物聯(lián)網(wǎng)和SCADA系統(tǒng)的發(fā)展、現(xiàn)狀與展望

引言

物聯(lián)網(wǎng)被看作信息領(lǐng)域一次重大的發(fā)展和變革，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。在物聯(lián)網(wǎng)之前，SCADA系統(tǒng)只是針對(duì)物理位置固定的過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。從這點(diǎn)來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)在移動(dòng)數(shù)據(jù)采集上面有很大的優(yōu)勢(shì)，特別是不易布線的地方，物聯(lián)網(wǎng)更具有SCADA系統(tǒng)不可比的便捷。物聯(lián)網(wǎng)是SCADA系統(tǒng)的一種延伸，物聯(lián)網(wǎng)取代部分SCADA系統(tǒng)是必然的一個(gè)趨勢(shì)。在物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的時(shí)代，SCADA系統(tǒng)也必將支持對(duì)移動(dòng)過(guò)程裝置和流程的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控叫

1概述

1.1物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概述

1.1.1物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)(TheInternetofThings，IoT)，即通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、傳感器、全球定位系統(tǒng)(GPS)、移動(dòng)電話、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)叫物聯(lián)網(wǎng)一般情況下作為無(wú)線網(wǎng)，我們每個(gè)人周?chē)脑O(shè)備一般為1000至5000個(gè)，那么物聯(lián)網(wǎng)包含物體總數(shù)為500萬(wàn)億至1000萬(wàn)億個(gè)。在物聯(lián)網(wǎng)上，每個(gè)人都能以應(yīng)用電子標(biāo)簽將真實(shí)的物體上網(wǎng)聯(lián)結(jié)，且在物聯(lián)網(wǎng)上都可以查找出它們的具體位置。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)可以用中心計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)器、設(shè)備、人員進(jìn)行集中管理、控制，也可以對(duì)家庭設(shè)備、汽車(chē)進(jìn)行遙控，以及搜尋位置、防止物品被盜等各種應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)將能現(xiàn)實(shí)世界數(shù)字化，且應(yīng)用范圍十分廣泛。物聯(lián)網(wǎng)遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、路燈照明管控、景觀照明管控、樓宇照明管控、廣場(chǎng)照明管控、老人護(hù)理、個(gè)人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測(cè)、食品溯源、敵情偵查和情報(bào)搜集等多個(gè)領(lǐng)域，具有十分廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。

RFID射頻識(shí)別技術(shù)

RFID是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。RFID技術(shù)興起于20世紀(jì)80年代，隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，到20世紀(jì)90年代進(jìn)入了實(shí)用階段。RFID作為一種具備巨大發(fā)展前途的應(yīng)用技術(shù)，不僅在物流領(lǐng)域具有強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在商業(yè)、交通、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域也有著廣泛的發(fā)展前途［6］。

RFID具有快速掃描、體積小、抗污染能力和耐久性、重復(fù)使用、記憶容量大等特點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。它被稱(chēng)作四大物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)(RFID、傳感器、智能技術(shù)、納米技術(shù))之首，是物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建基礎(chǔ)和核心［7］。

1.1.3物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)和特征

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層冏。感知層由各種傳感器構(gòu)成，包括溫濕度傳感器、二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、攝像頭、紅外線、GPS等感知終端。感知層是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的來(lái)源。網(wǎng)絡(luò)層由各種網(wǎng)絡(luò)，包括互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的中樞，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶(hù)的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。

和傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)有其鮮明的特征：物聯(lián)網(wǎng)是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)；物聯(lián)網(wǎng)本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制；物聯(lián)網(wǎng)的使用場(chǎng)景和時(shí)間更加自由，更貼合用戶(hù)的使用習(xí)慣，提供更好的用戶(hù)體驗(yàn)。

SCADA系統(tǒng)概述

SCADA系統(tǒng)的概念

SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition,監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)通訊和控制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、測(cè)量、各類(lèi)信號(hào)報(bào)警、設(shè)備控制以及參數(shù)調(diào)節(jié)等各項(xiàng)功能［9］。

SCADA系統(tǒng)分為三層架構(gòu)。第一層為數(shù)據(jù)采集層，第二層為數(shù)據(jù)監(jiān)控層，第三層為數(shù)據(jù)應(yīng)用層。

SCADA系統(tǒng)將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、顯示技術(shù)、通信技術(shù)(有線通信和無(wú)線通信等)、RTU(RemoteTerminalUnit，遠(yuǎn)程終端單元)/PLC(ProgrammableLogicController，可編程程序控制器)技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等結(jié)合在一起，采用N(N>2)層客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)或者瀏覽器/Web服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器軟件架構(gòu)。一般來(lái)說(shuō),全部SCADA系統(tǒng)主要由位于監(jiān)控調(diào)度中心的SCADA軟件系統(tǒng)、位于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站的各遠(yuǎn)程終端單元(RTU/PLC)以及連接它們的通訊系統(tǒng)(有線、無(wú)線、光纖、擴(kuò)頻、微波、衛(wèi)星等)組成［10］。

