一、什麼是SCADA系統
SCADA(Supervisory監控 Control控制 And Data Acquisition資料收集)系統，即資料采集與監視控制系統，主要應用于電力、石油、化工、瓦斯等領域的資料采集與監視控制以及過程控制等領域。
以瓦斯場站為例，下圖就是一個典型的天然氣場站SCADA系統，通過這樣系統監測着場站裡各種壓力、流量、溫度等裝置的資料運轉是否正常。
場站裡的裝置種類多、數量多，SCADA系統具有采集、控制分散；管理集中的“集散控制系統”的特征。
SCADA可以了解為不同廠家的管理監控系統（上位）對控制部分（下位）的資料采集與監控管理。
SCADA的産生應該是在上世紀80—90年代，當時各家自動控制系統相對獨立，互相之間沒有聯絡，這種壟斷狀況限制了自動化技術的發展，随着計算機技術的成熟，以計算機為基礎的上位系統逐漸發展起來，可以和各種廠家的控制部分去聯絡進行資料采集監控，進而打破當時各自動化廠商的壟斷，這也使自動化技術逐漸開放和發展起來。
随着計算機與自動化技術的高速發展，各個系統都不再是獨立系統，都紛紛推出各種接口功能去和其他系統去聯絡，這樣就形成了這個控制系統的上位監控管理部分可以采集和監控别的控制系統的下位控制部分。
二、SCADA簡短的曆史
随着遙測技術的出現，SCADA的發展可以追溯到二十世紀初。遙測涉及通過感測實時條件獲得的資料的傳輸和采集。
随着電力，電報，電話和無線通信技術的融合，遙控條件的監測變得可能。在上個世紀，更多的工業，如天然氣，電力和水務公司，使用遙測系統來監測偏遠地區的程序。
SCADA始于六十年代初，作為在主站和遠端終端單元（RTU）站之間作為輸入/輸出（I / O）信号傳輸的電子系統。主站将通過遙測網絡從RTU接收I / O傳輸，然後将資料存儲在主機上。
在七十年代初期，開發了DCS（分布式控制系統）。
ISAS5.1标準将分布式控制系統定義為在功能內建的同時由一個子系統組成的系統，這些子系統可以在實體上分開并且彼此遠離。大型制造商和工藝裝置利用DCS主要是因為需要大量的模拟控制。
進一步開發使分布式控制系統能夠使用比RTU更智能的可程式設計邏輯控制器（PLC）能夠控制站點而不從主站擷取方向。
在九十年代後期，SCADA與DCS之間的差異模糊。 SCADA系統具有DCS功能。 DCS具有SCADA功能。系統根據設計師内置的某些控制功能進行定制。
現在随着網際網路被更多地用作通信工具，一旦舊的遙測系統變得越來越先進，互連和可通路的控制功能。正在開發自動軟體産品以利用網際網路的互連性，某些門戶可以連接配接到SCADA系統并下載下傳資訊或控制流程。
今天，良好的SCADA系統不僅可以控制流程，還可用于測量，預測，計費，分析和規劃。今天的SCADA系統必須滿足一個全新的控制自動化水準，與昨天的過時裝置連接配接，靈活性足以适應未來的變化。
三、SCADA典型架構
典型的SCADA像下圖，分為場站端和管理端。
場站端：主要是三部分：下位機、通信網絡、上位機。
管理端：一般包括前置采集、SCADA應用。
場站端：
下位機：側重采集和控制。一般由RTU和PLC組成。
通信網絡：實作上、下位機之間資料交流。
上位機：側重監控功能。一般由電腦和服務組成，主要起到遠端監控、報警處理、資料存儲以及與其他系統集合的作用。
管理端（也叫中心端）
前置采集：各種采集裝置的協定解析、轉換。
SCADA應用：裝置資料存儲、監控。
四、庖丁解牛看SCADA
接下來分塊來說，SCADA中的各個部件：
4.1 場站端-儀表
按照檢測參數主要分四大類：壓力儀表、溫度儀表、流量儀表、液位儀表
常用的壓力測量儀表：1、彈簧管式壓力表；2、遠傳壓力測量儀表
常用的溫度測量儀表：1、顯示儀表：如：玻璃液體溫度計、雙金屬溫度計；2、遠傳儀表：熱電偶、熱電阻、半導體等組成的遠傳儀表。
