SCADA、物联网IOT和MES之间的联系与区别 | 综合篇(一)

2019-10-28



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物联网是工业自动化的必然趋势,将使得工业自动化的分布式、开放化、信息化、规模化等诸多特点得以最大化体现。物联网的分布式结构确保每一个智能终端能独立运行,互通信息的同时也将系统危险分散;开放化特点则是网络自身具备多种标准接口,便于新的终端节点无缝接入;信息化使得系统信息能够及时对采集数据进行综合处理,借助网络技术实现大闭环;规模化则是降低终端节点的接入成本、购置成本、使用成本,在最优综合成本的前提下完成规模应用。


2.jpg(SCADA系统的结构图)


由于物联网完全是一个开放的网络,涉及行业机密或是国家安全的SCADA系统,将仍然保持现有状态。所以,物联网取代部分SCADA系统是必然的一个趋势。

SCADA和IOT的释义


信息化技术的进步必将推动自动化系统的革命。随着信息技术的发展,各个领域的应用也不断成熟,工业自动化系统在总体架构、管理模式、应用技术、综合挖掘等方面均要发生重大变化,进一步向标准化、可扩展、开放化、低成本的总体目标前进。尤其物联网概念的推出,使得越来越多的企业将目标监控、数据应用、开放互联设计为一套完整的解决方案。


物联网IOT(Internet of Things)是通过射频识别(RFID)等信息传感设备,按约定的协议,利用互联网进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的功能特征是全面感知信息、可靠传递信息和智能处理信息,以实现对物体实施智能化的控制与管理。


SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统是由计算机与网络技术作为支撑,实现对现场数据采集、设备控制、数据测量、参数调节以及信号报警等。SCADA系统的应用已经非常成熟,其应用已完全超出了基本数据监视控制的范畴。一套完整的SCADA系统已不仅仅是实现简单的数据收集、远程控制功能,而是被赋予了更丰富的内涵。

SCADA和IOT的系统特点


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物联网系统


物联网系统是利用计算机互联网平台,依赖射频自动识别(RFID)技术,实现终端节点的自动识别和信息的互联与共享。


物联网可分为三层:


一是感知层,即物联网的皮肤和五官识别物体,采集信息;


二是网络层,即物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理;


三是应用层,即物联网与行业专业技术的深度融合,与行业需求结合,实现行业智能化。


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( IOT系统结构图)



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SCADA系统


通用SCADA系统可分为3层。


第一层:数据采集层

由RTU与一次仪表构成,完成现场原始数据的采集与预处理。根据设计需求还可以实现现场的数据存储,以保证通讯中断后数据的连续性;

第二:数据监控层

在这层将利用各种软件远程仿真现场,实现数据的实时监控、实时报警。该层可根据对应的管理模式再分为分控中心、总控中心等,还可根据设计需求进行大量历史数据的存储;

第三层:数据应用层

在应用层实现对已采集数据的分析、整理,并根据需要实现多种形式的发布。业界很多公司分别在数据采集层、数据监控层、数据应用层都拥有极其稳定的产品和丰富的系统集成经验。


SCADA和IOT的共性


SCADA系统物联网系统以及其它工业自动化系统,都属于计算机网络技术发展的产物。根据物联网迅猛发展趋势分析,其将逐步取代部分SCADA系统。通过分析2类系统的架构体系,二者具备如下一些共同特征


1)体系结构分层

两类系统均具备清晰完整的层次结构,便于设计者、使用者理解。SCADA系统的3层与物联网系统的3层都具备明确的定义及层间分界,但3层间功能上也有一些重叠。靠近现场的层由于采用现场总线技术,使得设备档案及诊断信息更为丰富;中间层体现更多的是运行数据监控、设备管理;而最上位的应用层可以涉及数据深度应用、设备维护计划、备品备件管理、设备资产管理等。

