SCADA系統概述

　　SCADA系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。

　　由于各個應用領域對SCADA的要求不同，所以不同應用領域的SCADA系統發展也不完全相同。

　　在電力系統中，SCADA系統應用最為廣泛，技術發展也最為成熟。它作為能量管理系統（EMS系統）的一個最主要的子系統，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統運行狀態、加快決策、能幫助快速診斷出系統故障狀態等優勢，現已經成為電力調度不可缺少的工具。它對提高電網運行的可靠性、安全性與經濟效益，減輕調度員的負擔，實現電力調度自動化與現代化，提高調度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。

　　SCADA在鐵道電氣化遠動系統上的應用較早，在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運輸的調度管理水平起到了很大的作用。在鐵道電氣化SCADA系統的發展過程中，隨著計算機的發展，不同時期有不同的產品，同時我國也從國外引進了大量的SCADA產品與設備，這些都帶動了鐵道電氣化遠動系統向更高的目標發展。

　　數據采集與監視控制系統（SCADA）中，各類型傳感器信號隔離、放大、轉換IC選型參考

　　SCADA系統要實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能，就要把現場的壓力、溫度、濕度、流量、速度、液位、位移等傳感器感應的信號進行采集、隔離轉換處理。而不同的傳感器由于工作方式、配電、輸出信號類型等方面的差異，對隔離放大器產品的功能選擇和匹配上也不相同。

　　現場各種類型傳感器信號隔離放大、變換應用舉例：

　　1、安全

　　為了確保人身和設備的安全，安裝、檢修、更換本系列產品時，請務必完全關閉設備運行并切斷電源。以免因錯誤信號導致控制系統失控而造成事故，給人身和設備安全帶來危害。

　　ISO系列 隔離放大器現場安全保護典型應用方案圖：

　　2、SCADA系統在電力、軌道交通設備中內置RS485通訊接口抗浪涌、防靜　電、高隔離模塊電源選型

　　型號：WRF0505H-1W/2W　VD050512H-2W

　　說明： VD / WRF 系列模塊電源，是一款具有高電氣隔離和抗浪涌、防靜電特性，且輸出具有自恢復過載和短路保護的國家專利產品（國家專利號：ZL 200420042857.1）。近期該產品在電力負荷管理控制終端（用戶管理終端）儀表外接RS485/RS232接口安全高隔離（4500V）、抗靜電（外端子直接接觸：8000V）的相關技術送檢中，順利通過高隔離/抗浪涌/防靜電測試。目前已在電力儀器儀表制造行業廣泛使用。

　　VD / WRF 系列的DC-DC隔離模塊電源，采用陶瓷基板、印刷電阻的可靠性工藝制作，能滿足工業級振動、潮濕、靜電干擾、寬溫度（-45-+85 ℃）及其它惡劣環境下的工作。產品有SIP單列和DIP雙列封裝方式。主要應用領域：電氣設備地線干擾抑制，儀器儀表的外接（RS485/RS232 /RS422/USB/IEEE1394等通訊接口）端口電源隔離及變換，儀表殼體接口端子外露金屬部位的安全高隔離/抗浪涌/防靜電隔離（國家安規標準：8KV以上）。

　　3、傳感器兩線制4-20mA輸出信號的隔離和調理

　　3.1 兩線制4-20mA 電流環路 隔離器

　　型號：ISO 4-20mA

　　說明： ISO 4-20mA電流環隔離器是單片兩線制隔離接口芯片，該IC內部包含有電流信號調制解調電路、信號耦合隔離變換電路等。很小的輸入等效電阻，使該IC的輸入電壓達到超寬范圍（7.5-32V），以滿足用戶無需外接電源而實現信號遠距離、無失真傳輸的需要。內部的陶瓷基板、印刷電阻工藝及新技術隔離措施使器件能達到3KVAC絕緣電壓和工業級寬溫度、潮濕、震動的現場惡劣環境要求。ISO 4-20mA系列產品使用非常方便無需外接任何元件即可實現4-20mA電流環隔離功能。

