1.3.2 上位机系统

1.上位机系统的组成

国外文献常称上位机为“SCADA Server”或MTU（Master Terminal Unit）。上位机系统通常包括SCADA服务器、工程师站、操作员站、Web服务器等，这些设备通常采用以太网联网。实际的SCADA系统上位机系统到底如何配置还要根据系统规模和要求而定，最小的上位机系统只要有一台PC即可。为了提高可靠性，上位机系统还可以实现冗余，即配置两台SCADA服务器，当一台SCADA服务器出现故障时，系统自动切换到另外一台SCADA服务器工作。上位机通过网络与测控现场的下位机通信，并以各种形式（如声音、图形、报表等）显示给用户，以达到监控的目的。处理数据后，告知用户设备的状态（报警、正常或报警恢复），这些处理后的数据可能被保存到数据库中，也可能通过网络系统被传输到不同的监控平台上，还可能与别的系统（如MIS、GIS）结合形成功能更加强大的系统；上位机系统还可以接受操作人员的指示，将控制指令发送到下位机中，以达到远程控制的目的。

结构复杂的SCADA系统可能包含多个上位机系统。即系统除了有一个总监控中心，还包括多个分监控中心。如对西气东输监控系统这样的大型系统而言，就包含多个地区监控中心，它们分别管理一定区域的下位机。采用这种结构的好处是系统结构更加合理、管理更加分散、可靠性更高。每个监控中心通常由完成不同功能的工作站组成一个局域网，具体如下。

（1）SCADA服务器——负责收集从下位机传送来的数据，并进行汇总。

（2）Web服务器——负责监控中心的网络管理及与上一级监控中心的连接。

（3）操作员站——在监控中心完成各种管理和控制功能，通过组态画面监测现场站点，使整个系统平稳运行，并制作工况图、统计曲线、报表等。操作员站通常是SCADA客户端。

（4）工程师站——对系统进行组态和维护，修改控制逻辑等。

一些企业的调度中心可以以SCADA系统上位机的功能为基础构建，详见本书第8章的案例介绍。

2.上位机系统的功能

通过完成不同功能的计算机及相关通信设备、软件的组合，整个上位机系统可以实现如下功能。

（1）数据采集和状态显示。

SCADA系统的首要功能就是数据采集，即首先通过下位机采集测控现场的数据，然后上位机通过通信网络从众多的下位机中采集数据，进行汇总、记录和显示。通常情况下，下位机不具有数据记录功能，只有上位机能完整地记录和保持各种类型的数据，为各种分析和应用打下基础。

上位机系统通常具有非常友好的人机界面，人机界面可以以各种图形、图像、动画、声音等方式显示设备的状态信息、参数信息、报警信息等。

（2）远程监控。

在SCADA系统中，上位机汇集了现场的各种测控数据，这是远程监视、控制的基础。由于上位机采集数据具有全面性和完整性，监控中心的控制管理也具有全局性，能更好地优化整个系统，使其合理运行。特别是对于许多常年无人值守的现场，远程监控是安全生产的重要保证。

远程监控的实现不仅表现在管理设备的开/停及其工作方式（如手动或自动）上，还可以通过修改下位机的控制参数来实现对下位机运行的管理和监控。

（3）报警和报警处理。

SCADA系统上位机的报警功能对尽早发现和排除测控现场的各种故障、保证系统正常运行起着重要作用。上位机可以以多种形式显示发生的故障的名称、等级、位置、时间及对报警信息的处理和应答情况。上位机系统可以同时显示和处理多点报警，并且对报警的应答做记录。

（4）事故追忆和趋势分析。

对上位机系统的运行记录数据（如报警与报警处理记录、用户管理记录、设备操作记录、重要参数记录与过程数据记录）对于分析和评价系统运行状况来说是必不可少的。对于预测和分析系统的故障，快速找到事故的原因并找到恢复生产的方法是十分重要的，这也是评价一个SCADA系统功能强弱的重要指标之一。

3.工控机与商用机

上位机系统硬件主要包括计算机、服务器、网络与通信设备等。这里讨论一下上位机系统的计算机到底是选用工控机还是商用机。

在SCADA系统发展初期，上位机系统普遍采用工控机。因为工控机在商用机上进行了改装与加固，以适应工业应用的要求，主要体现在以下几个方面。

（1）结构设计更合理——与商用机相比，多数工控机都具有无源底板，采用CPU卡件的形式实现商用机的底板功能。普遍使用全钢结构的标准机箱，机箱上带有滤网、减振器和加固压条等装置，配备多个冷却风扇，使机箱内部保持空气正压。

（2）可靠性高——工控机对主要的硬件设备，如电源、主板、机箱等都采取了特别的强化措施，其平均无故障时间可以达到数万小时。

（3）适应恶劣环境——工控机在电磁干扰严重、电源电压波动较大、振动幅度大、温度变化较大及粉尘较多的恶劣环境下也能正常运行。

然而，近年来，随着商用机的可靠性的不断增强，以及商用机与工控机之间较大的价格差距，SCADA系统选用商用机作为上位机已经十分普遍。对可靠性要求高的场合可以采用热备等方式。由于工作人员通过操作员站实现监控操作，这就要求操作员站及其系统软件具有高稳定性和高可靠性，能够快速地从故障中恢复。目前普遍使用工作站作为操作员站主机，并配置高性能CPU、内存、RAID冗余硬盘结构及光盘驱动器等大容量外部数据存储设备。