SCADA系统资料整理

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1、SCADA系统概述一、概念：SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制和调度自动化系统，它可以对现场运行 的设备进行监视和控制，实现数据采集、测量、各类信号报警，设备控制和参数调节等各 项功能。广义的来说凡是具有系统监控和数据采集功能的软件，都可称为SCADA软件。一般来说全部SCADA系统主要由位于监控中心的SCADA软件系统、位于现场监控站 的各远程终端单元（RTU/PL C）以及连接它们的通信系统（有线、无线、光纤、卫星）组 成。二、应用和发展情况：SCADA系统可以应用到包括电力、石化、钢铁冶金、供水供气、隧道交通、环保、航 空航天、楼宇、食品、医药、建筑、科研等众多领域。早期的SC

2、ADA系统主要运行在DOS、UNIX、VMS操作系统中，现在多数运行在 Windows、UNIX及Linux系统中。SCADA系统的发展与计算机技术的发展息息相关，到今 天已经经历了第三代。第一代SCADA系统起源于20世纪70年代，采用专用计算机和专用操作系统。如电 力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统以及日本日立公司为我国铁道电气化运动系 统设计的H-80M系统。第二代SCADA系统出现在20世纪80年代，开始基于通用计算机技术，广泛采用 VAX机和PDP机，操作系统使用UNIX或类UNIX。由于计算机价格昂贵，所以一般采用集 中控制，计算机用量少，同时由于技术复杂，系统不具有开放

3、性，少有人熟悉。第三代SCADA系统出现在20世纪90年代，其通信部分基于网络技术，管理部分结 合数据库技术，控制系统采用小型微型计算机或使用单片机，网络协议开放，易于多系统 互连，数据库可以帮助管理人员存储大量数据，从而进行数据挖掘，运行分析等。目前，第四代SCADA系统技术正逐渐发展成熟，Internet、FCS、GSM、GPRS等网络 技术的采用，GIS，GPS、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术的融入，Windows、Linux、RTOS等软件的使用，SQL、ODBC、OPC等标准的完善，预示着第四代 SCADA系统将会更加社会需求，更加广泛的应用于各个领域。三、主要厂商品牌：

4、1、上海海得控制系统股份有限公司海得开发的NetSCADA远程监控系统软件已成功应用于空调、锅炉、立体车库、港口 机械等大型设备生产厂家，以及水处理、环保、能源等行业中。该系统具有强大的开发平 台，实时数据库和管理软件，数据、语音、图象的透明、安全、快速的同步传输，面向行 业应用的专用监控软件和工艺流程画面。并为用户提供开放维护的平台和长期支持服务。特点：（1）、窗口、通信、变量、报表、统计等可组态；（2）、启动、运行速度快；（3）、支持 VBScript和 JavaScript脚本语言；（4）、支持数据库自动维护；（5）、安全性高，提供电子签名；（6）、可追溯，工艺数据、报警数据、日志数据可

5、追溯；（7）、配方功能强大；（8）、实时、历史趋势曲线直观、操作方便；（9）、可组态式报表和统计图；（10）、局域网、互联网远程集中监控；（11）、支持动态切换多国语言；（12）、提供欧姆龙、施耐德、西门子、AB、松下、三菱等PLC和仪表的OPC驱 动。2、Citect悉雅特（中国）有限公司CitectSCADA是基于Windows环境的工控软件，采用流行的C/S、B/S结构体系、模 块化的设计思路，通过组态可对各项任务（如I/O处理、报警、趋势、报表等）进行分配来 平衡和协调系统的负荷，各项任务可按需要运行在不同的计算机来分担负荷，基于这种结 构的系统具有良好的扩充性能，系统扩展时不会改变原

