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3 SCADA系统的架构

SCADA系统的发展与现代计算技术的发展和成熟是并行的。以下部分将介绍以下三种SCADA系统架构:

第一代—单片集成电路
•第二代——分布式
•第三代——网络化

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1.单片SCADA系统

当SCADA系统首次开发时,一般的计算概念集中在大型机系统上。网络通常不存在,并且每个集中系统单独。因此,SCADA系统是独立系统,几乎没有与其他系统的连接。

广域网(WAN)的实现是为了与远程终端设备(RTU)进行通信,它的设计只有一个目的:与现场的RTU进行通信。此外,今天使用的广域网协议在当时基本上是未知的。

在SCADA网络中使用的通信协议是由RTU设备供应商开发的,通常是独家拥有的。此外,这些协议通常都非常“瘦”,实际上不允许在远端设备内所需的扫描和控制点之外的任何功能。此外,一般来说,在网络中混合其他类型的数据流量和RTU通信是不可行的。与SCADA主站的连接受到系统供应商的限制。与主机的连接通常是在总线级通过连接到中央处理单元(CPU)后板的专利适配器或控制器进行的。

这些第一代系统中的冗余是通过使用两个相同的大型机系统,主要和备份在总线电平连接的过程中完成的。备用系统的主要函数是监视主要的,并在检测到的故障时接管。这种类型的待机操作意味着在备用系统上很少或没有处理。图显示了典型的第一代SCADA架构。

2.分布式SCADA系统

下一代SCADA系统利用了系统小型化和局域网(LAN)技术的开发和改进,以分配多种系统的处理。多个站,每个站点都有特定的函数,实时连接到LAN和相互共享信息。

这些车站通常是迷你计算机类,比其第一代处理器更小,更便宜。这些分布式站中的一些用作通信处理器,主要与现场设备(如RTU)通信。有些用作操作员接口,为系统运营商提供人机界面(HMI)。其他人用作计算处理器或数据库服务器。在多个系统中,SCADA系统的各个功能的分布为系统提供了更多的处理能力,而不是在单个处理器中可用。连接这些单个系统的网络通常基于LAN协议,无法超出本地环境的限制。

使用的一些LAN协议在自然界中获得专利,其中提供者创建了自己的网络协议或其版本,而不是从架子中提取现有的网络协议。这允许提供者优化其LAN协议以进行实时流量,但有限(或有效地消除)其他提供商的网络连接到SCADA LAN。该图显示了典型的第二代SCADA架构。

将系统的功能通过连接到网络的系统进行分布,不仅可以增加处理能力,而且可以提高整个系统的冗余性和可靠性。与许多第一代系统中使用的简单的主备交换方案不同,分布式架构常常使局域网中的所有站点始终处于在线状态。例如,如果一个HMI站发生故障,可以使用另一个HMI站来操作系统,而不必等待从主系统到辅助系统的故障转移。用于与现场设备通信的广域网并没有因为SCADA主机中本地站之间的局域网连接的发展而有很大的改变。这些外部通信网络仍然限于RTU协议,不能用于其他类型的网络通信。

与第一代系统一样,第二代SCADA系统也仅限于供应商提供的或至少由供应商选择的硬件、软件和外围设备。

3.NETWORKED SCADA系统

当前这一代SCADA主站的架构与第二代密切相关,主要区别在于它是一个开放的系统架构,而不是由提供商控制的专利环境。仍然有几个网络系统共享主站的功能。仍然有rtu使用由供应商拥有的协议。第三代的主要改进是开放系统的体系结构,使用标准和开放协议,并允许通过WAN而不仅仅是LAN分发SCADA功能。

开放标准消除了前几代SCADA系统的一系列限制。使用即用系统的使用使用户可以轻松地将第三方的外围设备(例如监视器,打印机,磁盘驱动器,磁带驱动器等)连接到系统或网络。由于他们已搬到“开放”或“商业上”系统,SCADA提供商逐渐退出了硬件开发业务。这些提供商已经转向System提供商,例如Compaq,Hewlett-Packard和Sun Microsystems,以其在开发基本计算平台和操作系统软件方面的经验。这允许SCADA供应商将其开发集中在他们可以为系统添加特定价值的区域中:SCADA主站的软件。

第三代SCADA系统的主要改进来自广域网协议的使用,例如用于主站和通信设备之间通信的Internet协议(IP)。这使得负责与现场设备通信的主站部分通过广域网与主站“正确”分离。供应商现在正在生产可以通过以太网连接与主站通信的rtu。该图代表了一个SCADA网络系统。

在WAN上分布SCADA功能带来的另一个优势是灾难生存能力。在第二代系统中,跨局域网的SCADA处理的分布提高了可靠性,但如果存储SCADA主机的设备全部丢失,整个系统也可能丢失。通过
在物理上分开的位置分配处理,可以建立一个可以在任何一个位置丢失的SCADA系统。对于将SCADA视为超级关键函数的某些组织来说,这是一个真正的好处。

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