　　典型應用方案圖：

　　3.2 兩線制4-20mA 隔離配電器

　　型號：ISO 4-20mA-F

　　說明： ISO 4-20mA-F是一種兩線制4-20mA 信號環路式隔離配電器，具有節能、安全防爆功能。該IC為兩線制傳感器配電16V~21.5V，方便了一些兩線制傳感器的信號測量、遠傳、隔離等功能。該 IC輸出是針對24VDC和取樣電阻（負載電阻）相串聯的二線制供電回路（現場防爆功能）來設計的，同當前流行的模擬量輸入接口板（上位機）、PLC、 DCS或其他儀表的模擬量輸入端口相匹配，ISO 4-20mA-F產品在使用時，其輸入端外接傳感器上的電源和信號是由4-20mA配電器模塊從輸出端耦合過來的，這個電信號可以用PLC、DCS、工控機來控制，當需要采集數據時就給傳感器加電，不需要時可以關斷電源和信號，從而實現節能、防爆的功能，同時可實現現場多點數據采集和控制，也可以延長傳感器的使用壽命。ISO 4-20mA-F使用非常方便，無需外接任何器件，即可實現4-20mA信號的隔離、傳輸和變送功能。

　　典型應用方案圖：

　　3.3 兩線制4-20mA 隔離調理器

　　型號：ISO 4-20mA-P

　　說明： ISO 4-20mA-P是一種兩線制4-20mA 信號隔離調理器，可以將傳感器的有源信號轉換成無源信號直接送到PLC、DCS上采集。該IC輸出是針對24VDC和取樣電阻（負載電阻）相串聯的二線制供電（現場防爆）回路來設計的，同當前流行的模擬量輸入接口板（上位機）、PLC、DCS或其他儀表的模擬量輸入端口相匹配。 ISO 4-20mA-P產品使用非常方便，只需外接一個50KΩ的多圈電位器進行ADJ校正，即可實現有源信號轉換成無源信號隔離、傳輸和變送功能或信號的一進二出、二進二出等變換功能。

　　典型應用方案圖：

　　3.4 兩線制4-20mA　隔離變送器

　　型號：ISO 1003

　　說明： ISO 1003是專為兩線制熱電阻傳感器設計的信號隔離變送器。該芯片內部包含有一個電流信號調制電路，光電耦合隔離變換電路及解調電路。 該芯片具有4-20mA的供電電壓范圍寬（16.5V-36V），輸入等效電阻小，線性度高等特點，可提供5V/3.5mA的隔離電壓輸出、2.5V基準電源，輸入信號的電壓為0-0.8V，相對應輸入側信號路中電流的變化。輸入及輸出側寬爬電距離及內部特殊絕緣的隔離措施使該芯片可達到3000VDC絕緣電壓。

　　典型應用方案圖：

　　4、傳感器信號的高精度模擬量數據采集、監控、通信及A/D轉換（4-20mA轉RS232/485）

　　型號：ISO 4011

　　說明： ISO 40xx系列產品實現傳感器和主機之間的信號采集，用以檢測模擬信號或控制遠程設備（SCADA）。通過軟件的配置，可用于多種傳感器類型，包括模擬信號輸入/輸出和數字信號輸入/輸出（I/O）。ISO 40xx系列產品可應用在 RS-232/485總線工業自動化控制系統，溫度信號測量、監視和控制，小信號的測量以及工業現場信號隔離及長線傳輸等等。產品包括電源隔離、信號隔離及線性化，A/D轉換和RS-485串行通信。每個串口最多可接256只 ISO 40xx系列模塊，通訊方式采用ASCII碼、MODBUS通訊協議，其指令集兼容于ADAM模塊，波特率可由代碼設置，能與其他廠家的控制模塊掛在同一 RS-485總線上，便于計算機編程。

　　ISO 40xx系列產品是基于單片機的智能監測和控制系統，所有的用戶設定的校準值，報警上下限，地址，輸入范圍，波特率，數據格式，校驗和狀態等配置信息都儲存在非易失性存儲器EEPROM里。ISO 40xx系列產品可以測量各種傳感器信號，包括熱電阻，熱電偶，應變片等，具體選型請參看不同型號產品所支持的類型編碼。ISO 40xx系列產品按工業標準設計、制造，信號輸入 / 輸出 / 輔助電源之間3KV三隔離，抗干擾能力強，可靠性高。工作溫度范圍- 45℃～+85℃。

