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SCADA、物聯網IOT和MES之間的聯系與區別

2019/9/12 17:05:06 人評論 次瀏覽 來源:佰思杰 分類:新聞


智能工廠的時代背景


2018年12底,全國工業和信息化工作會議順利召開,其中內容涉及到智能制造信息消費5G等領域。會議上提出:瞄準智能制造,打造兩化融合升級版。大力推動工業互聯網創新發展,繼續開展試點示范和創新發展工程。深入實施智能制造工程,研制推廣國家智能制造標準。這預示著工業智能時代的到來!



智能工廠、數字化工廠在計算機虛擬環境中,對整個生產過程進行仿真、評估和優化,并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。智能工廠是現代數字制造技術與計算機仿真技術相結合的產物,主要作為溝通產品設計和產品制造之間的橋梁。從定義中可以得出一個結論,數字化工廠的本質是實現信息的集成。那么回到最根本的問題就是怎樣實現信息集成,通常的解決方案有:SCADA(數據采集與監視控制系統)IOT(物聯網)MES(制造執行系統)。


SCADA系統與物聯網IOT


物聯網是工業自動化的必然趨勢,將使得工業自動化的分布式、開放化、信息化、規模化等諸多特點得以最大化體現。物聯網的分布式結構確保每一個智能終端能獨立運行,互通信息的同時也將系統危險分散;開放化特點則是網絡自身具備多種標準接口,便于新的終端節點無縫接入;信息化使得系統信息能夠及時對采集數據進行綜合處理,借助網絡技術實現大閉環;規模化則是降低終端節點的接入成本、購置成本、使用成本,在最優綜合成本的前提下完成規模應用。


(SCADA系統的結構圖)


由于物聯網完全是一個開放的網絡,涉及行業機密或是國家安全的SCADA系統,將仍然保持現有狀態。所以,物聯網取代部分SCADA系統是必然的一個趨勢。

SCADA和IOT的釋義


信息化技術的進步必將推動自動化系統的革命。隨著信息技術的發展,各個領域的應用也不斷成熟,工業自動化系統在總體架構、管理模式、應用技術、綜合挖掘等方面均要發生重大變化,進一步向標準化、可擴展、開放化、低成本的總體目標前進。尤其物聯網概念的推出,使得越來越多的企業將目標監控、數據應用、開放互聯設計為一套完整的解決方案。


物聯網IOT(Internet of Things)是通過射頻識別(RFID)等信息傳感設備,按約定的協議,利用互聯網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。物聯網的功能特征是全面感知信息、可靠傳遞信息和智能處理信息,以實現對物體實施智能化的控制與管理。


SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統是由計算機與網絡技術作為支撐,實現對現場數據采集、設備控制、數據測量、參數調節以及信號報警等。SCADA系統的應用已經非常成熟,其應用已完全超出了基本數據監視控制的范疇。一套完整的SCADA系統已不僅僅是實現簡單的數據收集、遠程控制功能,而是被賦予了更豐富的內涵。

SCADA和IOT的系統特點


1

物聯網系統


物聯網系統是利用計算機互聯網平臺,依賴射頻自動識別(RFID)技術,實現終端節點的自動識別和信息的互聯與共享。


物聯網可分為三層:


一是感知層,即物聯網的皮膚和五官識別物體,采集信息;


二是網絡層,即物聯網的神經中樞和大腦信息傳遞和處理;


三是應用層,即物聯網與行業專業技術的深度融合,與行業需求結合,實現行業智能化。


( IOT系統結構圖)



2

SCADA系統


通用SCADA系統可分為3層。


第一層:數據采集層

由RTU與一次儀表構成,完成現場原始數據的采集與預處理。根據設計需求還可以實現現場的數據存儲,以保證通訊中斷后數據的連續性;

第二:數據監控層

在這層將利用各種軟件遠程仿真現場,實現數據的實時監控、實時報警。該層可根據對應的管理模式再分為分控中心、總控中心等,還可根據設計需求進行大量歷史數據的存儲;

第三層:數據應用層

在應用層實現對已采集數據的分析、整理,并根據需要實現多種形式的發布。業界很多公司分別在數據采集層、數據監控層、數據應用層都擁有極其穩定的產品和豐富的系統集成經驗。


SCADA和IOT的共性


SCADA系統物聯網系統以及其它工業自動化系統,都屬于計算機網絡技術發展的產物。根據物聯網迅猛發展趨勢分析,其將逐步取代部分SCADA系統。通過分析2類系統的架構體系,二者具備如下一些共同特征


1)體系結構分層

兩類系統均具備清晰完整的層次結構,便于設計者、使用者理解。SCADA系統的3層與物聯網系統的3層都具備明確的定義及層間分界,但3層間功能上也有一些重疊。靠近現場的層由于采用現場總線技術,使得設備檔案及診斷信息更為豐富;中簡層體現更多的是運行數據監控、設備管理;而最上位的應用層可以涉及數據深度應用、設備維護計劃、備品備件管理、設備資產管理等。

