1 引言

　　物聯網（TheInternetofthings），即通過射頻識別（RFID）、傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡，通俗的說就是可實現“感知世界”的網絡。

　　數據采集與監控系統即SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系統，是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能，也就是實現在具體應用領域的“感知”。

　　物聯網技術對自動化工程師而言并不是一個陌生的概念。因為，無論工廠的現場設備，還是電網、自來水管網、燃氣管道、鐵路、橋梁、隧道、水文水利系統，甚至我們的飛船、衛星運行監測，無不是通過將物物相聯的這個“物聯”網絡來實現的，只不過我們傳統上將這些專業領域的“物聯”應用稱之為SCADA系統。當然從定義上來看，物聯網是一個更廣泛意義上的“感知”網絡，通過物聯網我們可將“感知”擴展到每臺設備、每件商品，甚至每個人，實現對靜態物的監控與管理、對動態物的定位與跟蹤、對商品的識別，以真正達到“感知中國”、“智慧地球”的目標。因此，從嚴格意義上說物聯網既是SCADA這一傳統“感知”技術在概念與應用的延伸，又是對SCADA技術發展的一個質的提升。

　　隨著網絡與通信技術的發展，物聯網技術必將促進SCADA系統體系結構的變革與升級，使SCADA系統的應用領域越來越廣，除了在傳統的供水、供氣、環保、能源、軌道交通、機場、鐵路、電力、石油、石化等行業外，在大眾的日常工作生活及其它各種領域中也將得到廣泛應用，最終使SCADA這一物聯網的垂直具體應用系統真正發展成為“感知世界”的智慧網。

　　2 物聯網的三種應用架構

　　物聯網把新一代IT技術充分運用于各行各業中，使物理世界與信息世界相聯結。物聯網應用有三種架構：

　　（1）基于RFID的物聯網應用架構電子標簽可能是三類技術體系中能夠最靈活地把“物”改變成為智能物件的，其主要應用是把移動和非移動資產貼上標簽，實現各種跟蹤和管理。

　　（2）基于傳感網絡的物聯網應用架構主要是指無線傳感網絡（WSN,WirelessSensorNetworks），WSN由分布在自由空間里的一組“自治的”無線傳感器組成，共同協作完成對特定周邊環境狀況，包括溫度、濕度、化學成分、壓力、聲音、位移、振動、污染顆粒等的監控。WSN中的一個節點（或叫Mote）一般由一個無線收發器、一個微控制器和一個電源組成。WSN一般是自治重構（Ad-Hoc或Self-Configuring）網絡，包括無線網狀網（MeshNetworks）和移動自重構網（MANET）等。

　　（3）基于M2M的物聯網應用架構業界認同的M2M理念和技術架構覆蓋的范圍應該是最廣泛的，包含有線和無線兩種通信方式。

　　M2M覆蓋和拓展了工業信息化（兩化融合）中傳統的SCADA系統。

　　3 新型SCADA系統設計

　　3.1 傳統SCADA系統

　　一般SCADA系統由監控中心、通訊網絡和遠程數據采集終端組成。監控中心即數據處理和顯示系統，也稱上位機HMI（HumanMachineInterface）——人機界面系統由軟件和硬件組成，其中硬件主要包括服務器、管理員站和操作員站，軟件采用專用的SCADA系統軟件。SCADA系統通訊網絡大體可以分為兩類：

　　有線和無線。遠程數據采集終端，即各種智能數據采集設備，也就是通常所說的下位機，如各種RTU、PLC及各種智能控制設備等。SCADA系統的網絡拓撲結構如圖1所示：

　　SCADA系統已經從最初的主機控制系統、分布式控制系統，發展到了今天的網絡化的控制系統。SCADA也從專有協議的封閉系統演變為以以太網和TCP/IP協議為主流的開放系統。

　　3.2 新型SCADA系統設計

　　根據物聯網的三種應用架構，結合SCADA系統的體系結構，在物聯網發展的今天，SCADA系統的結構、通信網絡、現場數據采集終端都會發生新的變化。

　　（1）監控中心

　　監控中心由硬件設備和應用軟件組成。

　　硬件設備：在滿足網絡功能要求的前提下，采用云計算概念，主要功能在服務器上完成，用云終端代替操作員站與管理員站的計算機，簡化操作員站與管理員站的硬件設備，提高系統的安全性、可靠性，便于系統功能與規模的擴充。

