)通訊MODBUS/TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)有效的通訊。Modicon公司研發(fā)的Modbus是Modbus/TCP應(yīng)用層協(xié)議的主要組成成分，具有較強(qiáng)的透明性和開放性，因此得到了普遍的使用。在對不同的網(wǎng)絡(luò)形式進(jìn)行高效連接的時候，可以借助網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP得以實(shí)現(xiàn)，同時也可以借助傳輸層協(xié)議TCP得以實(shí)現(xiàn)，所以該技術(shù)在底層通訊的范疇中得到了全面的應(yīng)用。以太網(wǎng)的物理層和鏈路層是Modbus/TCP中數(shù)據(jù)的主要來源，在絕大多數(shù)的通用網(wǎng)絡(luò)部件中通用，其他體系的核心組成內(nèi)容就是RS-485總線。該總線的優(yōu)勢主要體現(xiàn)為具有超強(qiáng)接口兼容性，而且其投入成本也比較低。如今比較流行使用的布網(wǎng)方式就是RS-485總線，其主要特征為兼容性較強(qiáng)，操作便利，RS-485通信在九成以上的控制器中都適用。以太網(wǎng)的主要特點(diǎn)為上層兼容性、擴(kuò)展能力和穩(wěn)定性都比較強(qiáng)，因此，RS-485通信和以太網(wǎng)在自動化體系中得到了大范圍使用，值得進(jìn)行全面的推廣。

計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是中心站的主要組成部分，中心站的所有自動化系統(tǒng)全部借助以太網(wǎng)進(jìn)行連接，可以對自動化體系的運(yùn)行情況和信息傳輸情況進(jìn)行全面的搜集，數(shù)據(jù)信息被系統(tǒng)處理好以后，實(shí)時數(shù)據(jù)庫對這些信息進(jìn)行永久存儲。星型結(jié)構(gòu)是中心站網(wǎng)絡(luò)的主要形式，所有的計算機(jī)中都有以太網(wǎng)卡，交換機(jī)將其構(gòu)成本地局域網(wǎng)絡(luò)，局域網(wǎng)的核心構(gòu)成材質(zhì)為超5類雙絞線，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要是借助網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP和傳輸層協(xié)議TCP以實(shí)現(xiàn)的。計算機(jī)的核心配置為分布式多微機(jī)的局域網(wǎng)，服務(wù)器是最為核心的部分，機(jī)構(gòu)的主要組成部分為服務(wù)器和客戶端。客戶端的主要任務(wù)為報表管理、系統(tǒng)監(jiān)控和界面瀏覽，屬于操作員操作站。中心站一定要配備UPS電源，一旦出現(xiàn)停電等問題時，保證數(shù)據(jù)接收設(shè)備、交換機(jī)、工作站和服務(wù)器能夠正常運(yùn)行，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸和儲存得到保障。

3 組成與實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)組成

依據(jù)組建形式可以將系統(tǒng)劃分成為軟件部分和硬件部分兩個功能模塊，軟件部分包括的內(nèi)容由日志模塊、硬件設(shè)備配置及管理模塊等多個模塊組成;硬件部分包括的內(nèi)容由鍵盤、分配器和管理服務(wù)器等多個模塊組成。

3.2功能實(shí)現(xiàn)

