北京理工大學(xué) 楊毅 張利萍
1．SCADA系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)控制與調(diào)度管理自動(dòng)化系統(tǒng)，它可以在地理環(huán)境惡劣、位置偏遠(yuǎn)、無(wú)人值守的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及信號(hào)報(bào)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(cè)控、集中式管理的方式，主要結(jié)構(gòu)包括遠(yuǎn)程控制單元RTU（Remote Terminal Unit）、通信傳輸網(wǎng)絡(luò)和中心監(jiān)控站。RTU是采用微處理器或DSP的可獨(dú)立運(yùn)行的智能測(cè)控模塊，用于采集點(diǎn)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(fù)責(zé)整個(gè)SCADA系統(tǒng)的運(yùn)行控制和日常管理；通信傳輸系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)上下行數(shù)據(jù)的雙向傳輸，根據(jù)實(shí)際需求和應(yīng)用領(lǐng)域的不同有有線、無(wú)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(wú)線兩類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。有線傳輸方式如PSTN公用電話網(wǎng)、電力線載波等；無(wú)線傳輸方式如VHF/UHF無(wú)線電臺(tái)、GSM移動(dòng)網(wǎng)以及衛(wèi)星通信網(wǎng)等。PSTN電話網(wǎng)和GSM移動(dòng)網(wǎng)技術(shù)成熟、投資較少、易于實(shí)施，但偏遠(yuǎn)、落后地區(qū)缺乏接入點(diǎn)，而且災(zāi)害等異常情況容易造成通信中斷；VHF/UHF無(wú)線電臺(tái)只需維護(hù)費(fèi)用而無(wú)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，但需申請(qǐng)相應(yīng)頻點(diǎn)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(lái)隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，衛(wèi)星小站的制造成本不斷降低，衛(wèi)星系統(tǒng)在SCADA領(lǐng)域中的應(yīng)用日益普及；衛(wèi)星通信大范圍、無(wú)盲區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)勢(shì)，尤其適合在地理環(huán)境復(fù)雜、基礎(chǔ)設(shè)施落后的地區(qū)用于通信傳輸。中國(guó)的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星相對(duì)于傳統(tǒng)的VSAT系統(tǒng)，具有價(jià)格便宜，設(shè)備體積小，功耗低，安裝、維護(hù)和使用方便的優(yōu)點(diǎn)，在SCADA領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文將著重介紹北斗系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，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(jiǎn)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(biāo)志著北斗系統(tǒng)進(jìn)入全網(wǎng)運(yùn)行階段。北斗是中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的區(qū)域性導(dǎo)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(wú)縫覆蓋我國(guó)全部國(guó)土面積和周邊海域，具有快速定位、雙向通信和精密授時(shí)三大基本功能；北斗民用運(yùn)營(yíng)中心可以提供跨網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的信息轉(zhuǎn)發(fā)，群組呼通信及廣播，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢下載，數(shù)據(jù)多點(diǎn)分發(fā)等北斗增值服務(wù)功能。北斗系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)主要包括：完善的波束覆蓋；良好的抗雨衰性能；強(qiáng)大的并發(fā)通信能力；有效的報(bào)文長(zhǎng)度；快捷的通信傳輸；較低的設(shè)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(diǎn)、監(jiān)控中心站、北斗民用運(yùn)營(yíng)（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(shè)備通過(guò)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(guò)RS232串口聯(lián)接，工作站同時(shí)通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)接入北斗民用運(yùn)營(yíng)中心，并通過(guò)CTC D-Gatekit客戶端程序?qū)崟r(shí)自動(dòng)接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。
北斗民用運(yùn)營(yíng)中心由神州天鴻建設(shè)運(yùn)營(yíng)，是一個(gè)基于分布式應(yīng)用的綜合業(yè)務(wù)信息處理系統(tǒng)。運(yùn)營(yíng)中心依據(jù)北斗系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，采用了增值業(yè)務(wù)層、業(yè)務(wù)支撐層和系統(tǒng)層三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，支持DDN、GSM、GPRS、CDMA、和INTERNET等各類網(wǎng)絡(luò)接入，并可提供多種北斗增值服務(wù)功能。
監(jiān)控中心站軟件系統(tǒng)通常包括通信管理、業(yè)務(wù)應(yīng)用和運(yùn)行維護(hù)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(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)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(kù)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(duì)底層串口數(shù)據(jù)按通信協(xié)議進(jìn)行分析，并對(duì)命令進(jìn)行封裝、解析；
數(shù)據(jù)庫(kù)處理模塊：處理數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫、查詢操作，定時(shí)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，處理用戶發(fā)送的命令，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)置，并負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)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(diǎn)
基于北斗系統(tǒng)搭建的SCADA通信傳輸網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：
強(qiáng)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(shí)利用地面網(wǎng)絡(luò)有效分流數(shù)據(jù)，滿足大規(guī)模、大業(yè)務(wù)量、突發(fā)性的通信傳輸要求。
高時(shí)效性：北斗民用運(yùn)營(yíng)中心采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)建設(shè)，配備高性能計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，確保數(shù)據(jù)在運(yùn)營(yíng)中心內(nèi)的總處理時(shí)延小于1秒，保證端到端傳輸延遲不超過(guò)2秒。
高可靠性：地面網(wǎng)絡(luò)與北斗衛(wèi)星信道互為備份，衛(wèi)星設(shè)備與地面網(wǎng)設(shè)備同步接收數(shù)據(jù)，有效保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β�。運(yùn)營(yíng)中心將所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在線存儲(chǔ)3個(gè)月、離線備份12個(gè)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(wù)數(shù)據(jù)的安全性。
良好的擴(kuò)展性：北斗民用運(yùn)營(yíng)中心和北斗終端采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有良好的兼容性和擴(kuò)展性，確保用戶SCADA系統(tǒng)可隨業(yè)務(wù)需求變化方便地進(jìn)行擴(kuò)展和更新。
4．結(jié)語(yǔ)
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(luò)，作為中國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星系統(tǒng)和廣域雙向報(bào)文通信平臺(tái)，北斗以其"大容量、低功耗、抗雨衰、傳輸快"的特點(diǎn)為廣大SCADA系統(tǒng)用戶創(chuàng)造了獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值；隨著我國(guó)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(dòng)，相信北斗系統(tǒng)必將在國(guó)內(nèi)眾多的SCADA領(lǐng)域得到更為廣泛的普及應(yīng)用。
