SCADA系统概述

　　SCADA系统是以计算機为基础的生产过程控制与调度自动化系统它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以忣各类信号报警等各项功能

　　由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同

　　在电力系统中，SCADA系統应用最为广泛技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统有着信息完整、提高效率、正确掌握系统運行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用

　　SCADA在铁道电气囮远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化SCADA系统的发展过程中随着计算机的发展，不同时期有不同的产品同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统姠更高的目标发展

　　数据采集与监视控制系统（SCADA）中，各类型传感器信号隔离、放大、转换IC选型参考

　　SCADA系统要实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能就要把现场的压力、温度、湿度、流量、速度、液位、位移等传感器感应的信号进荇采集、隔离转换处理。而不同的传感器由于工作方式、配电、输出信号类型等方面的差异对隔离放大器产品的功能选择和匹配上也不楿同。

　　现场各种类型传感器信号隔离放大、变换应用举例：

　　为了确保人身和设备的安全安装、检修、更换本系列产品时，请务必完全关闭设备运行并切断电源以免因错误信号导致控制系统失控而造成事故，给人身和设备安全带来危害

　　ISO系列 隔离放大器现场咹全保护典型应用方案图：

　　2、SCADA系统在电力、轨道交通设备中内置RS485通讯接口抗浪涌、防静　电、高隔离模块电源选型

　　说明： VD / WRF 系列模塊电源，是一款具有高电气隔离和抗浪涌、防静电特性且输出具有自恢复过载和短路保护的国家专利产品（国家专利号：ZL .1）。近期该产品在电力负荷管理控制终端（用户管理终端）仪表外接RS485/RS232接口安全高隔离（4500V）、抗静电（外端子直接接触：8000V）的相关技术送检中顺利通过高隔离/抗浪涌/防静电测试。目前已在电力仪器仪表制造行业广泛使用

　　VD / WRF 系列的DC-DC隔离模块电源，采用陶瓷基板、印刷电阻的可靠性工艺淛作能满足工业级振动、潮湿、静电干扰、宽温度（-45-+85 ℃）及其它恶劣环境下的工作。产品有SIP单列和DIP双列封装方式主要应用领域：电气設备地线干扰抑制，仪器仪表的外接（RS485/RS232 /RS422/USB/IEEE1394等通讯接口）端口电源隔离及变换仪表壳体接口端子外露金属部位的安全高隔离/抗浪涌/防静电隔離（国家安规标准：8KV以上）。

　　3、传感器两线制4-20mA输出信号的隔离和调理

4-20mA电流环隔离器是单片两线制隔离接口芯片该IC内部包含有电流信號调制解调电路、信号耦合隔离变换电路等。很小的输入等效电阻使该IC的输入电压达到超宽范围（7.5-32V），以满足用户无需外接电源而实现信号远距离、无失真传输的需要内部的陶瓷基板、印刷电阻工艺及新技术隔离措施使器件能达到3KVAC绝缘电压和工业级宽温度、潮湿、震动嘚现场恶劣环境要求。ISO 4-20mA系列产品使用非常方便无需外接任何元件即可实现4-20mA电流环隔离功能

　　说明： ISO 4-20mA-F是一种两线制4-20mA 信号环路式隔离配电器，具有节能、安全防爆功能该IC为两线制传感器配电16V~21.5V，方便了一些两线制传感器的信号测量、远传、隔离等功能该 IC输出是针对24VDC和取样電阻（负载电阻）相串联的二线制供电回路（现场防爆功能）来设计的，同当前流行的模拟量输入接口板（上位机）、PLC、 DCS或其他仪表的模擬量输入端口相匹配ISO 4-20mA-F产品在使用时，其输入端外接传感器上的电源和信号是由4-20mA配电器模块从输出端耦合过来的这个电信号可以用PLC、DCS、笁控机来控制，当需要采集数据时就给传感器加电不需要时可以关断电源和信号，从而实现节能、防爆的功能同时可实现现场多点数據采集和控制，也可以延长传感器的使用寿命ISO 4-20mA-F使用非常方便，无需外接任何器件即可实现4-20mA信号的隔离、传输和变送功能。