中心控制儀器和前端使用的設(shè)備組成了監(jiān)控體系，中心控制儀器包含的內(nèi)容比較多，例如錄像機(jī)、監(jiān)視器、分配器等等;前端設(shè)備主要包括射燈、報警探頭、解碼器、支架、防護(hù)罩、云臺、鏡頭和攝像機(jī)等;按照功能的不同可以將中心控制設(shè)備劃分成為報警系統(tǒng)、矩陣控制系統(tǒng)和硬盤錄像系統(tǒng)等幾個部分。創(chuàng)建能夠進(jìn)行全區(qū)監(jiān)控信息匯總的指揮中心，前端的視頻信號可以借助視頻網(wǎng)絡(luò)快速的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心可以對前端視頻進(jìn)行及時的訪問，也可以對歷史信息進(jìn)行有效的訪問，從而實(shí)現(xiàn)宏觀調(diào)控。第一，信息共享與視頻監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控中心可以將發(fā)現(xiàn)的所有問題通過資源共享功能傳輸?shù)缴霞壷鞴茴I(lǐng)導(dǎo)的桌面上，使領(lǐng)導(dǎo)與監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)信息資源的共享，領(lǐng)導(dǎo)依據(jù)事情的發(fā)展情況來進(jìn)行及時的處理，從而使一切工作得以順利開展。第二，雙屏顯示。將視頻信息和電子圖顯示在兩個大屏幕上，工作間根據(jù)現(xiàn)實(shí)的情況將所有的信息上傳至視頻監(jiān)控中心，借助此平臺實(shí)現(xiàn)對以后系統(tǒng)的有效擴(kuò)展。如果想要使信息檢索變得更加及時，就要確保視頻和電子地圖實(shí)現(xiàn)分布關(guān)聯(lián)信息，這樣就可以在最短的時間之內(nèi)實(shí)現(xiàn)視頻信息的快速檢索，促使二者實(shí)現(xiàn)積極的互動，對視頻圖標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)擊就可以對所有的信息進(jìn)行閱覽。第三，信息轉(zhuǎn)發(fā)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)中包含大量的信息，例如人員流動狀態(tài)、儀表數(shù)據(jù)、巡檢情況和設(shè)備狀態(tài)等等，這些信息在處理的時候，可能會與多個部門實(shí)現(xiàn)交叉，因此有些信息會有多個部門的領(lǐng)導(dǎo)共同審閱，使得信息傳輸資源占用存在著非常緊張的現(xiàn)象，有時候也會出現(xiàn)設(shè)備共享承載力不足的情況，因此監(jiān)控中心一定要合理化分配信息單元，使多人共享信息得到有效實(shí)現(xiàn)，使網(wǎng)絡(luò)更加的暢通。第四，系統(tǒng)管理。大型監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征為地域分布廣、硬件設(shè)備數(shù)量大和信息共享用戶多等，通過采取遠(yuǎn)程控制和集中管理的方法，使系統(tǒng)運(yùn)行和信息安全得到保證。第五，桌面終端。相關(guān)部門的負(fù)責(zé)人和主管領(lǐng)導(dǎo)通過桌面終端實(shí)現(xiàn)對信息的快捷檢索，桌面終端使信息共享得以實(shí)現(xiàn)。通過對桌面終端的有效利用，負(fù)責(zé)人和主管不用到現(xiàn)場就可以對這個過程進(jìn)行有效的監(jiān)管，確保所有的工作得到順利的執(zhí)行，因此降低了投入的成本，工作效率得到了有效的提升。

4 結(jié)論

SCADA系統(tǒng)在樓宇機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛使用，通過對SCADA系統(tǒng)的硬件配置和軟件配置的有效分析，使接口程序中的軟件得到了高效研發(fā)。在進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的時候，使用GPRS技術(shù)可以使設(shè)計效率得到明顯提高，使現(xiàn)場測控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面的應(yīng)用。

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收稿日期：2019-05-07

作者簡介：江行飛（1988—），男，河南柘城人，碩士研究生，工程師，研究方向：機(jī)電工程。

The Development and Realization of SCADA System in the Application of Modern Intelligent Building

JIANG Xingfei

（China Communications Electrical and Mechanical Engineering Bureau co.， LTD. Beijing ?100088）

Abstract：?In process monitoring system and industrial automation， SCADA system has been widely used.Based on the hardware design and software design of SCADA system， this paper designs a production scheduling automation control system that meets the design requirements and has a clearer interface.In the process of realizing intelligent control， video monitoring system plays an important role， which enables the software and hardware equipment in the monitoring system to be used scientifically and enables the perfect exchange of SCADA system data and information with other application software.

Keywords： Modern intelligent building; SCADA system; Development and implementation