　　應用系統軟件：在滿足一般使用要求的前提下，需要強大的網絡功能，由傳統點到點的SCADA系統發展為端到端的互聯網協議架構系統。在物聯網發展的今天，應設計以下功能：

 　　◆支持PDA、智能手機作為操作終端

　　SCADA系統軟件直接支持智能手機作為操作終端。

　　這使得SCADA的使用范圍從監控室擴大到任何手機網絡可以到達的區域。

　　◆遠程組態和維護技術

　　SCADA系統的組態采用B/S結構，B/S結構即瀏覽器/服務器結構的軟件，可提供很強的遠程維護支持，大大降低項目實施和維護的成本。

　　◆多種的權限管理

　　傳統SCADA系統的操作員是限定在很少的幾個人，而現在SCADA系統是面向全企業不同層面、不同部門的人員提供服務的網站發展，這就要求SCADA軟件具有多種權限支持。

　　◆視頻與工業數據一體化

　　將現場視頻與SCADA調度系統集成在一起，突出了調度決策的現場感知效果。

　　（2）通訊網絡

　　兼容多種通信模式，如將無線專網、GPRS/CDMA/3G、光纖網及衛星網等，通過物聯網通信技術，實現各種應用網絡的互聯互通，真正組成一個可連接各種感知終端的有機通信網絡平臺。

　　（3）遠程數據采集終端

　　根據需要選用WSN/Wi-Fi等無線組網方式，增加現場組網的靈活性。

　　應具有很強的通訊能力，自帶以太網接口，在監控現場根據不同的采集對象選擇不同的組網方式：對于數據采集，利用WSN無線傳感器網絡采集比較分散的傳感器；對于視頻采集，利用Wi-Fi無線組網。無論采用哪種無線組網方式均能減少布線、施工的工作量。

　　WSN無線傳感器網絡具有以下優點：

　　◆成本低

　　WSN節點采用嵌入式處理器和存儲器，就單個節點而言，硬件成本是較低的。WSN采用開放的簡化ZigBee協議棧，工作在2.4GHz免執照的ISM頻段。

　　◆對等網絡多冗余、高可靠性

　　WSN沒有嚴格的控制中心，所有節點地位平等，是一個對等式網絡。節點可以隨時加入或離開網絡，任何節點的故障不會影響到整個網絡的運行，具有很強的抗毀性。

　　◆組網能力強

　　支持樹狀、星狀、網狀等多種組網方式，網絡的布設和展開無需依賴于任何預設的網絡設施，節點通過分層協議和分布式算法協調各自的行為，節點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網絡。

　　◆多跳（Multi-hop）路由

　　WSN節點通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十米到幾百米，節點只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節點進行通信，則需要通過中間節點進行路由。WSN中的多跳路由是由普通網絡節點完成的。

　　利用WSN組網的現場數據采集終端拓撲圖如圖2所示：

　　4　系統功能

　　根據物聯網技術的應用發展，SCADA系統的主要功能為：

　　（1）數據采集：采集遠程端站的數據。

　　（2）報表功能：具有年、月、周、日報表及打印。

　　（3）GIS功能：地圖功能。

　　（4）具有多種通信方式：有線/無線，專網/公網等。

　　（5）數據處理：根據需要做數據分析、統計等。

　　（6）報警處理：報警信息的處理。

　　（7）信息預測分析：一些消耗量的預測分析。

　　（8）設備管理：端站設備的安裝時間、位置、故障日期等信息。

　　（9）設備控制、監測。

　　（10）事件日志。

　　（11）圖表分析。

　　（12）參數查看：查看實時數據和歷史數據，用戶可以查看所有端站每時每分采集的各項數據，并具有查詢此企業某時間點或時間段內的數據。

　　（13）組態功能：任意增加、刪除某一終端的信息；任意增加、刪除AI、DI、PI等參數的信息。

　　（14）查詢功能：以數據庫為核心，提供數據處理、查詢、備份等功能。

　　5　結語

　　設備互聯的物聯網，將是自動化企業的又一巨大潛在市場。本文緊緊圍繞物聯網技術應用架構，設計了新型的SCADA系統，突出了由傳統點到點的SCADA系統發展為端到端的互聯網協議架構系統的特點。現場數據采集終端采用無線傳感器組網模式，體現了物聯網的優勢。隨著物聯網應用的推進，該系統在企業管理中將會發揮越來越重要的作用。