SCADA系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能

SCADA系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、多任務(wù)性、開(kāi)放性、分布性、可靠性、安全性和維護(hù)性。其優(yōu)勢(shì)在于網(wǎng)絡(luò)能力較強(qiáng)、RTU較靈活、價(jià)格較低。

SCADA系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、處理與監(jiān)控，而且是管理信息系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、地理信息系統(tǒng)(GIS)、制造執(zhí)行系統(tǒng)以及企業(yè)資源計(jì)劃等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源，這就需要SCADA系統(tǒng)具備良好的開(kāi)放性，以實(shí)現(xiàn)與上述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和系統(tǒng)集成。

2物聯(lián)網(wǎng)和SCADA系統(tǒng)發(fā)展及現(xiàn)狀

2.1物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)踐最早可以追溯到1990年施樂(lè)公司的網(wǎng)絡(luò)可樂(lè)販?zhǔn)蹤C(jī)，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的KevinAshton教授首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念，且在1999年美國(guó)麻省理工學(xué)院建立了“自動(dòng)識(shí)別中心(Auto-ID)”，提出“萬(wàn)物皆可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)”，闡明了物聯(lián)網(wǎng)的基本含義。早期的物聯(lián)網(wǎng)是依托射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)的物流網(wǎng)絡(luò)，隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已經(jīng)發(fā)生了較大變化。2005年ITU在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)(WSIS)上正式確定了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念,國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005:物聯(lián)網(wǎng)》，弓I用了'物聯(lián)網(wǎng)”的概念。物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍已經(jīng)發(fā)生了變化,覆蓋范圍有了較大的拓展，并介紹了物聯(lián)網(wǎng)的特征、相關(guān)的技術(shù)、面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)的市場(chǎng)機(jī)遇，物聯(lián)網(wǎng)也不再只是指基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)。

國(guó)外的一些具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和戰(zhàn)略?xún)?yōu)勢(shì)的國(guó)家和組織，比如美國(guó)、日本、韓國(guó)、歐盟等，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展較為迅速，發(fā)展水平較為領(lǐng)先。

物聯(lián)網(wǎng)具有很大的發(fā)展空間?；诖?，我國(guó)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)劃，政府也在政策扶持方面給予大力支持。在我國(guó)制定的“十二五”發(fā)展規(guī)劃中，將物聯(lián)網(wǎng)納入國(guó)家五大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)也在制定中；物聯(lián)網(wǎng)還被列為《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020年)》和“新一代寬帶移動(dòng)無(wú)線通信網(wǎng)”重大專(zhuān)項(xiàng)中的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。國(guó)家教育部已成立物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)小組，以江南大學(xué)、北京郵電大學(xué)、南京郵電大學(xué)、天津大學(xué)為代表的高校已經(jīng)或正在申報(bào)申報(bào)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)。

2014年2月18日，全國(guó)物聯(lián)網(wǎng)工作電視電話會(huì)議在北京召開(kāi)。國(guó)務(wù)院副總理馬凱在會(huì)議中強(qiáng)調(diào)，要搶抓機(jī)遇，應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，以更大決心、更有效措施，扎實(shí)推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展，努力打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系，為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

SCADA系統(tǒng)發(fā)展及現(xiàn)狀

第一代是基于專(zhuān)用計(jì)算機(jī)和專(zhuān)用操作系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)。第二代是基于通用計(jì)算機(jī)的SCADA系統(tǒng)。第三代是基于分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)［10］。第四代SCADA/EMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件已經(jīng)誕生。該系統(tǒng)的主要特征是采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及JAVA技術(shù)等，繼續(xù)擴(kuò)大SCADA/EMS系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成，綜合安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的需要。

目前，國(guó)外和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上應(yīng)用較為普遍的SCADA上位機(jī)系統(tǒng)有：WondWare的InTouch、西門(mén)子公司的WinCC、澳大利亞的CiTech、美國(guó)Interlution公司的Fix、意大利LogoSystem的LogView等，這些系統(tǒng)較為全面的解決了傳統(tǒng)SCADA上位機(jī)系統(tǒng)功能的主要問(wèn)題：數(shù)據(jù)采集與控制信息發(fā)送；扌艮警處理；歷史趨勢(shì)顯示與記錄。

3物聯(lián)網(wǎng)和SCADA系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

物聯(lián)網(wǎng)和SCADA系統(tǒng)以及其它工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，都屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展中的產(chǎn)物［10］，它們有許多共同的特點(diǎn)，比如體系架構(gòu)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集功能、對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)、數(shù)據(jù)處理等，但是物聯(lián)網(wǎng)和SCADA系統(tǒng)在發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中也存在諸多問(wèn)題。

3.1物聯(lián)網(wǎng)存在的主要問(wèn)題

安全問(wèn)題

在射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)中，電子標(biāo)簽會(huì)被大量、頻繁的使用，被植入電子標(biāo)簽的任何物體都有可能會(huì)被掃描、追蹤,因此會(huì)涉及到個(gè)人隱私的泄露，從而影響社會(huì)安全。

