使用物聯(lián)網(wǎng)建立新型數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)

　1 引言

　　物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofthings），即通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，通俗的說(shuō)就是可實(shí)現(xiàn)“感知世界”的網(wǎng)絡(luò)。

　　數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)即SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系統(tǒng)，是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能，也就是實(shí)現(xiàn)在具體應(yīng)用領(lǐng)域的“感知”。

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)自動(dòng)化工程師而言并不是一個(gè)陌生的概念。因?yàn)椋瑹o(wú)論工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，還是電網(wǎng)、自來(lái)水管網(wǎng)、燃?xì)夤艿?、鐵路、橋梁、隧道、水文水利系統(tǒng)，甚至我們的飛船、衛(wèi)星運(yùn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)不是通過(guò)將物物相聯(lián)的這個(gè)“物聯(lián)”網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只不過(guò)我們傳統(tǒng)上將這些專業(yè)領(lǐng)域的“物聯(lián)”應(yīng)用稱之為SCADA系統(tǒng)。當(dāng)然從定義上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)更廣泛意義上的“感知”網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)我們可將“感知”擴(kuò)展到每臺(tái)設(shè)備、每件商品，甚至每個(gè)人，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)物的監(jiān)控與管理、對(duì)動(dòng)態(tài)物的定位與跟蹤、對(duì)商品的識(shí)別，以真正達(dá)到“感知中國(guó)”、“智慧地球”的目標(biāo)。因此，從嚴(yán)格意義上說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)既是SCADA這一傳統(tǒng)“感知”技術(shù)在概念與應(yīng)用的延伸，又是對(duì)SCADA技術(shù)發(fā)展的一個(gè)質(zhì)的提升。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將促進(jìn)SCADA系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的變革與升級(jí)，使SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，除了在傳統(tǒng)的供水、供氣、環(huán)保、能源、軌道交通、機(jī)場(chǎng)、鐵路、電力、石油、石化等行業(yè)外，在大眾的日常工作生活及其它各種領(lǐng)域中也將得到廣泛應(yīng)用，最終使SCADA這一物聯(lián)網(wǎng)的垂直具體應(yīng)用系統(tǒng)真正發(fā)展成為“感知世界”的智慧網(wǎng)。

　　2 物聯(lián)網(wǎng)的三種應(yīng)用架構(gòu)

　　物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用于各行各業(yè)中，使物理世界與信息世界相聯(lián)結(jié)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有三種架構(gòu)：

　?。?）基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)電子標(biāo)簽可能是三類技術(shù)體系中能夠最靈活地把“物”改變成為智能物件的，其主要應(yīng)用是把移動(dòng)和非移動(dòng)資產(chǎn)貼上標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)各種跟蹤和管理。

　?。?）基于傳感網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)主要是指無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN,WirelessSensorNetworks），WSN由分布在自由空間里的一組“自治的”無(wú)線傳感器組成，共同協(xié)作完成對(duì)特定周邊環(huán)境狀況，包括溫度、濕度、化學(xué)成分、壓力、聲音、位移、振動(dòng)、污染顆粒等的監(jiān)控。WSN中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（或叫Mote）一般由一個(gè)無(wú)線收發(fā)器、一個(gè)微控制器和一個(gè)電源組成。WSN一般是自治重構(gòu)（Ad-Hoc或Self-Configuring）網(wǎng)絡(luò)，包括無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)（MeshNetworks）和移動(dòng)自重構(gòu)網(wǎng)（MANET）等。

　　（3）基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)業(yè)界認(rèn)同的M2M理念和技術(shù)架構(gòu)覆蓋的范圍應(yīng)該是最廣泛的，包含有線和無(wú)線兩種通信方式。

　　M2M覆蓋和拓展了工業(yè)信息化（兩化融合）中傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)。

　　3 新型SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1 傳統(tǒng)SCADA系統(tǒng)

　　一般SCADA系統(tǒng)由監(jiān)控中心、通訊網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端組成。監(jiān)控中心即數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，也稱上位機(jī)HMI（HumanMachineInterface）——人機(jī)界面系統(tǒng)由軟件和硬件組成，其中硬件主要包括服務(wù)器、管理員站和操作員站，軟件采用專用的SCADA系統(tǒng)軟件。SCADA系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)大體可以分為兩類：

　　有線和無(wú)線。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端，即各種智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備，也就是通常所說(shuō)的下位機(jī)，如各種RTU、PLC及各種智能控制設(shè)備等。SCADA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示：

　　SCADA系統(tǒng)已經(jīng)從最初的主機(jī)控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)，發(fā)展到了今天的網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)。SCADA也從專有協(xié)議的封閉系統(tǒng)演變?yōu)橐砸蕴W(wǎng)和TCP/IP協(xié)議為主流的開放系統(tǒng)。