2)一次仪表数据采集

两类系统都需要有现场原始数据的采集,其准确性及数据可用性完全取决于该一次表的数据采集。在IOT中,对控制功能的体现更为突出。在SCADA系统中,常规的控制策略主要为单回路控制、串级调节、比率调节、均匀调节、前馈调节、自动选择调节、分程调节、非线性调节等,实现功能仍以PID调节为基础,辅以一定的功能块及控制算法。IOT中的常规控制得以扩展使用,各功能块之间可多重串接、并联连接、选择性连接、自动补偿、自动跟踪、无扰切换等,多配方自动改变参数或功能块连接方式,使得自动化应用变得透明、简单。

3)对通讯网络的依赖

两类系统均需要依赖网络,而物联网系统则更加依赖无线通讯网络。由此可见,保证无线通讯是实现物联网的必要条件。无线通讯主要的特点是安装便捷、应用灵活、低成本、易于扩展等,最主要是适用于多种协议标准,包括802.11a、802.11b、最新混合标准802.11g。

4)数据处理应用

原始数据采集后,两类系统对所得的数据都进行了综合应用处理。通过结构可以看出,物联网系统对数据处理更深入。企业海量的生产数据是企业经营决策的重要依据,对于采购管理、成本控制、提高经营的经济效益具有重要的参考价值,对于控制生产成本、扩大利润,从而保证企业利润目标的实现。由此可见,数据的深度处理后,对指导全企业生产经营,具有十分重要的意义。


SCADA和IOT的区别


SCADA系统采集对采集仪表的特征、状态关注少,而物联网对所有的终端都必须采集。物联网是一个开放的系统,为了保证所涉及的终端信息互通,与外为的其他网络会有大量的数据交换。而SCADA系统是一个相对独立的系统,与其他系统对接的相对较少。SCADA系统更多的关注的是监视功能,而对控制相对较弱。物联网要求信息全网互通,但为了保证终端数据的平衡,需要根据实施数据进行一些反控。



SCADA系统与MES系统


SCADA在工厂自动化系统中,处于PLC与MES之间,由于自动化系统的整合需求越来越高,因此SCADA也出现往上与MES整合的趋势,多数厂商都认为SCADA的‘MES’化,将会是未来不可避免的趋势。


不过比较SCADA与MES两者系统,SCADA在资料撷取与监控的强大效能,终究非MES所能全面取代,而就功能取向来看,MES最主要的作用仍在于管理,在自动化平台的资料流中,SCADA是属于资料提供者,而MES是接受者,SCADA将从PLC所撷取到的资料,往上送给MES,MES再与其他资讯一起汇整,分析出资料意义,提供给管理者。


不管是SCADA或MES,对企业来说都只是自动化架构的一部分,因此无从比较谁比谁重要,都是透过自动化化系统优化作业流程、合理配置与即时调度资源,达到降低制造成本、提升设备稼动率。


但这并不是说建置了SCADA或MES,所有问题就会解决,系统架构完成后,企业就必须从SCADA系统运作所产生的数据,来填补过去资讯不足所产生的疏漏提升效率。导入企业对SCADA常会有一种错误的观念,以为系统一架构起来,就能解决所有问题,其实SCADA多数只是产出相关数据,企业要做的是如何利用这些数据改进以往疏失,进而建构未来愿景。

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(SCADA与MES之间的层级关系)


企业比较保险的做法是选择提供开放软件界面的模组化SCADA供应商,在SCADA将MES软件界面与PLC标准软硬件界面采购项目包含进去,对界面的业务实现流程与技术实现过程做出详细的模拟与设计论证,让SCADA能够沟通制造企业的底层控制系统与计划管理系统。


如果还是顾虑未来异系统之间的界面标准不一问题,企业还有另一个选择,亦即同时导入SCADA与MES,但为规避风险,可以分段实施,第一阶段先从MES部分关联度紧密的核心模组,同时配合MES的需求,实施SCADA的部分功能模组,接下来在逐步架构、连结两者功能模组。


SCADA与MES内容不同、所能解决的问题也不同,SCADA主要是以设备为主,透过资料撷取与监控,来产生各种设备资料,提供给MES,MES是重视现正发生的现场生产情况,能够即时解决现在的生产资源瓶颈问题,就目标的区隔来看,SCADA着重的是设备,MES则是制程。


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