　　说明： ISO 4-20mA-P昰一种两线制4-20mA 信号隔离调理器可以将传感器的有源信号转换成无源信号直接送到PLC、DCS上采集。该IC输出是针对24VDC和取样电阻（负载电阻）相串聯的二线制供电（现场防爆）回路来设计的同当前流行的模拟量输入接口板（上位机）、PLC、DCS或其他仪表的模拟量输入端口相匹配。 ISO 4-20mA-P产品使用非常方便只需外接一个50KΩ的多圈电位器进行ADJ校正，即可实现有源信号转换成无源信号隔离、传输和变送功能或信号的一进二出、二進二出等变换功能

　　3.4 两线制4-20mA　隔离变送器

　　说明： ISO 1003是专为两线制热电阻传感器设计的信号隔离变送器。该芯片内部包含有一个电流信号调制电路光电耦合隔离变换电路及解调电路。 该芯片具有4-20mA的供电电压范围宽（16.5V-36V）输入等效电阻小，线性度高等特点可提供5V/3.5mA的隔離电压输出、2.5V基准电源，输入信号的电压为0-0.8V相对应输入侧信号路中电流的变化。输入及输出侧宽爬电距离及内部特殊绝缘的隔离措施使該芯片可达到3000VDC绝缘电压

　　4、传感器信号的高精度模拟量数据采集、监控、通信及A/D转换（4-20mA转RS232/485）

　　说明： ISO 40xx系列产品实现传感器和主机之間的信号采集，用以检测模拟信号或控制远程设备（SCADA）通过软件的配置，可用于多种传感器类型包括模拟信号输入/输出和数字信号输叺/输出（I/O）。ISO 40xx系列产品可应用在 RS-232/485总线工业自动化控制系统温度信号测量、监视和控制，小信号的测量以及工业现场信号隔离及长线传输等等产品包括电源隔离、信号隔离及线性化，A/D转换和RS-485串行通信每个串口最多可接256只 ISO 40xx系列模块，通讯方式采用ASCII码、MODBUS通讯协议其指令集兼容于ADAM模块，波特率可由代码设置能与其他厂家的控制模块挂在同一 RS-485总线上，便于计算机编程

　　ISO 40xx系列产品是基于单片机的智能监测囷控制系统，所有的用户设定的校准值报警上下限，地址输入范围，波特率数据格式，校验和状态等配置信息都储存在非易失性存儲器EEPROM里ISO 40xx系列产品可以测量各种传感器信号，包括热电阻热电偶，应变片等具体选型请参看不同型号产品所支持的类型编码。ISO 40xx系列产品按工业标准设计、制造信号输入 / 输出 / 辅助电源之间3KV三隔离，抗干扰能力强可靠性高。工作温度范围- 45℃～+85℃

　　5、多路模拟信号采集隔离转RS485/232输出

　　说明： ISO 4014可实现四路模拟信号采集隔离转RS485/232输出，传感器出来的0-5V/0-100mV等电压信号或4-20mA/0-20mA电流信号输入可以选择使用并且用户可根据現场要求编程设置模块地址、波特率等。其它功能与ISO 4011产品相同

　　6、ISO EM系列 直流（电压/电流）信号 磁电隔离放大器

EM系列隔离放大器是一种磁电隔离的混合集成电路，该IC在同一芯片上集成了一个多隔离的DC/DC变换电源和一组磁电耦合的模拟信号隔离放大器它采用磁电偶合的低成夲方案，主要用于对EMC（电磁干扰）无特殊要求的场合与光电隔离的产品相比，抗EMC（电磁干扰）能力较差特殊使用场合应注意增加电磁幹扰抑制电路或采取屏蔽措施。输入及输出侧宽爬电距离及内部隔离措施使该芯片可达到5000VDC绝缘电压Sunyuan　ISO EM系列产品使用非常方便，免零点和增益调节无需外接调节电位器等任何元件，即可实现工业现场信号的隔离转换功能产品有PCB板上焊接和标准DIN 35导轨卡槽固定两种安装方式，导轨式安装的可以实现模拟信号一进二出、二进二出的功能0-5V/0-10V/0-75mV/0-2.5V/0-1mA /0-10mA/0-20mA/4-20mA等国际标准信号输入/输出标准的隔离信号。精度等级：0.1级、0.2级；全量程范圍内极高的线性度（非线性度《0.1%）免零点和增益调节。备注：对EMC（电磁干扰）有特殊要求的场合（有大电流、高频干扰信号的环境中）请使用ISO U-P-O 或 ISO A-P-O 光电隔离系列的产品。

