以近期國(guó)內(nèi)采礦行業(yè)成功實(shí)施的一個(gè)大型SCADA系統(tǒng)項(xiàng)目為例，試著幫助大家加深對(duì)SCADA應(yīng)用中通訊技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

系統(tǒng)主干采用SDH專網(wǎng)，總體的帶寬為2.5Gb，網(wǎng)絡(luò)同時(shí)集成了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度電話及辦公OA系統(tǒng)。

主控中心服務(wù)器、分控站的操作員站采用RSLinx通訊軟件與分控站、子控站的PLC控制系統(tǒng)通訊。RSLinx軟件采用基于通用以太網(wǎng)平臺(tái)的EtherNet/IP通訊協(xié)議與控制器通訊。

EtherNet/IP指的是"以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議"（EthernetIndustrialProtocol）。它定義了一個(gè)開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)與工業(yè)協(xié)議相結(jié)合。該協(xié)議最早由羅克韋爾自動(dòng)化在上世紀(jì)90年代研發(fā)，后來交由開放設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商委員會(huì)ODVA管理。目前EtherNet/IP作為開放標(biāo)準(zhǔn)在ODVA有超過2000家認(rèn)證供應(yīng)商。

EtherNet/IP是基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)工業(yè)通訊協(xié)議，所有標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通信模塊，如PC接口卡、電纜、連接器、集線器和交換機(jī)都能與EtherNet/IP一起使用。EtherNet/IP在傳輸層以上采用通用工業(yè)協(xié)議CIP。

在EtherNet/IP面世之前，CIP作為大型的獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)與ControlNet和DeviceNet一起使用了很多年。ControlNet,DeviceNet和EtherNet/IP具有相同的應(yīng)用協(xié)議，因而使用通用的設(shè)備規(guī)范和目標(biāo)庫。這就使得不同廠商的復(fù)雜設(shè)備間能夠即插即用地進(jìn)行操作。EtherNet/IP傾向用于網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)控制應(yīng)用。借助CIP協(xié)議，以太網(wǎng)可以集成到設(shè)備級(jí)，能給用戶提供諸多便利，通用的配置、跨越幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)收集和控制數(shù)據(jù)、以TCP/IP連到全球互聯(lián)網(wǎng)或公司內(nèi)部網(wǎng)，最終在所有工作層面上提供連續(xù)的信息流。

變電所后臺(tái)綜保電調(diào)系統(tǒng)的20個(gè)RTU四遙信號(hào)的采集，采用了通用電力SCADA協(xié)議IEC60870-5-104。它實(shí)際上是IEC60870-5-101協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，為兩個(gè)具有永久連接電路的主站與子站間基本遠(yuǎn)動(dòng)信息的傳輸提供了一套通信協(xié)議集。IEC60870-5-104支持多主站和對(duì)等操作，對(duì)于遙信、遙測(cè)等信息，支持輪詢方式；而對(duì)于變位信息，則由發(fā)生數(shù)據(jù)變化的設(shè)備主動(dòng)上報(bào)，無需主站去詢問。

由于該項(xiàng)目對(duì)于各站點(diǎn)之間的協(xié)同及連鎖保護(hù)的要求較高，要求SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間同步，系統(tǒng)采用專用的GPS網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器，接收衛(wèi)星信號(hào)并提供NTP網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)服務(wù)。服務(wù)器及客戶端計(jì)算機(jī)可以與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器通過NTP對(duì)時(shí)，局域網(wǎng)對(duì)時(shí)精度可達(dá)1ms。對(duì)于控制器系統(tǒng)，選定首站的交換機(jī)作為NTP客戶端從時(shí)間服務(wù)器獲取時(shí)間。該交換機(jī)同時(shí)作為IEEE1588（精確對(duì)時(shí)協(xié)議，對(duì)時(shí)精度可以達(dá)100ns，自帶網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)補(bǔ)償）時(shí)間服務(wù)器，所有控制器作為IEEE1588客戶端與該交換機(jī)進(jìn)行對(duì)時(shí)。