2)一次儀表數據采集

兩類系統都需要有現場原始數據的采集,其準確性及數據可用性完全取決于該一次表的數據采集。在IOT中,對控制功能的體現更為突出。在SCADA系統中,常規的控制策略主要為單回路控制、串級調節、比率調節、均勻調節、前饋調節、自動選擇調節、分程調節、非線性調節等,實現功能仍以PID調節為基礎,輔以一定的功能塊及控制算法。IOT中的常規控制得以擴展使用,各功能塊之間可多重串接、并聯連接、選擇性連接、自動補償、自動跟蹤、無擾切換等,多配方自動改變參數或功能塊連接方式,使得自動化應用變得透明、簡單。

3)對通訊網絡的依賴

兩類系統均需要依賴網絡,而物聯網系統則更加依賴無線通訊網絡。由此可見,保證無線通訊是實現物聯網的必要條件。無線通訊主要的特點是安裝便捷、應用靈活、低成本、易于擴展等,最主要是適用于多種協議標準,包括802.11a、802.11b、最新混合標準802.11g。

4)數據處理應用

原始數據采集后,兩類系統對所得的數據都進行了綜合應用處理。通過結構可以看出,物聯網系統對數據處理更深入。企業海量的生產數據是企業經營決策的重要依據,對于采購管理、成本控制、提高經營的經濟效益具有重要的參考價值,對于控制生產成本、擴大利潤,從而保證企業利潤目標的實現。由此可見,數據的深度處理后,對指導全企業生產經營,具有十分重要的意義。


SCADA和IOT的區別


SCADA系統采集對采集儀表的特征、狀態關注少,而物聯網對所有的終端都必須采集。物聯網是一個開放的系統,為了保證所涉及的終端信息互通,與外為的其他網絡會有大量的數據交換。而SCADA系統是一個相對獨立的系統,與其他系統對接的相對較少。SCADA系統更多的關注的是監視功能,而對控制相對較弱。物聯網要求信息全網互通,但為了保證終端數據的平衡,需要根據實施數據進行一些反控。



SCADA系統與MES系統


SCADA在工廠自動化系統中,處于PLC與MES之間,由于自動化系統的整合需求越來越高,因此SCADA也出現往上與MES整合的趨勢,多數廠商都認為SCADA的‘MES’化,將會是未來不可避免的趨勢。


不過比較SCADA與MES兩者系統,SCADA在資料擷取與監控的強大效能,終究非MES所能全面取代,而就功能取向來看,MES最主要的作用仍在于管理,在自動化平臺的資料流中,SCADA是屬于資料提供者,而MES是接受者,SCADA將從PLC所擷取到的資料,往上送給MES,MES再與其他資訊一起匯整,分析出資料意義,提供給管理者。


不管是SCADA或MES,對企業來說都只是自動化架構的一部分,因此無從比較誰比誰重要,都是透過自動化化系統優化作業流程、合理配置與即時調度資源,達到降低制造成本、提升設備稼動率。


但這并不是說建置了SCADA或MES,所有問題就會解決,系統架構完成后,企業就必須從SCADA系統運作所產生的數據,來填補過去資訊不足所產生的疏漏提升效率。導入企業對SCADA常會有一種錯誤的觀念,以為系統一架構起來,就能解決所有問題,其實SCADA多數只是產出相關數據,企業要做的是如何利用這些數據改進以往疏失,進而建構未來愿景。

(SCADA與MES之間的層級關系)


企業比較保險的做法是選擇提供開放軟件界面的模組化SCADA供應商,在SCADA將MES軟件界面與PLC標準軟硬件界面采購項目包含進去,對界面的業務實現流程與技術實現過程做出詳細的模擬與設計論證,讓SCADA能夠溝通制造企業的底層控制系統與計畫管理系統。


如果還是顧慮未來異系統之間的界面標準不一問題,企業還有另一個選擇,亦即同時導入SCADA與MES,但為規避風險,可以分段實施,第一階段先從MES部分關聯度緊密的核心模組,同時配合MES的需求,實施SCADA的部分功能模組,接下來在逐步架構、連結兩者功能模組。


SCADA與MES內容不同、所能解決的問題也不同,SCADA主要是以設備為主,透過資料擷取與監控,來產生各種設備資料,提供給MES,MES是重視現正發生的現場生產情況,能夠即時解決現在的生產資源瓶頸問題,就目標的區隔來看,SCADA著重的是設備,MES則是制程。


武漢佰思杰科技有限公司是國家高新技術企業、湖北省雙軟企業、國家科技創新基金項目承擔單位、國家智能制造試點示范項目支撐單位、國家智能制造新模式項目支撐單位。



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