一、遠程測控系統的發(fā)展及需求

   作為遠程測控系統，廣義看它包括局域網(wǎng)和城域網(wǎng)、城際網(wǎng)（廣域網(wǎng)），通信距離從幾公里到幾百公里，甚至更遠，地域跨越城市內和城市間，直至陸地、天空、海洋。狹義看，它是指如下系統，即各現場(chǎng)測點(diǎn)分散（1~2公里），以測量和數據采集為主，控制比較少、比較簡(jiǎn)單（泵啟?；騿位芈氛{節）、就地控制（類(lèi)似基地式儀表）等，檢測分散但數據處理及顯示操作集中，數據處理量大，數據傳輸介質(zhì)多種、數據傳輸方式也多樣化。

   作為遠程測控系統（RMCS），和工業(yè)上常用的DCS、PLCS等以工廠(chǎng)自動(dòng)化為目標的控制系統相比，是有差異的。RMCS、DCS、PLCS都是以“3Ｃ”技術(shù)為基礎，但是DCS等在通訊（Communication）技術(shù)方面跟蹤世界潮流不及RMCS快（詳見(jiàn)本文第二節），在開(kāi)拓市場(chǎng)方面，RMCS更是受到青睞，我國以生產(chǎn)DCS等產(chǎn)品為主的和利時(shí)、浙江中控、上自?xún)x等公司，都開(kāi)展了RMCS的業(yè)務(wù)，其中以軌道交通相關(guān)的測控系統最為顯著(zhù)。

   作為數字通信，遠程測控系統的數據傳輸方式有工程實(shí)例的種類(lèi)很多，如電力線(xiàn)帶無(wú)線(xiàn)載波；銅纜電話(huà)線(xiàn)及光纖通訊傳輸（如ADSL非對稱(chēng)數字用戶(hù)環(huán)路等）；數傳無(wú)線(xiàn)電臺傳輸（利用免申請頻率或申請專(zhuān)用頻點(diǎn)——窄帶、點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)）；利用移動(dòng)通訊（手機）資源傳輸（CDMA碼分多址、GPRS通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)即GSM的延續、3G高速數據傳輸的蜂窩移動(dòng)通訊）；利用互聯(lián)網(wǎng)資源直至三網(wǎng)融合、利用衛星通訊等。

   作為遠程測控系統的測量端的現場(chǎng)層，各行業(yè)情況差異很大。一般單個(gè)測量?jì)x表多接到RTU上(RTU：Remote Terminal Unit遠程終端單位)，形成多點(diǎn)I/O集中，安裝在現場(chǎng)或現場(chǎng)附近，可經(jīng)數據傳輸電臺發(fā)射接收無(wú)線(xiàn)信號，連入網(wǎng)絡(luò )。有些行業(yè)發(fā)展到在單個(gè)變送器上可發(fā)射接收無(wú)線(xiàn)電波，從而多臺變送器和監視站形成無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)。RFID射頻識別技術(shù)做到智能卡貼到物體上，可以發(fā)射、接收無(wú)線(xiàn)電波，做到“物與物相聯(lián)”，這也是物聯(lián)網(wǎng)的基礎。同時(shí)使遠程測控系統功能擴大，獲得“物體”地理位置等信息。遠程故障診斷及遠程維護技術(shù)已發(fā)展十多年，也對遠程測控系統提出更高要求。

   遠程測控系統對來(lái)自現場(chǎng)的數據，有的要求連續測量數據，有的則要求定時(shí)傳輸來(lái)的數據，所以現在的無(wú)線(xiàn)傳輸的變送器，可以斷續工作，從而節省了能量，做到了低功耗，所以現場(chǎng)儀表可以用電池供電。

   由于在網(wǎng)絡(luò )中形成集中監視站，這就產(chǎn)生了SCADA軟件（監視和數據采集，Supervisory Control and Data Acquisition），該測控系統也稱(chēng)為SCADA系統。