IEEE1588定義了為網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)提供精確時(shí)鐘同步的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商、電力、制造、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的各類系統(tǒng)都需要一個(gè)能在低成本、易部署的以太網(wǎng)上為其提供高精度時(shí)鐘同步的方法。PTP是IEEE1588的核心協(xié)議，設(shè)備之間通過運(yùn)行PTP協(xié)議，交互PTP報(bào)文，實(shí)現(xiàn)時(shí)間和頻率的同步。

項(xiàng)目中采用的FactoryTalkViewSE軟件可以與Logix控制器標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫一體化集成，用戶可以在軟件里直接使用PLC控制器標(biāo)簽，大幅減少傳統(tǒng)SCADA軟件標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫的組態(tài)及校對(duì)工作量，同時(shí)減少了數(shù)據(jù)通訊的接口層次，大大提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

另外FactoryTalkViewSE軟件支持基于PLC設(shè)備的報(bào)警和事件功能?？梢栽贚ogix控制器內(nèi)定義報(bào)警信息，在報(bào)警發(fā)生時(shí)，以事件消息的方式把帶有控制器時(shí)間標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息主動(dòng)上報(bào)到FactoryTalkViewSE軟件，報(bào)警信號(hào)的時(shí)間精度可以達(dá)到毫秒級(jí)。

該項(xiàng)目采用了兩套50,000點(diǎn)的FactoryTalkHistorianSE實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫，其內(nèi)核引擎采用了PI實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫，和PI首創(chuàng)的螺旋門壓縮算法，可以在1秒內(nèi)讀寫上百萬條歷史數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)海量歷史數(shù)據(jù)的高速檢索和訪問。

項(xiàng)目中采用的FactoryTalkVantagePoint智能化制造軟件，具備設(shè)備建模的能力，可以基于ISA95標(biāo)準(zhǔn)建立生產(chǎn)模型，按設(shè)備、生產(chǎn)單元、工藝段、廠站、企業(yè)樹形結(jié)構(gòu)組織實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及關(guān)系型數(shù)據(jù)。

同時(shí)，這款軟件是基于B/S（瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu)的，可以生成管理系統(tǒng)門戶網(wǎng)站。用戶可以使用Excel插件，基于實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫及關(guān)系型商業(yè)數(shù)據(jù)庫中保存的數(shù)據(jù)，很方便的生成各類自定義報(bào)表，并發(fā)布成網(wǎng)頁；也可以使用專業(yè)的電子面板工具，生成各類實(shí)時(shí)動(dòng)畫式刷新的電子面板畫面。

VantagePoint的前身為Incurity，Wonderware公司曾OEM該產(chǎn)品作為InSQL歷史數(shù)據(jù)庫的客戶端軟件及Wonderware的信息化門戶解決方案。后來這家公司被RockwellAutomation收購。

該產(chǎn)品在中國(guó)電廠SIS系統(tǒng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)度管理系統(tǒng)等大型SCADA項(xiàng)目中有過廣泛且成熟的應(yīng)用。

希望通過以上簡(jiǎn)短的案例分享，能夠幫助大家更好的理解SCADA應(yīng)用中的通訊技術(shù)。

在實(shí)際的應(yīng)用中，SCADA軟件往往與PLC來自于不同廠商。一般情況下，主流PLC廠商總是會(huì)采用自家主推的通訊協(xié)議，SCADA軟件要直接支持所有PLC廠商的通訊協(xié)議是比較困難的，因此通常需要借助OPC技術(shù)來實(shí)現(xiàn)連接。而傳統(tǒng)的OPC技術(shù)因?yàn)镈COM權(quán)限設(shè)置及早期的DCOM穩(wěn)定性問題廣為工程師們所詬病。

目前PLC廠商都在加速推進(jìn)將最新的OPCUA統(tǒng)一架構(gòu)技術(shù)集成到新一代的PLC產(chǎn)品當(dāng)中。SCADA軟件未來可以直接通過OPCUA連接所有主流廠商的PLC，將大大簡(jiǎn)化工程師的通訊配置工作；另外通過OPCUA可以和企業(yè)的用戶權(quán)限認(rèn)證服務(wù)器集成，解決以往的SCADA通訊安全問題。