常用的流量測量儀表：1、速度式流量計（如孔闆、渦輪、超音波等）；2、容積式流量計：橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、刮闆流量計等。
常用的液位測量儀表：1、浮子式液位計；2、差壓式液位計。
4.2 場站端-下位機
SCADA的下位機側重制場儀表資料的采集和控制，典型有：PLC、RTU。
下位機功能
1、采集：下位機配置的各種輸入裝置（DI、AI等）進行資料采集。
2、控制：下位機配置的各種輸出裝置（DO、AO等）對現場裝置進行控制。下位機接收上位機的監控，并向上位機傳輸各種現場資料。
指各種智能節點，各自都有自己獨立的系統軟體和應用軟體，該節點可具備資料采集、裝置或過程的控制功能，并将狀态信号轉換為數字信号。
下位機通過各種通信方式傳遞到上位機系統，并且接受上位機的監控指令。典型的下位機包括RTU、PLC、PAC、智能儀表等。
4.2.1 場站端-下位機-PLC
可程式設計式控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。
PLC的構成 :從結構上分，PLC分為固定式群組合式（子產品式）兩種。
固定式PLC包括CPU闆、I/O闆、顯示面闆、記憶體塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。
子產品式PLC包括CPU子產品、I/O子產品、記憶體、電源子產品、底闆或機架，這些子產品可以按照一定規則組合配置。
可程式設計邏輯控制器實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬體結構基本上與微型計算機相同，基本組成如下圖所示，基本構成較長的描述如下：
對于瓦斯行業的站控，PLC/RTU 裝置應支援标準 modbus RTU 或 标準 modbus TCP、 DNP3.0。
4.2.2 場站端-下位機-RTU
RTU是Remote Terminal Unit（遠端測控終端）的縮寫，是對分布距離遠，生産機關分散的生産系統的一種資料采集與監視控制系統。
4.2.3 PLC和RTU的差別
雖然RTU和PLC在工程程式設計、資料采集和控制等方面很相似，但它們之間還是有很大差別的。
PLC一般主要用于 在場站内進行資料彙總和指令處理，主要應用于在室内環境。
RTU最顯著的特點是遠方功能， 即它與排程中心之間通過遠距離資訊傳輸所完成的監控功能。RTU 通常要具有優良的通訊能力和更大的存儲容量，适用于更惡劣的溫度和濕度環境，提供更多的符合專有标準的計算功能。
是以，PLC 是為滿足傳統工廠基礎自動化的發展需求而設計和研發。
而 RTU 是對傳統PLC 在遠端和分布式應用的産品補充，更适用于現代化新興行業的分散監控的需求。
具體的一些對比如下：
1.RTU一般不受地理環境限制，可在室外現場測量點附近安裝，一個RTU可以就地控制幾個、幾十個或幾百個I/O測量點，因而它的适應惡劣環境能力強。其工作溫度一般在-40~85;防護等級高，可用于潛水艇工作;一個電池組供電工作時間有時長達數月。PLC一般主要用于廠站内工業流水線的控制，系室内安裝。工作環境溫度要求0--55，空氣濕度應小于85%。超過溫度55，要安裝風扇通風，高于溫度60，要安裝風扇或冷風機降溫。
2.由于RTU不受工作環境限制，故要求其技術規格符合惡劣環境要求和特定要求。它的資料存儲量大，模拟量采集能力強(最多24路)，模拟功能遠比PLC更強大。
3.RTU通信功能強大。由于RTU要将采集的模拟量、開關量、數字量資訊最終傳輸給排程中心，而排程中心有時遠隔千裡之外，故要求它具有遠端通訊功能。PLC雖然也有通訊功能，但僅限于廠站内部近距離傳送資料，其通信功能與RTU相比稍遜一籌。
