北京理工大學 楊毅 張利萍
1．SCADA系統(tǒng)簡介
SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)即監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是以計算機為基礎的監(jiān)測控制與調(diào)度管理自動化系統(tǒng)，它可以在地理環(huán)境惡劣、位置偏遠、無人值守的環(huán)境下，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及信號報警等功能，廣泛適用于水利、石油、氣象、海洋、環(huán)保、電力、通信等眾多行業(yè)。
1.1SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
SCADA系統(tǒng)一般采用分散式測控、集中式管理的方式，主要結(jié)構(gòu)包括遠程控制單元RTU（Remote Terminal Unit）、通信傳輸網(wǎng)絡和中心監(jiān)控站。RTU是采用微處理器或DSP的可獨立運行的智能測控模塊，用于采集點的數(shù)據(jù)處理、指令執(zhí)行和傳感器的控制；中心監(jiān)控站負責整個SCADA系統(tǒng)的運行控制和日常管理；通信傳輸系統(tǒng)主要負責上下行數(shù)據(jù)的雙向傳輸，根據(jù)實際需求和應用領域的不同有有線、無線、微波、衛(wèi)星等多種可選方式。
典型的SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.2通信傳輸系統(tǒng)的選擇
SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸主要包括有線和無線兩類網(wǎng)絡系統(tǒng)。有線傳輸方式如PSTN公用電話網(wǎng)、電力線載波等；無線傳輸方式如VHF/UHF無線電臺、GSM移動網(wǎng)以及衛(wèi)星通信網(wǎng)等。PSTN電話網(wǎng)和GSM移動網(wǎng)技術(shù)成熟、投資較少、易于實施，但偏遠、落后地區(qū)缺乏接入點，而且災害等異常情況容易造成通信中斷；VHF/UHF無線電臺只需維護費用而無運營費用，但需申請相應頻點才可使用，而且通信質(zhì)量受限于地理環(huán)境和氣候狀況，傳輸有效距離也有限。
近年來隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷進步，衛(wèi)星小站的制造成本不斷降低，衛(wèi)星系統(tǒng)在SCADA領域中的應用日益普及；衛(wèi)星通信大范圍、無盲區(qū)的網(wǎng)絡覆蓋優(yōu)勢，尤其適合在地理環(huán)境復雜、基礎設施落后的地區(qū)用于通信傳輸。中國的北斗導航衛(wèi)星相對于傳統(tǒng)的VSAT系統(tǒng)，具有價格便宜，設備體積小，功耗低，安裝、維護和使用方便的優(yōu)點，在SCADA領域有著廣闊的應用前景。本文將著重介紹北斗系統(tǒng)的技術(shù)特點和優(yōu)勢，并提出北斗系統(tǒng)在SCADA通信傳輸中的建議組網(wǎng)方案。
2．北斗系統(tǒng)簡介
北斗系統(tǒng)于2000年底初步建成，2003年5月成功發(fā)射了第三顆北斗衛(wèi)星，標志著北斗系統(tǒng)進入全網(wǎng)運行階段。北斗是中國自主知識產(chǎn)權(quán)的區(qū)域性導航定位系統(tǒng)，由三顆地球同步軌道衛(wèi)星、地面控制中心、各類北斗終端三大部分組成；北斗可以無縫覆蓋我國全部國土面積和周邊海域，具有快速定位、雙向通信和精密授時三大基本功能；北斗民用運營中心可以提供跨網(wǎng)絡平臺的信息轉(zhuǎn)發(fā)，群組呼通信及廣播，數(shù)據(jù)存儲備份，數(shù)據(jù)實時查詢下載，數(shù)據(jù)多點分發(fā)等北斗增值服務功能。北斗系統(tǒng)技術(shù)特點主要包括：完善的波束覆蓋；良好的抗雨衰性能；強大的并發(fā)通信能力；有效的報文長度；快捷的通信傳輸；較低的設備功耗；高度的安全保障。
3．北斗衛(wèi)星SCADA通信組網(wǎng)方案
3.1通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