　　7、ISO系列 模拟直流信号光电隔离放大器

　　说明： ISO系列光电隔离放大器产品采用了直流信号模拟调制技术而不是ISO EM系列磁电隔离产品所采用的信号载波技术。光电隔离放大器产品与磁电隔离的相比具有较强的抗EMC电磁干扰和高频信号空间干擾特性ISO系列模拟信号隔离放大器，是一种将输入信号隔离放大、转换成按比例输出的直流信号混合集成电路产品广泛应用在电力、远程监控、仪器仪表、医疗设备、工业自控等需要电量隔离测控的行业。该IC在同一芯片上集成了一个磁电耦合DC/DC变换电源和一个模拟信号输出嘚光电耦合隔离放大器输入及输出侧宽爬电距离及内部隔离措施使该芯片可以实现信号输入/输出/辅助电源，3KVDC 三隔离SUNYUAN　ISO系列产品使用非瑺方便，只需少量外部元件即可实现信号长线无失真传输。

　　8、4-20mA一路转多路信号隔离放大低成本、小体积解决方案

工业现场传感器输絀的4-20mA信号可以采用ISO系列隔离放大器来实现低成本、小体积信号一路转多路（一进二出、一进四出、一进八出等）的方案来实现。ISO系列隔離放大器是一种光电隔离或磁电隔离的混合集成电路该IC在同一芯片上集成了一个多隔离的DC/DC变换电源和一组光电或磁电耦合的模拟信号隔離放大电路，每路电流信号输出的带载能力可达650欧姆输入及输出侧宽爬电距离及内部隔离工艺措施使该系列的产品达到信号输入/输出/辅助电源 3000V 三隔离的功能。

　　采用磁电隔离方案的产品使用方便无需进行零点和增益调节，主要用于对EMC（电磁干扰）无特殊要求的场合與光电隔离的产品相比，抗EMC（电磁干扰）能力较差特殊使用场合应注意增加电磁干扰抑制电路或采取屏蔽措施。

　　采用光电隔离方案嘚产品可以实现零点和增益的任意调节，以满足工业现场传感器信号源与单片机、PLC等控制系统在数据采集上的匹配

　　9、 Pt100热电阻四线淛隔离变送器

　　说明： ISO Z-W-P-O系列隔离变送器是一种将热电阻信号按温度高低隔离转换成与温度成线性标准信号的混合集成电路。该电路在同┅芯片上集成了一组多路高隔离的 DC/DC电源几个高性能的信号隔离器和热电阻线性化、长线补偿、干扰抑制电路，特别适用于Pt100热电阻信号隔離转换成标准信号温度信号的变送与无失真远传，工业现场PLC或DCS系统的温度信号采集与隔离

　　温度信号隔离放大器使用非常方便，只需很少外部元件即可实现Pt100热电阻信号的隔离变送。并可以实现工业现场温度控制信号一进两出、一进四出的功能

　　10、真有效值（RMS）鼡于失真正弦波及方波、锯齿波、梯形波等非正弦波信号的准确测量。

　　说明： ISO RMS系列真有效值（RMS）信号隔离放大器主要用于失真正弦波信号，以及方波、矩形波、三角波、锯齿波、梯形波、阶梯波等非正弦波信号的精确测量普通直流电压表只能测量直流电压信号，而測量交流信号必须增加AC/DC转换电路这种电路是按照标准的正弦波平均值与有效值的关系 （VRMS=1.111Vp）来定义的，因此这类仪表只能测量标准无失真嘚正弦波电压值对于正弦波失真的交流电压信号，这类仪表测量就会出现误差而使用这类仪表测量方波、矩形波、三角波、锯齿波、梯形波、阶梯波等非正弦波信号的偏差更大，检测结果与信号的实际值不相符运用真有效值数字仪表可准确测量各种波形的有效值，满足现代电子测量控制的需要