　　原理參考圖：

　　5、多路模擬信號采集隔離轉RS485/232輸出

　　型號：ISO 4014

　　說明： ISO 4014可實現四路模擬信號采集隔離轉RS485/232輸出，傳感器出來的0-5V/0-100mV等電壓信號或4-20mA/0-20mA電流信號輸入可以選擇使用，并且用戶可根據現場要求編程設置模塊地址、波特率等。其它功能與ISO 4011產品相同。

　　原理參考圖：

　　6、ISO EM系列 直流（電壓/電流）信號 磁電隔離放大器

　　型號：ISO EM-A（U）-P-O

　　說明： ISO EM系列隔離放大器是一種磁電隔離的混合集成電路，該IC在同一芯片上集成了一個多隔離的DC/DC變換電源和一組磁電耦合的模擬信號隔離放大器，它采用磁電偶合的低成本方案，主要用于對EMC（電磁干擾）無特殊要求的場合。與光電隔離的產品相比，抗EMC（電磁干擾）能力較差，特殊使用場合應注意增加電磁干擾抑制電路或采取屏蔽措施。輸入及輸出側寬爬電距離及內部隔離措施使該芯片可達到5000VDC絕緣電壓。Sunyuan　ISO EM系列產品使用非常方便，免零點和增益調節，無需外接調節電位器等任何元件，即可實現工業現場信號的隔離轉換功能。產品有PCB板上焊接和標準DIN 35導軌卡槽固定兩種安裝方式，導軌式安裝的可以實現模擬信號一進二出、二進二出的功能。0-5V/0-10V/0-75mV/0-2.5V/0-1mA /0-10mA/0-20mA/4-20mA等國際標準信號輸入/輸出標準的隔離信號。精度等級：0.1級、0.2級；全量程范圍內極高的線性度（非線性度《0.1%），免零點和增益調節。備注：對EMC（電磁干擾）有特殊要求的場合（有大電流、高頻干擾信號的環境中），請使用ISO U-P-O 或 ISO A-P-O 光電隔離系列的產品。

　　典型應用方案圖：

　　7、ISO系列 模擬直流信號光電隔離放大器

　　型號：ISO A（U）-P-O

　　說明： ISO系列光電隔離放大器產品采用了直流信號模擬調制技術，而不是ISO EM系列磁電隔離產品所采用的信號載波技術。光電隔離放大器產品與磁電隔離的相比具有較強的抗EMC電磁干擾和高頻信號空間干擾特性。ISO系列模擬信號隔離放大器，是一種將輸入信號隔離放大、轉換成按比例輸出的直流信號混合集成電路。產品廣泛應用在電力、遠程監控、儀器儀表、醫療設備、工業自控等需要電量隔離測控的行業。該IC在同一芯片上集成了一個磁電耦合DC/DC變換電源和一個模擬信號輸出的光電耦合隔離放大器。輸入及輸出側寬爬電距離及內部隔離措施使該芯片可以實現信號輸入/輸出/輔助電源，3KVDC 三隔離。SUNYUAN　ISO系列產品使用非常方便，只需少量外部元件，即可實現信號長線無失真傳輸。

　　8、4-20mA一路轉多路信號隔離放大低成本、小體積解決方案

　　型號：DIN 1*2 ISO A-P-O

　　說明： 工業現場傳感器輸出的4-20mA信號，可以采用ISO系列隔離放大器來實現低成本、小體積信號一路轉多路（一進二出、一進四出、一進八出等）的方案來實現。ISO系列隔離放大器是一種光電隔離或磁電隔離的混合集成電路，該IC在同一芯片上集成了一個多隔離的DC/DC變換電源和一組光電或磁電耦合的模擬信號隔離放大電路，每路電流信號輸出的帶載能力可達650歐姆。輸入及輸出側寬爬電距離及內部隔離工藝措施使該系列的產品達到信號輸入/輸出/輔助電源 3000V 三隔離的功能。