標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題

物聯(lián)網(wǎng)在不同行業(yè)、領(lǐng)域的應(yīng)用，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。RFID系統(tǒng)廠商提供的都是專(zhuān)用系統(tǒng)，與其他廠商系統(tǒng)的頻率、協(xié)議都不盡相同。就猶如不同的3G、4G網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，終端可能就不能同時(shí)支持不同的協(xié)議，這必然要耗費(fèi)很多的人力、物力、財(cái)力。所以需要加強(qiáng)不同國(guó)家、不同地區(qū)的合作來(lái)解決標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問(wèn)題。

實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題

應(yīng)用成本很高會(huì)使物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展遇阻，需要企業(yè)、個(gè)人之間相互協(xié)調(diào)。

政策法規(guī)

對(duì)于可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題，需要出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的有力保障。

技術(shù)問(wèn)題

目前來(lái)看，技術(shù)雖已具備一定的理論，但還不夠成熟,特別是在功耗、安全、網(wǎng)絡(luò)可靠性和健壯性等方面還存在很多技術(shù)難題需要突破［13］。

3.2SCADA系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

部分SCADA系統(tǒng)可能存在以下問(wèn)題。

與企業(yè)MIS(ManagementInformationSystem，管理信息系統(tǒng))系統(tǒng)的結(jié)合性能差；

不具備GIS(GeographicInformationSystem，地理信息系統(tǒng))功能；

數(shù)據(jù)采集速度較慢，需要新一代的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議以適用高速傳輸；

缺少高效的控制能力和系統(tǒng)自診斷能力。

針對(duì)國(guó)內(nèi)的需要，這些系統(tǒng)有明顯的弱點(diǎn)：

本地化差。雖然部分系統(tǒng)已經(jīng)推出中文版，但是與中國(guó)市場(chǎng)中一些行業(yè)的特殊需求，依然難以滿(mǎn)足需求；

成本昂貴。從國(guó)外采購(gòu)的SCADA系統(tǒng)，一般需要數(shù)萬(wàn)美元，很多公司難以接受。

雖然國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比、本地化能力較強(qiáng)，但是其MIS、GIS、控制效率低，自診斷能力缺乏等不完善的地方，依然需要投入大量的人力和資金完善系統(tǒng)功能、修復(fù)系統(tǒng)漏洞、開(kāi)發(fā)新型系統(tǒng)。

除此之外，SCADA系統(tǒng)的安全問(wèn)題也備受業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)人士的關(guān)注［10］。工業(yè)控制系統(tǒng)受到黑客制造的惡意代碼攻擊,SCADA系統(tǒng)的信息安全問(wèn)題認(rèn)識(shí)存在認(rèn)識(shí)偏差冏。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和SCADA系統(tǒng)通信的網(wǎng)絡(luò)化，SCADA的通信也有可能會(huì)被黑客攻擊。

4物聯(lián)網(wǎng)和SCADA系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的方向

4.1物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的方向

我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在一定的差距，但已經(jīng)具備一定的產(chǎn)業(yè)技術(shù)和應(yīng)用基礎(chǔ)。以后，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)從以下方面發(fā)展［14］。

加大科研的投入，突破技術(shù)難題，掌握核心和關(guān)鍵技術(shù)；

加快物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定，盡量統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；

加快法律法規(guī)和政策的出臺(tái)，加快物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使其起到模范帶頭作用，帶動(dòng)其他產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展；

在完善功能的前提下，盡可能的給出較為低廉的價(jià)格;

以用戶(hù)為核心，增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)。

人類(lèi)將進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代［6］，物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)推動(dòng)社會(huì)的高速發(fā)展，也必將產(chǎn)生重大深遠(yuǎn)的意義。

物聯(lián)網(wǎng)提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)做出貢獻(xiàn)；

物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建“智慧城市”，讓人類(lèi)的生活邁入更高的臺(tái)階，推動(dòng)人類(lèi)的進(jìn)步；

物聯(lián)網(wǎng)使周?chē)奈矬w智能化，人和自然和諧共處,社會(huì)達(dá)到可持續(xù)發(fā)展。

4.2SCADA系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的方向

因特網(wǎng)、擴(kuò)頻無(wú)線電、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)高速公路［10］是SCADA系統(tǒng)發(fā)展的方向，其未來(lái)將實(shí)現(xiàn)以下功能：

SCADA系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的廣泛集成，具有更好的兼容性；

專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊決策、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)與SCADA系統(tǒng)的融合；

面向?qū)ο蠹夹g(shù)(OOT)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、市場(chǎng)模型設(shè)計(jì)和站控系統(tǒng)分析図。

5結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今，物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)非常熱門(mén)的智能發(fā)展項(xiàng)目，把傳統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)延伸到了更為廣泛的物理世界。物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，很有可能會(huì)取代部分SCADA系統(tǒng)的功能，這也將是必然趨勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)深入到了我們生活的方方面面，它提供的越來(lái)越便捷的生活服務(wù)，使我們的社會(huì)變得現(xiàn)代化、服務(wù)實(shí)現(xiàn)智能化，從而讓生活變得更加舒適、方便、高效、快捷。

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