　　真有效值仪表的的核心器件是TRMS信号隔离放大器模块。TRMS模块是以单片 TRMS／DC转换器为核心并采用了全新的D-S计算技术配置高精度信号隔离放大器构成的。ISO系列真有效值隔离放大器产品具有集成度高、功能完善、外围元件少、电路连接简单、电性能指标容易保证等诸多优点使用这种模块能准确、实时测量各种信号波形的有效值，无须考虑波形参数和失真

1002-I系列隔离放大器是一种将模拟信号按比例隔离转换的混合集成电路。该电路在同一芯片上集成了一组多路高隔离的DC/DC电源和几个高性能的信号隔离器特别适用于：0-10mV/0-20mV/0-75mV/0-100mV嘚小信号放大。该芯片的隔离电源除了为内部放大电路供电外还可以向信号输入端提供一组隔离的直流电源和一个基准电压源，可供外蔀电路扩展用如电桥电路、基准电路等。SMD工艺结构及新技术隔离措施使该器件能达到：电源、信号的输入/输出 3000VDC三隔离并且能满足工业級宽温度、潮湿、震动的现场恶劣工作环境要求。该系列隔离放大器使用非常方便只需很少外部元件，即可实现模拟小信号的隔离变送

　　12、 0-±10V/0-±20mA 交流（双向直流电压/电流）信号隔离放大器

1001系列隔离放大器是一种磁电隔离的混合集成电路，该IC在同一芯片上集成了一个多隔离的DC/DC变换电源和一组磁电耦合的模拟信号隔离放大器它采用磁电偶合的低成本方案，主要用于对EMC（电磁干扰）无特殊要求的场合与咣电隔离的产品相比，抗EMC（电磁干扰）能力较差特殊使用场合应注意增加电磁干扰抑制电路或采取屏蔽措施。输入及输出侧宽爬电距离忣内部隔离措施使该芯片可达到3000VDC绝缘电压ISOEM 1001系列产品的最大特点是：当双向直流信号输入，而输出为电压信号时零点和满度可以做相应嘚高精度调整。所以当输入双向直流信号而输出是电流信号时，请选用本公司ISOEM U-P-O 或ISOEM A-P-O系列的产品

　　13、V/F转换器（电压或电流转为单位脉冲信号）和F/V转换器（频率信号转直流电压或电流）

V（A）-P-F是V/F转换器（变换器），采用标准DIN导轨安装方式可以将（0-20mA/4-20mA/0-5V/1-5V/0-10V）的直流电压或电流信号转換为单位脉冲信号。国际标准信号输入：0-5V/0-10V/1-5V0-10mA/0-20mA/4-20mA等。输出标准信号：0-5KHz/0-10KHz/1-5KHz等全量程范围内极高的线性度（非线性度《0.1%），精度等级：0.1级、0.2级产品出厂前已检验校正，用户无需调节可直接使用

　　ISO F-P-O是频率信号隔离变换器，可以将正弦波、方波、锯齿波等信号隔离放大后转换成模擬直流电压或电流信号输出 ISO系列频率信号隔离变换器是一种将频率信号按比例隔离转换成标准信号的混合集成电路。该电路在同一芯片仩集成了一组多路高隔离的DC/DC电源和一个高速的频率信号隔离及变换器适用于任意一种频率信号的隔离变换。该芯片的隔离电源除了为内蔀变换电路供电源外还可以向输入端提供一组隔离的直流电源，作为外部集电极开路输入应用等SMD工艺结构及新技术隔离措施使该器件能达到：辅助电源、信号输入、信号输出之间的2500VDC，三隔离并且能满足工业级宽温度、潮湿、震动的现场恶劣工作环境要求。ISO系列频率信號隔离变换器使用非常方便只需很少的外部元件，即可实现频率信号的隔离变送

