工业4.0时代，监控和数据采集（SCADA）软件不仅在工业自动化中扮演着不可或缺的角色，还在工业物联网（IIoT）的推进中发挥着越来越重要的作用。传统的SCADA系统设计初衷是收集分布式数据并为操作人员提供控制过程所需的信息。然而，随着技术的进步和需求的变化，现代SCADA系统已经远远超越了这一初衷，成为企业实现智能制造和数字化转型的关键工具。本文将探讨SCADA系统的七大关键进展，以及它们如何助力IIoT的实施，带来更高的效率和价值。
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基础设施监控是SCADA系统的另一个重要发展方向。现代SCADA系统不仅与工业设备集成，还与建筑基础设施和网络基础设施等其他系统相连接，以提高整体系统的可靠性。这通常通过包括BACnet、SNMP或操作系统服务连接器来实现，能够收集和监控来自这些数据源的信息。
例如，一个现代化的SCADA系统可以同时监控生产设备和厂区的供电系统，当供电异常时，系统能够及时发出警报并启动应急预案，确保生产的连续性和安全性。这种多层次的监控不仅提高了生产效率，还降低了运营风险。
现代SCADA系统最大的变化之一在于其向下集成能力的增强。传统上，SCADA系统主要用于提高过程性能，如今，它们不仅收集分布式数据，还能通过互联网和蜂窝网络获取以前难以访问的数据。物联网（IoT）协议的引入，例如Web服务客户端、消息队列遥测传输（MQTT）代理和客户端、以及OPC统一架构（UA）客户端，使得远程传感器的数据收集变得更加高效和安全。
这一变化不仅提高了数据的可访问性，还为现有SCADA系统带来了更多的价值。企业可以通过这些协议实时获取生产线上的各种数据，从而实现更加精细的过程控制和优化。例如，通过MQTT协议，SCADA系统可以实时监控远程传感器的数据变化，及时发现异常并进行处理，避免生产线的停机和损失。
现代SCADA系统不仅具有强大的数据存储和分析功能，还能将这些数据与其他系统集成，尤其是本地或远程的制造执行系统（MES）解决方案和云分析平台。这使得更多的用户能够参与到绩效跟踪和改进中来。
例如，通过与MES系统的集成，SCADA系统能够实时追踪生产进度、订单状态和质量控制数据，从而实现生产过程的全面监控和优化。同时，通过与云分析平台的集成，企业可以利用大数据分析技术对生产数据进行深度挖掘和分析，发现潜在的问题和改进机会。
快速开发是实现更具成本效益的SCADA系统的重要途径。现代SCADA系统趋向于具有可配置功能的封装解决方案，而不再需要定制开发和脚本。这种方式不仅降低了开发成本，还使得最终用户能够更自主地配置和使用SCADA系统。
例如，现代SCADA软件配备了快速开发工具，能够通过导入、导出和自动复制功能实现高度可扩展性。用户可以根据自身需求快速配置系统，减少了对专业开发人员的依赖，降低了实施成本。
现代SCADA软件不仅是工业自动化的解决方案，它还能与工厂的其他系统深度融合，为数据的显示和分析提供支持。这意味着SCADA图形不仅能作为操作员界面的对象，还能增强面向数据库和表单的应用。
例如，一个现代化的SCADA系统可以将库存管理系统、资产管理系统和客户关系管理（CRM）系统的数据整合到一个统一的平台上，使得操作人员能够在一个界面中查看和管理所有相关数据。这样不仅提高了数据的可视化程度，还简化了操作流程，提升了工作效率。
在设计中使用2D工艺图形已经很常见，而3D图形的引入则为SCADA系统的数据可视化带来了新的可能性。基于实时过程数据的3D动画功能，使得操作人员能够更直观地了解生产设备和工艺流程的状态。
例如，通过3D图形，SCADA系统可以实时展示机器人位置、设备运行状态等信息，使得操作人员能够更直观地进行监控和操作。这不仅提高了操作的精确度，还减少了因数据不直观带来的误操作风险。
工业4.0、智能制造和数字化转型的一个重要理念是优化利用所有数据，以提高性能、质量并降低成本。实现这一目标的关键在于信息模型的使用。信息模型不仅包括数据传输标准，还包括设备和过程的数据结构标准。
未来的SCADA系统将支持信息模型（资产定义），并遵循ISA-95等标准来实现企业控制系统的集成。例如，通过标准化的数据模型，SCADA系统能够与其他系统无缝集成，实现数据的自动发现和配置。这不仅提高了系统的兼容性和可扩展性，还简化了系统的维护和管理。
随着边缘计算技术的发展，未来SCADA系统将更多地依赖边缘计算能力，实现数据的本地处理和分析。这不仅能够降低数据传输的延迟，还能提高系统的响应速度和可靠性。通过边缘计算，SCADA系统能够在数据采集点进行实时分析和决策，减少对中心服务器的依赖。
人工智能（AI）和机器学习（ML）技术的进步为SCADA系统带来了新的可能性。未来的SCADA系统将利用AI和ML技术对大量的生产数据进行深度分析和预测，从而实现智能预警和优化控制。例如，通过机器学习算法，系统能够预测设备的故障和维护需求，提前采取措施，避免生产停机和损失。
挑战一：数据安全与隐私保护
随着SCADA系统与互联网和云平台的深度集成，数据安全与隐私保护成为一个重要的挑战。如何确保数据在传输和存储过程中的安全，防止数据泄露和网络攻击，是未来SCADA系统需要解决的关键问题。采用先进的加密技术和安全协议，以及建立健全的数据安全管理体系，是保障SCADA系统安全的有效措施。
挑战二：标准化与互操作性
虽然SCADA系统在向信息模型和标准化方向发展，但不同厂商的系统之间仍存在兼容性和互操作性的问题。如何实现不同系统和设备之间的无缝连接和数据交换，是SCADA系统进一步发展的重要课题。推动行业标准的制定和推广，促进系统的标准化和互操作性，将有助于SCADA系统的广泛应用和发展。
结语：升级SCADA系统的必要性
尽管SCADA技术已经成熟，但它仍在不断发展和进步。现代SCADA平台不仅提供了更丰富的功能，还简化了系统的配置和维护。对于那些仍在使用20多年前安装的SCADA系统的制造企业来说，是时候考虑升级到新的SCADA系统了。
新的SCADA系统不仅能够带来更高的生产效率和可靠性，还能通过与其他系统的深度集成，实现全面的数据利用和优化。这不仅符合工业4.0和智能制造的趋势，也为企业的长远发展奠定了坚实的基础。
通过本文的探讨，我们可以看到SCADA系统在现代工业中的重要性和潜力。无论是向下集成、基础设施监控，还是向上集成、信息模型等方面的进展，都在推动SCADA系统不断向前发展。相信在不久的将来，SCADA系统将成为企业实现智能制造和数字化转型的有力工具。
文章改编来源于： 控制工程中文版
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