基于物联网技术的新型数据采集与监控系统设计

　　1 引言

　　物联网（TheInternetofthings），即通过射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，通俗的说就是可实现“感知世界”的网络。

　　数据采集与监控系统即SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，也就是实现在具体应用领域的“感知”。

　　物联网技术对自动化工程师而言并不是一个陌生的概念。因为，无论工厂的现场设备，还是电网、自来水管网、燃气管道、铁路、桥梁、隧道、水文水利系统，甚至我们的飞船、卫星运行监测，无不是通过将物物相联的这个“物联”网络来实现的，只不过我们传统上将这些专业领域的“物联”应用称之为SCADA系统。当然从定义上来看，物联网是一个更广泛意义上的“感知”网络，通过物联网我们可将“感知”扩展到每台设备、每件商品，甚至每个人，实现对静态物的监控与管理、对动态物的定位与跟踪、对商品的识别，以真正达到“感知中国”、“智慧地球”的目标。因此，从严格意义上说物联网既是SCADA这一传统“感知”技术在概念与应用的延伸，又是对SCADA技术发展的一个质的提升。

　　随着网络与通信技术的发展，物联网技术必将促进SCADA系统体系结构的变革与升级，使SCADA系统的应用领域越来越广，除了在传统的供水、供气、环保、能源、轨道交通、机场、铁路、电力、石油、石化等行业外，在大众的日常工作生活及其它各种领域中也将得到广泛应用，最终使SCADA这一物联网的垂直具体应用系统真正发展成为“感知世界”的智慧网。

　　2 物联网的三种应用架构

　　物联网把新一代IT技术充分运用于各行各业中，使物理世界与信息世界相联结。物联网应用有三种架构：

　　（1）基于RFID的物联网应用架构电子标签可能是三类技术体系中能够最灵活地把“物”改变成为智能物件的，其主要应用是把移动和非移动资产贴上标签，实现各种跟踪和管理。
　　（2）基于传感网络的物联网应用架构主要是指无线传感网络（WSN,WirelessSensorNetworks），WSN由分布在自由空间里的一组“自治的”无线传感器组成，共同协作完成对特定周边环境状况，包括温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、振动、污染颗粒等的监控。WSN中的一个节点（或叫Mote）一般由一个无线收发器、一个微控制器和一个电源组成。WSN一般是自治重构（Ad-Hoc或Self-Configuring）网络，包括无线网状网（MeshNetworks）和移动自重构网（MANET）等。
　　（3）基于M2M的物联网应用架构业界认同的M2M理念和技术架构覆盖的范围应该是最广泛的，包含有线和无线两种通信方式。

　　M2M覆盖和拓展了工业信息化（两化融合）中传统的SCADA系统。

　　3 新型SCADA系统设计

　　3.1 传统SCADA系统

　　一般SCADA系统由监控中心、通讯网络和远程数据采集终端组成。监控中心即数据处理和显示系统，也称上位机HMI（HumanMachineInterface）——人机界面系统由软件和硬件组成，其中硬件主要包括服务器、管理员站和操作员站，软件采用专用的SCADA系统软件。SCADA系统通讯网络大体可以分为两类：

　　有线和无线。远程数据采集终端，即各种智能数据采集设备，也就是通常所说的下位机，如各种RTU、PLC及各种智能控制设备等。SCADA系统的网络拓扑结构如图1所示：

图1　SCADA系统的网络拓扑结构图

　　SCADA系统已经从最初的主机控制系统、分布式控制系统，发展到了今天的网络化的控制系统。SCADA也从专有协议的封闭系统演变为以以太网和TCP/IP协议为主流的开放系统。