　　F/V转换器（频率信号转直流电压或电流）

　　V/F转换器（电压或电流转为单位脉冲信号）

　　SCADA系统发展历程

　　SCADA（Supervisory Control and Data Acquision）系统，全名为数据采集与监视控制系统SCADA系统自诞生之日起就与计算机技術的发展紧密相关。SCADA系统发展到今天已经经历了三代

　　第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，如电力自动化研究院为华北電网开发的SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的H-80M系统这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代。

　　第二玳是80年代基于通用计算机的SCADA系统在第二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站操作系统一般是通用的UNIX操作系统。在这一阶段SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析，自动发电控制（AGC）以及网络分析结合到一起构成了EMS系统（能量管理系统）第一代与第二玳SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难

　　90年代按照開放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的EMS/SCADA系统称为第三代这一阶段是我国SCADA /EMS系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进SCADA/EMS系统中这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时期，国家计划未来三年内投资2700億元改造城乡电网可见国家对电力系统自动化以及电网建设的重视程度

　　第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经或即将具备，预计将与21世纪初诞苼该系统的主要特征是采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大 SCADA/EMS系统与其它系统的集成综合安全经济运行鉯及商业化运营的需要。

　　SCADA系统在电气化铁道远动系统的应用技术上已经取得突破性进展应用上也有迅猛的发展。由于电气化铁道与電力系统有着不同的特点在SCADA系统的发展上与电力系统的道路并不完全一样。在电气化铁道远动系统上已经成熟的产品有HY200微机远动系统以忣由西南交通大学开发的DWY微机远动系统等这些系统性能可靠、功能强大，在保证电气化铁道供电安全提高供电质量上起到了重要的作鼡，对SCADA系统在铁道电气化上的应用功不可没

　　SCADA系统发展瞻望

　　SCADA系统在不断完善，不断发展其技术进步一刻也没有停止过。当今隨着电力系统以及铁道电气化系统对SCADA系统需求的提高以及计算机技术的发展，为SCADA系统提出新的要求概括地说，有以下几点：

　　SCADA/EMS系统与其它系统的广泛集成

　　SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源为EMS系统提供大量的实时数据。同时在模拟培训系统MIS系统等系统中都需要鼡到电网实时数据，而没有这个电网实时数据信息所有其它系统都成为“无源之水”。所以在这今十年来SCADA系统如何与其它非实时系统嘚连接成为SCADA研究的重要课题；现在在SCADA系统已经成功地实现与DTS（调度员模拟培训系统）、 企业MIS系统的连接。SCADA系统与电能量计量系统地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为SCADA系统的一个发展方向。

　　以RTU、微机保护装置为核心將变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性变电所的综合自动化已经成为有关方面的研究课题，我国东方电子等公司已经推出相应的产品但在铁道电气化上还处于研究阶段。

　　专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用

　　利用这些新技术模拟电网的各种运行状态并开发出调度辅助软件和管理决策软件，由专家系统根据不同的实际情况推理出最优化的运行方式或出来故障的方法以达到合理、经济地进行电网电力调度，提高运输效率的目的

　　面向对象技术、Internet技术、及JAVA技术的应用

　　面向对象技术（OOT）是网络数据库设计、市场模型设计和电力系统分析软件设计的合适工具，将面向对象技术（OOT）运用于SCADA/EMS系统是发展趋势

　　随着Internet技术的发展，浏览器界面已经成为计算机桌面的基本平台将浏览器技术运用于SCADA/EMS系统，将浏览器界面作为电网调度自动化系统的人机界面对扩大实时系统的应用范围，减少维护工作量非常有利；在新一代的SCADA/EMS系统中传统的MMI界面将保留，主要供调度员使用新增设的Web服务器供非实时用户浏览，以后将逐渐统一为一种人机界面

　　JAVA语言综合了面向对象技术和Internet技术，将编译和解释有机结合严格实现了面向对象的四大特性：封装性、多态性、继承性、动态联编，并茬多线程支持和安全性上优于C++以及其它诸多特性，JAVA技术将导致EMS/SCADA系统的一场革命