　　采用磁電隔離方案的產品使用方便，無需進行零點和增益調節，主要用于對EMC（電磁干擾）無特殊要求的場合。與光電隔離的產品相比，抗EMC（電磁干擾）能力較差，特殊使用場合應注意增加電磁干擾抑制電路或采取屏蔽措施。

　　采用光電隔離方案的產品，可以實現零點和增益的任意調節，以滿足工業現場傳感器信號源與單片機、PLC等控制系統在數據采集上的匹配。

　　典型應用方案圖：

　　9、 Pt100熱電阻四線制隔離變送器

　　型號：ISO Z-W-P-O

　　說明： ISO Z-W-P-O系列隔離變送器是一種將熱電阻信號按溫度高低隔離轉換成與溫度成線性標準信號的混合集成電路。該電路在同一芯片上集成了一組多路高隔離的 DC/DC電源，幾個高性能的信號隔離器和熱電阻線性化、長線補償、干擾抑制電路，特別適用于Pt100熱電阻信號隔離轉換成標準信號，溫度信號的變送與無失真遠傳，工業現場PLC或DCS系統的溫度信號采集與隔離。

　　溫度信號隔離放大器使用非常方便，只需很少外部元件，即可實現Pt100熱電阻信號的隔離變送。并可以實現工業現場溫度控制信號一進兩出、一進四出的功能。

　　典型應用方案圖：

　　10、真有效值（RMS）用于失真正弦波及方波、鋸齒波、梯形波等非正弦波信號的準確測量。

　　型號：ISO – RMS - P- O

　　說明： ISO RMS系列真有效值（RMS）信號隔離放大器，主要用于失真正弦波信號，以及方波、矩形波、三角波、鋸齒波、梯形波、階梯波等非正弦波信號的精確測量。普通直流電壓表只能測量直流電壓信號，而測量交流信號必須增加AC/DC轉換電路。這種電路是按照標準的正弦波平均值與有效值的關系 （VRMS=1.111Vp）來定義的，因此這類儀表只能測量標準無失真的正弦波電壓值。對于正弦波失真的交流電壓信號，這類儀表測量就會出現誤差，而使用這類儀表測量方波、矩形波、三角波、鋸齒波、梯形波、階梯波等非正弦波信號的偏差更大，檢測結果與信號的實際值不相符。運用真有效值數字儀表可準確測量各種波形的有效值，滿足現代電子測量控制的需要。

　　真有效值儀表的的核心器件是TRMS信號隔離放大器模塊。TRMS模塊是以單片 TRMS／DC轉換器為核心并采用了全新的D-S計算技術，配置高精度信號隔離放大器構成的。ISO系列真有效值隔離放大器產品具有集成度高、功能完善、外圍元件少、電路連接簡單、電性能指標容易保證等諸多優點，使用這種模塊能準確、實時測量各種信號波形的有效值，無須考慮波形參數和失真。

　　11、0-10mV/0-20mV/0-75mV/0-100mV 微小信號隔離放大及轉換

　　型號：ISO 1002-I

　　說明： ISO 1002-I系列隔離放大器是一種將模擬信號按比例隔離轉換的混合集成電路。該電路在同一芯片上集成了一組多路高隔離的DC/DC電源和幾個高性能的信號隔離器，特別適用于：0-10mV/0-20mV/0-75mV/0-100mV的小信號放大。該芯片的隔離電源除了為內部放大電路供電外，還可以向信號輸入端提供一組隔離的直流電源和一個基準電壓源，可供外部電路擴展用，如電橋電路、基準電路等。SMD工藝結構及新技術隔離措施使該器件能達到：電源、信號的輸入/輸出 3000VDC三隔離。并且能滿足工業級寬溫度、潮濕、震動的現場惡劣工作環境要求。該系列隔離放大器使用非常方便，只需很少外部元件，即可實現模擬小信號的隔離變送。