   在實(shí)際應用中，油田、市政工程（自來(lái)水廠(chǎng)的水源地、城市煤氣穩壓站等），大型工廠(chǎng)的公用工程（原料或成品的儲運，電力、熱力、水汽等供應，為了調度需要，某些工廠(chǎng)內與各車(chē)間的DCS平行而專(zhuān)設測控系統）、輸油輸氣管線(xiàn)、電網(wǎng)調度、移動(dòng)設備（交通工具、工程機械、大型車(chē)間內天車(chē)等）采用SCADA系統和無(wú)線(xiàn)傳輸用RTU的工程實(shí)例較多，但由于近來(lái)可被選擇的相關(guān)設備種類(lèi)很多，所以RTU等現場(chǎng)設備和人機界面等中控室設備，或網(wǎng)絡(luò )設備，面臨著(zhù)更新?lián)Q代的問(wèn)題。作為自動(dòng)化行業(yè)，解決幾十公里或幾公里或一公里以?xún)鹊臏y控系統的問(wèn)題，是我們的要務(wù)，為各行業(yè)提供解決方案和做好服務(wù)是我們在市場(chǎng)中立足的要務(wù)。提供幾公里內的現場(chǎng)測量?jì)x表和RTU是自動(dòng)化儀表制造行業(yè)的責任，提供對應接口和驅動(dòng)軟件，應該滿(mǎn)足主流網(wǎng)絡(luò )的要求。

   在更廣的范圍內，工業(yè)現場(chǎng)以外，遠測測控也在發(fā)展，如自然環(huán)境的地質(zhì)、水文、海嘯預測的傳感網(wǎng)，各種大型建筑物、大型設備、消防和有毒氣體的監測（包括礦山）、糧庫等社會(huì )公共資源的監測等。特別是由于傳感器技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，使傳感器和信號傳輸的成本下降，能耗降低，使泛在感知技術(shù)逐步普及，傳感網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)成為新興產(chǎn)業(yè)。

  有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信介質(zhì)的兼容，數據信號擴大到聲音、圖像等多媒體。信號、網(wǎng)絡(luò )結構多樣化及網(wǎng)格結構的流行，使遠程測控系統形成異構系統，所以需要進(jìn)一步的學(xué)習數據通信技術(shù)。

   二、SCADA系統與SCADA軟件

   1、遠程測控系統按功能分層因行業(yè)而異，一是多樣化，二是扁平化，這與通信系統結構的發(fā)展及管理調度和操作方式發(fā)展有關(guān)。一般現在分現場(chǎng)層、監視層、管理層三層。

   2、監視層所指的中控室及與現場(chǎng)分散設備相接口的部分，這是狹義上的SCADA系統。從硬件上看，分為人機界面設備和數據采集設備，現場(chǎng)為無(wú)線(xiàn)通信情況下，還有通信處理前置機，人機界面設備監視站內配有中心數據庫，由于Web技術(shù)的發(fā)展，有各種服務(wù)器/客戶(hù)器或服務(wù)器/瀏覽器。如某SCADA系統的調度中心的配置為：服務(wù)器、廣域骨干網(wǎng)、工作站、通信前置機等。人機界面與多媒體結合，大型視頻墻（Video Wall）等在中控室或指揮中心常被采用。

   3、監視層SCADA系統中對應的軟件即SCADA軟件，包括人機界面軟件和數據采集軟件。所以對應軟件可寫(xiě)成HMI/SCADA軟件。目前SCADA軟件已經(jīng)成為獨立的產(chǎn)品，在工控行業(yè)又稱(chēng)為組態(tài)軟件。國外著(zhù)名品牌有FIX、Intouch等，國內有組態(tài)王、三維力控等。它已由主要解決人機界面問(wèn)題，而擴大至組態(tài)控制策略，建立實(shí)時(shí)數據庫、通信及聯(lián)網(wǎng)，提供各種I/O的驅動(dòng)程序等，完成系統集成的軟件工程全部軟件支持任務(wù)。它的主要功能組件有：應用程序管理器、圖形界面開(kāi)發(fā)/運行程序、實(shí)時(shí)數據庫系統組態(tài)/運行程序、I/O驅動(dòng)程序等。其他功能組件還有：通用數據庫接口（ODBC接口）/運行程序、控制策略編輯/生成組件、實(shí)用通信程序組件等。