4.傳統的RTU沒有可程式設計運算功能，現在的RTU大都具備了可程式設計運算功能，還有PID控制功能或邏輯控制功能、流量累計功能等。由于是新興技術，勢必是較先進的技術。它具有梯形圖和C語言程式設計，螢幕組态軟體程式設計等技術，運算能力強，可帶液晶顯示，就地顯示和控制。這一些都是PLC不能比拟的。
5.RTU與PLC使用功效也不盡相同。RTU具有遠方功能、當地功能以及自檢與自調功能。它與排程中心相距遙遠，與排程中心計算機通過信道相連接配接;它的當地功能是指RTU通過自身或連接配接的顯示、記錄裝置，就地實作對網絡的監視和控制的能力;RTU的程式自恢複能力是指RTU在受到某種幹擾影響而使程式“走飛”時，能夠自行恢複正常運作的能力。PLC僅有當地功能。
4.3 上位機
上位機：通常具有友好的人機界面，通過網絡從各下位機中采集資料，實作遠端監視、控制功能。上位機側重監控功能。上位機在工業控制當中又被稱為HMI（Human Machine Interface 的縮寫，“人機接口”，也叫人機界面），就是一台計算機，隻不過它的作用是監控現場裝置的運作狀态，當現場裝置出現問題在上位機上就能顯示出各裝置之間的狀态（如正常、報警、故障等）。HMI本質上是一個使用者控制站，通常以觸摸屏或者帶按鈕的螢幕出現。
SCADA和上位機HMI經常傻傻的分不清：推薦看一下老外的這個視訊“SCADA與HMI差別”。
SCADA系統是許多軟體、硬體的組合，包括傳感器、RTU或PLC，以及來自這些系統的資料被發送到中央SCADA單元。
HMI可以是SCADA的一部分，但SCADA不能是HMI的一部分。
4.3.1 基于組态軟體開發上位機
組态，是英文configure翻譯過來的，configure也解釋為配置、設定，那麼組态軟體的意思也就是配置軟體，而不是單獨編寫計算機程式。
簡單了解，組态軟體是用來開發人機界面的軟體。
現場的裝置PLC，各種采集卡，各種儀表，這些裝置都能産生資料，電腦可以通過序列槽，以太網或者專門的通信線路來擷取這些資料。
但是這些資料通常是不适合人類直接閱讀和了解的，是以需要一個人機界面來展示這些資料，而組态軟體的功能就是轉化和展示這些資料。
可以了解，就是組态就像搭積木，擺好各個塊後，在配置他們之間的關系。
典型的資料流圖：
4.3.1 常用的組态軟體
國外：GE的IFIX、西門子的WinCC
國内：三維力控、北京亞控
4.4 通信協定：Modbus協定
工業控制下位機和上位機通信大部分采用的通信協定為Modbus。
Modbus是一種串行通信協定，是Modicon公司（現在的施耐德電氣Schneider Electric）于1979年為使用可程式設計邏輯控制器（PLC）通信而發表。
Modbus已經成為工業領域通信協定的業界标準，并且現在是工業電子裝置之間常用的連接配接方式。
Modbus比其他通信協定使用的更廣泛的主要原因有：
1、公開發表并且無版權要求
2、易于部署和維護
3、對供應商來說，修改移動本地的比特或位元組沒有很多限制
Modbus允許多個 (大約240個) 裝置連接配接在同一個網絡上進行通信，舉個例子，一個由測量溫度和濕度的裝置，并且将結果發送給計算機。在資料采集與監視控制系統（SCADA）中，Modbus通常用來連接配接監控計算機和遠端終端控制系統（RTU）。
MODBUS是基于序列槽的一種協定，它可以基于RS232,RS422,也可以基于RS485，是當初MODICON公司定義的PLC與計算機，PLC間的傳輸協定。後來成為了國際标準。
Modbus資料幀格式
MODBUS協定定義了一個與基礎通信層無關的簡單協定資料單元（PDU）。特定總線或網絡上的MODBUS協定映射能夠在應用資料單元（ADU）上引入一些附加域。
參考
什麼是PLC控制櫃？一文搞懂！
SCADA瓦斯系統詳細介紹
SCADA系統介紹
檢測儀表和SCADA系統介紹
SCADA與HMI差別