　　12、 0-±10V/0-±20mA 交流（雙向直流電壓/電流）信號隔離放大器

　　型號：電流輸出型 ISO EM U（A）-P-O；電壓輸出型 ISOEM 1001

　　說明： ISO 1001系列隔離放大器是一種磁電隔離的混合集成電路，該IC在同一芯片上集成了一個多隔離的DC/DC變換電源和一組磁電耦合的模擬信號隔離放大器，它采用磁電偶合的低成本方案，主要用于對EMC（電磁干擾）無特殊要求的場合。與光電隔離的產品相比，抗EMC（電磁干擾）能力較差，特殊使用場合應注意增加電磁干擾抑制電路或采取屏蔽措施。輸入及輸出側寬爬電距離及內部隔離措施使該芯片可達到3000VDC絕緣電壓。ISOEM 1001系列產品的最大特點是：當雙向直流信號輸入，而輸出為電壓信號時，零點和滿度可以做相應的高精度調整。所以，當輸入雙向直流信號而輸出是電流信號時，請選用本公司ISOEM U-P-O 或ISOEM A-P-O系列的產品。

　　13、V/F轉換器（電壓或電流轉為單位脈沖信號）和F/V轉換器（頻率信號轉直流電壓或電流）

　　型號：ISO V（A）-P-F 和 ISO F-P-O

　　說明： ISO V（A）-P-F是V/F轉換器（變換器），采用標準DIN導軌安裝方式。可以將（0-20mA/4-20mA/0-5V/1-5V/0-10V）的直流電壓或電流信號轉換為單位脈沖信號。國際標準信號輸入：0-5V/0-10V/1-5V，0-10mA/0-20mA/4-20mA等。輸出標準信號：0-5KHz/0-10KHz/1-5KHz等。全量程范圍內極高的線性度（非線性度《0.1%），精度等級：0.1級、0.2級。產品出廠前已檢驗校正，用戶無需調節可直接使用。

　　ISO F-P-O是頻率信號隔離變換器，可以將正弦波、方波、鋸齒波等信號隔離放大后轉換成模擬直流電壓或電流信號輸出。 ISO系列頻率信號隔離變換器是一種將頻率信號按比例隔離轉換成標準信號的混合集成電路。該電路在同一芯片上集成了一組多路高隔離的DC/DC電源和一個高速的頻率信號隔離及變換器，適用于任意一種頻率信號的隔離變換。該芯片的隔離電源除了為內部變換電路供電源外，還可以向輸入端提供一組隔離的直流電源，作為外部集電極開路輸入應用等。SMD工藝結構及新技術隔離措施使該器件能達到：輔助電源、信號輸入、信號輸出之間的2500VDC，三隔離。并且能滿足工業級寬溫度、潮濕、震動的現場惡劣工作環境要求。ISO系列頻率信號隔離變換器使用非常方便，只需很少的外部元件，即可實現頻率信號的隔離變送。

　　F/V轉換器（頻率信號轉直流電壓或電流）

　　V/F轉換器（電壓或電流轉為單位脈沖信號）

　　SCADA系統發展歷程

　　SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統，全名為數據采集與監視控制系統。SCADA系統自誕生之日起就與計算機技術的發展緊密相關。SCADA系統發展到今天已經經歷了三代。

　　第一代是基于專用計算機和專用操作系統的SCADA系統，如電力自動化研究院為華北電網開發的SD176系統以及在日本日立公司為我國鐵道電氣化遠動系統所設計的H-80M系統。這一階段是從計算機運用到SCADA系統時開始到70年代。

　　第二代是80年代基于通用計算機的SCADA系統，在第二代中，廣泛采用VAX等其它計算機以及其它通用工作站，操作系統一般是通用的UNIX操作系統。在這一階段，SCADA系統在電網調度自動化中與經濟運行分析，自動發電控制（AGC）以及網絡分析結合到一起構成了EMS系統（能量管理系統）。第一代與第二代SCADA系統的共同特點是基于集中式計算機系統，并且系統不具有開放性，因而系統維護，升級以及與其它聯網構成很大困難。