   其中實(shí)用通信程序組件的功能包括：用于雙機冗余系統中主機與從機間的通信、關(guān)于多種通信介質(zhì)的應用（如以太網(wǎng)、RS485、RS232、PSTN、GSM等），Server/Client的數據雙向傳輸、基于Internet或Browser/Server(B/S)的通信功能等。

  標準化方面，采用IEC61131-3及OPC（OPC UA）（此為行規）、TCP/IP、IEEE802及其它標準，使其具有開(kāi)放性，能與多種軟件平臺及工具軟件相兼容。

  SCADA軟件運行后，可以完成如下幾個(gè)任務(wù)：查看現場(chǎng)的實(shí)時(shí)數據和流程畫(huà)面；自動(dòng)打印各種實(shí)時(shí)/歷史數據報表；自由瀏覽各種實(shí)時(shí)/歷史趨勢；及時(shí)得到并處理各種過(guò)程報警和系統報警，在必要時(shí)人為干預生產(chǎn)過(guò)程，修改相關(guān)參數或狀態(tài)（手動(dòng)操作）；與管理部門(mén)的計算機聯(lián)網(wǎng)，為管理部門(mén)提供實(shí)時(shí)和歷史數據。

  4、關(guān)于利用手機短信或個(gè)人數據助理（無(wú)線(xiàn)PDA）等方式，讓管理人員可在多處看到工廠(chǎng)控制系統（DCS 系統應接有如“anywhere”的無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺）、公用工程測控系統等相關(guān)參數，這些在國外已相當普及，這方面技術(shù)是遠程測控系統的一部分，國內應該重視這方面的需求。

  5、關(guān)于GPS（Global Positioning System）全球定位系統，這在民用方面已開(kāi)始普及，而在自動(dòng)化行業(yè)還不太普及，只是少數DCS系統開(kāi)始提供這方面的應用。首先應該明確GPS技術(shù)應用是遠程測控系統的一部分。這在交通管理、物流管理、輸油輸氣管線(xiàn)管理、煤氣等市政工程管理等方面都可以利用，GPS接收機通過(guò)定位解算方法進(jìn)行定位計算，計算出用戶(hù)所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息，分散的現場(chǎng)，對這些信息都是非常需要的。自動(dòng)化行業(yè)的專(zhuān)業(yè)人員應該學(xué)會(huì )做出可接入GPS的測控系統的解決方案，為用戶(hù)做好接入服務(wù)。

  三、現場(chǎng)儀表及RTU

  遠程測控系統的現場(chǎng)儀表提供各種檢測的數據，現場(chǎng)條件各不相同，所以應有多種儀表，供用戶(hù)和設計人員選擇。

  1、近幾年發(fā)展起來(lái)的工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)，如由中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所為代表，我國國家標準化管理委員會(huì )提出，已成為國際標準的“工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )WIA”（Wireless Networks for Industrial Automation），它采用Mesh（網(wǎng)格）路由結構、全網(wǎng)TDMA模式、帶電池的低能耗技術(shù)。它有WIA無(wú)線(xiàn)通信模塊，與溫度模塊、壓力流量模塊、液位流量模塊等集成智能無(wú)線(xiàn)模塊——現場(chǎng)儀表（每個(gè)儀表上有一個(gè)天線(xiàn)），另有WIA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，向下與現場(chǎng)儀表無(wú)線(xiàn)通信，數據匯集，再經(jīng)Ethernet等串口與中央控制室的有線(xiàn)系統相連。

  艾默生的無(wú)線(xiàn)系統中的無(wú)線(xiàn)變送器，發(fā)射距離可達800米，采用免費頻段：2.4G、5.8G，發(fā)射功率小于10mw，屬于微功率短距離設備，免于備案，數據刷新（更新數據時(shí)間發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波）時(shí)間可變更，一般為1秒、2秒、4秒或更長(cháng)，對應有標準IEC62591。