北斗衛(wèi)星SCADA通信傳輸系統(tǒng)由野外采集站點、監(jiān)控中心站、北斗民用運營（網(wǎng)管）中心和北斗衛(wèi)星四部分組成（如圖2所示）。野外采集站使用北斗通信型終端，與RTU設備通過RS232串口聯(lián)接；監(jiān)控中心站使用北斗管理型終端，與局域網(wǎng)內(nèi)的PC工作站通過RS232串口聯(lián)接，工作站同時通過地面網(wǎng)絡接入北斗民用運營中心，并通過CTC D-Gatekit客戶端程序?qū)崟r自動接收業(yè)務數(shù)據(jù)。
北斗民用運營中心由神州天鴻建設運營，是一個基于分布式應用的綜合業(yè)務信息處理系統(tǒng)。運營中心依據(jù)北斗系統(tǒng)的技術(shù)特點，采用了增值業(yè)務層、業(yè)務支撐層和系統(tǒng)層三層架構(gòu)設計，支持DDN、GSM、GPRS、CDMA、和INTERNET等各類網(wǎng)絡接入，并可提供多種北斗增值服務功能。
監(jiān)控中心站軟件系統(tǒng)通常包括通信管理、業(yè)務應用和運行維護三部分。其中通信管理軟件的主要功能包括監(jiān)控衛(wèi)星通信，處理通信數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫進行通信數(shù)據(jù)的交互和傳輸。通信管理軟件由底層通信模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)庫處理模塊、用戶界面模塊組成（如圖3所示）：
底層通信模塊：處理串口事件，管理串口的數(shù)據(jù)讀寫操作；
數(shù)據(jù)分析模塊：對底層串口數(shù)據(jù)按通信協(xié)議進行分析，并對命令進行封裝、解析；
數(shù)據(jù)庫處理模塊：處理數(shù)據(jù)庫的讀寫、查詢操作，定時查詢數(shù)據(jù)庫，處理用戶發(fā)送的命令，并對接收的數(shù)據(jù)進行保存；
用戶界面模塊：提供用戶交互操作的接口，管理系統(tǒng)的參數(shù)設置，并負責實時通信數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)的顯示。
3.2通信組網(wǎng)方案特點
基于北斗系統(tǒng)搭建的SCADA通信傳輸網(wǎng)絡具有以下特點：
強大的通信處理能力：北斗系統(tǒng)入站容量大，數(shù)據(jù)入站基本不受限制；監(jiān)控中心站利用北斗出站信道和地面網(wǎng)信道同步接收數(shù)據(jù)，可以在北斗出站信道緊張時利用地面網(wǎng)絡有效分流數(shù)據(jù)，滿足大規(guī)模、大業(yè)務量、突發(fā)性的通信傳輸要求。
高時效性：北斗民用運營中心采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)建設，配備高性能計算機與網(wǎng)絡設備，確保數(shù)據(jù)在運營中心內(nèi)的總處理時延小于1秒，保證端到端傳輸延遲不超過2秒。
高可靠性：地面網(wǎng)絡與北斗衛(wèi)星信道互為備份，衛(wèi)星設備與地面網(wǎng)設備同步接收數(shù)據(jù)，有效保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β�。運營中心將所有業(yè)務數(shù)據(jù)在線存儲3個月、離線備份12個月，用戶可采用多種方式查詢、下載其歷史數(shù)據(jù)，有效保障業(yè)務數(shù)據(jù)的安全性。
良好的擴展性：北斗民用運營中心和北斗終端采用模塊化、標準化的結(jié)構(gòu)設計，具有良好的兼容性和擴展性，確保用戶SCADA系統(tǒng)可隨業(yè)務需求變化方便地進行擴展和更新。
4．結(jié)語
綜上所述，北斗系統(tǒng)非常適用于組建各類SCADA系統(tǒng)通信傳輸網(wǎng)絡，作為中國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星系統(tǒng)和廣域雙向報文通信平臺，北斗以其"大容量、低功耗、抗雨衰、傳輸快"的特點為廣大SCADA系統(tǒng)用戶創(chuàng)造了獨特的應用價值；隨著我國信息技術(shù)的高速發(fā)展和各大行業(yè)信息化工程的相繼啟動，相信北斗系統(tǒng)必將在國內(nèi)眾多的SCADA領域得到更為廣泛的普及應用。