　　90年代按照開放的原則，基于分布式計算機網絡以及關系數據庫技術的能夠實現大范圍聯網的EMS/SCADA系統稱為第三代。這一階段是我國SCADA /EMS系統發展最快的階段，各種最新的計算機技術都匯集進SCADA/EMS系統中。這一階段也是我國對電力系統自動化以及電網建設投資最大的時期，國家計劃未來三年內投資2700億元改造城鄉電網可見國家對電力系統自動化以及電網建設的重視程度。

　　第四代SCADA/EMS系統的基礎條件已經或即將具備，預計將與21世紀初誕生。該系統的主要特征是采用Internet技術、面向對象技術、神經網絡技術以及JAVA技術等技術，繼續擴大 SCADA/EMS系統與其它系統的集成，綜合安全經濟運行以及商業化運營的需要。

　　SCADA系統在電氣化鐵道遠動系統的應用技術上已經取得突破性進展，應用上也有迅猛的發展。由于電氣化鐵道與電力系統有著不同的特點，在SCADA系統的發展上與電力系統的道路并不完全一樣。在電氣化鐵道遠動系統上已經成熟的產品有HY200微機遠動系統以及由西南交通大學開發的DWY微機遠動系統等。這些系統性能可靠、功能強大，在保證電氣化鐵道供電安全，提高供電質量上起到了重要的作用，對SCADA系統在鐵道電氣化上的應用功不可沒。

　　SCADA系統發展瞻望

　　SCADA系統在不斷完善，不斷發展，其技術進步一刻也沒有停止過。當今，隨著電力系統以及鐵道電氣化系統對SCADA系統需求的提高以及計算機技術的發展，為SCADA系統提出新的要求，概括地說，有以下幾點：

　　SCADA/EMS系統與其它系統的廣泛集成

　　SCADA系統是電力系統自動化的實時數據源，為EMS系統提供大量的實時數據。同時在模擬培訓系統，MIS系統等系統中都需要用到電網實時數據，而沒有這個電網實時數據信息，所有其它系統都成為“無源之水”。所以在這今十年來，SCADA系統如何與其它非實時系統的連接成為SCADA研究的重要課題；現在在SCADA系統已經成功地實現與DTS（調度員模擬培訓系統）、 企業MIS系統的連接。SCADA系統與電能量計量系統，地理信息系統、水調度自動化系統、調度生產自動化系統以及辦公自動化系統的集成成為SCADA系統的一個發展方向。

　　變電所綜合自動化

　　以RTU、微機保護裝置為核心，將變電所的控制、信號、測量、計費等回路納入計算機系統，取代傳統的控制保護屏，能夠降低變電所的占地面積和設備投資，提高二次系統的可靠性。變電所的綜合自動化已經成為有關方面的研究課題，我國東方電子等公司已經推出相應的產品，但在鐵道電氣化上還處于研究階段。

　　專家系統、模糊決策、神經網絡等新技術研究與應用

　　利用這些新技術模擬電網的各種運行狀態，并開發出調度輔助軟件和管理決策軟件，由專家系統根據不同的實際情況推理出最優化的運行方式或出來故障的方法，以達到合理、經濟地進行電網電力調度，提高運輸效率的目的。

　　面向對象技術、Internet技術、及JAVA技術的應用

　　面向對象技術（OOT）是網絡數據庫設計、市場模型設計和電力系統分析軟件設計的合適工具，將面向對象技術（OOT）運用于SCADA/EMS系統是發展趨勢。

　　隨著Internet技術的發展，瀏覽器界面已經成為計算機桌面的基本平臺，將瀏覽器技術運用于SCADA/EMS系統，將瀏覽器界面作為電網調度自動化系統的人機界面，對擴大實時系統的應用范圍，減少維護工作量非常有利；在新一代的SCADA/EMS系統中，傳統的MMI界面將保留，主要供調度員使用，新增設的Web服務器供非實時用戶瀏覽，以后將逐漸統一為一種人機界面。

　　JAVA語言綜合了面向對象技術和Internet技術，將編譯和解釋有機結合，嚴格實現了面向對象的四大特性：封裝性、多態性、繼承性、動態聯編，并在多線程支持和安全性上優于C++，以及其它諸多特性，JAVA技術將導致EMS/SCADA系統的一場革命。