  WIA等產(chǎn)品還可以集成遠程傳輸無(wú)線(xiàn)通信GPRS模塊。

  2、近十多年來(lái)，一直用于油田、城市煤氣管線(xiàn)、自來(lái)水廠(chǎng)的水源地等處的RTU遠程終端單位，它是成熟的產(chǎn)品，它滿(mǎn)足了幾點(diǎn)~幾十點(diǎn)輸入、輸出信號的連接和處理，所接的測量元件或其它現場(chǎng)儀表是專(zhuān)用的或通用的模擬儀表，輸出信號可以是模擬量和開(kāi)關(guān)量，經(jīng)過(guò)集中，由調制解調器接入數傳電臺。這種模式用于分散的現場(chǎng)測量的無(wú)線(xiàn)傳輸?，F在正進(jìn)入更新?lián)Q代時(shí)期。由于RTU的使用習慣及價(jià)格優(yōu)勢，它將與單獨現場(chǎng)儀表互相并存。

  3、現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)（20余種現場(chǎng)總線(xiàn)，包括HART），它提供數字化的現場(chǎng)儀表，在很多行業(yè)作為遠程測控系統的基礎是有優(yōu)先條件的。原設計通信介質(zhì)有無(wú)線(xiàn)方式，但一般只是作為通信距離的延伸和補充?，F在還有RI/0(遠方輸入/輸出)設備等，已在工程中使用?？傊?，現場(chǎng)總線(xiàn)如何用于遠程測控系統，特別是形成無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，并與現在推廣的無(wú)線(xiàn)變送器產(chǎn)品相融合，還在研發(fā)過(guò)程之中。

  4、采用PLC控制器作RTU的替代品或作為PLC性能的擴展，這也是一個(gè)在很多遠程控制系統中采用的切實(shí)可行的方案，工程實(shí)例很多。

  5、RFID技術(shù)，目前在工廠(chǎng)管理、物流行業(yè)已逐步應用，它是非接觸式的可移動(dòng)的智能身份證，在識別、跟蹤、查找等方面功能顯著(zhù)，它將是物聯(lián)網(wǎng)的基本技術(shù)，也是遠程測控系統可開(kāi)拓的領(lǐng)域。

  四、當前的遠程測控供應商市場(chǎng)

   1、Honeywell公司承接的西氣東輸二線(xiàn)測控系統，西段長(cháng)2441公里，東段長(cháng)2472公里，另有支線(xiàn)6條，全長(cháng)3657公里，地下儲氣庫3座、LNG調峰站等，有多個(gè)壓氣站、分輸站、閥室。采用了PLC、RTU、ESD、SCADA系統。

   2、安控公司為工業(yè)級RTU專(zhuān)業(yè)制造公司，油氣田系統集成商，產(chǎn)品有Super、E5000、Super32、SuperE40、E6800、SuperE50及Super系列網(wǎng)絡(luò )化產(chǎn)品等RTU，年產(chǎn)值超過(guò)1億元。應用實(shí)例有控油機控制、水源井監控、天然氣井監控、管道閥室、天然氣調壓站及管網(wǎng)檢測、注水站監控等，另有原油處理站、油庫、天然氣門(mén)站及中高壓站等工程業(yè)績(jì)。

   3、艾默生公司在市政SCADA系統中業(yè)績(jì)遍布于美國，國內有哈爾濱市政水務(wù)系統，其Ovation SCADA系統支持多種網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型：①撥號，租用線(xiàn)路，擴頻無(wú)線(xiàn)（串行）；②租用線(xiàn)路，擴頻無(wú)線(xiàn)（以太網(wǎng)）；③其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)：GPRS/CDMA、Wi-Fi 、Wi-Max、自組織網(wǎng)絡(luò )等。

   4、Six net公司除有多種相關(guān)產(chǎn)品外，在國內有多個(gè)工程實(shí)例：勝利油田天然氣集輸計量系統，長(cháng)慶油田長(cháng)輸管線(xiàn)巡檢SCADA系統、深圳燃氣集團LNG天然氣檢測SCADA系統、撫順新鋼鐵能源計量管理SCADA系統、太原市自來(lái)水公司供水調度SCADA系統、澳門(mén)威尼斯人酒店電力監控SCADA系統、重慶市環(huán)保局污染源在線(xiàn)監測SCADA系統（北京華控公司研制了下水道化糞池安全預報警系統）、云南石林10MW光伏發(fā)電系統、武廣高鐵防災監控系統等。