6、有的系统结构，扩展方便。对从而 确保系统工作在最佳的状态，也为系统的扩充提供技术上的保障。CitectSCADA软件内部免费为客户打包了几乎全世界所有品牌的PLC、DCS、RTU等 控制器的驱动程序，对于不断更新的PLC主流产品I/O驱动，Citect公司提供免费升级服 务。CitectSCADA 也全面支持 OPC Server、OPC Client、ODBC、OLEDB、DDE、ActiveX. API等流行的数据交换技术，可方便实现与第三方软件或应用程序交换数据。CitectSCADA软件提供丰富的图形库和强大的图形编辑能力，尤其是提供独特的3D 管道绘制功能，从而使得上位机监控画面的开

7、发工作变得简单轻松。画面上所有图形均可 采用3D或立体显示，同时CitectSCADA支持真彩显示方式，令上位监控画面更显精彩。 CitectSCADA监控画面采用标准的、人性化操作界面，符合通用的操作和显示习惯，全面 支持汉字显示，并且支持运行状态下的多国语言动态切换。CitectSCADA软件内置的趋 势，报警，事件功能，以及包含弹出窗口和操作指导在内的其他功能更是丰富了画面的可 观性和易操作性。3、北京三维力控科技有限公司监控组态软件ForceControl 7.0的特点：(1)、互联网时代的骄傲提供在Internet/Intranet上通过IE浏览器以瘦”客户端方式来监控工业现场的解决

8、方 案；支持通过PDA掌上终端在Internet实时监控现场的生产数据，支持通过移动GPRS、 CDMA、GSM网络与控制设备或其它远程力控节点通讯；力控软件内嵌分布式实时数据库，数据库具备良好的开放性和互连功能，可以与 MES、SIS、PIMS等信息化系统进行基于XML、OPC、ODBC、OLE DB等接口方式进行互 连，保证生产数据实时地传送到以上系统内。(2) 、强大的移动网络支持通过移动GPRS、CDMA网络与控制设备或其它远程力控节点通讯，力控移动数据服务 器与设备的通讯为并发处理、完全透明的解决方案，消除了一般软件采用虚拟串口方式造 成数据传输不稳定的隐患，有效的流量控制机制保证了

9、远程应用中节省通讯费用。(3) 、完整的网络冗余及软件容错解决方案作为民族产业的大型SCADA、DCS软件，力控软件支持控制设备冗余、控制网络冗余、 监控服务器(双机)冗余、监控网络冗余、监控客户端冗余等多种系统冗余方式。力控软件支持控制设备冗余如SIEMENS公司的S7400H,GE的GE9070系列PLC的冗余 模式，支持普通的232、485、以太网等控制网络的冗余，支持控制硬件的软冗余切换和硬 冗余切换。(4) 、稳定的通讯处理支持通过RS232、RS422、RS485、电台、电话轮循拨号、以太网、移动GPRS、 CDMA、GSM网络等方式和设备进行通讯。支持主流的DCS、PLC、DDC

10、、现场总线、智能仪表等1000多种厂家设备的通讯。支持离线诊断，在开发环境下可以诊断是否正常通讯。支持不同协议的设备在一条通讯链路进行通讯。支持在大型SCADA系统中的远程通道冗余通讯。（5）、图形系统主要特点：方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式（BMP、GIF、 JPG、JPEG、CAD等）的图片，方便画面制作，大大降低了组态开发的工作量；强大的分 布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能；支持操作图元对象 的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏；强大的ActiveX控件对象容器， 定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接

11、操作功能，通过脚本可调用 对象的方法、属性；全新的、灵活的报表设计工具：提供丰富的报表操作函数集、支持复 杂脚本控制，包括：脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模 板，报表文件格式兼容Excel工作表文件，支持图表显示自动刷新，可输出多种文件格 式：Excel、TXT、PDF、HTML、CSV 等。（6）分布式的结构力控监控组态软件在软件功能模块的分布式体系结构体现在各个组件程序间的关系上， 图形界面系统VIEW和实时数据库DB之间是分布式的，力控科技在图形VIEW级率先提出 了 ”数据源”的概念，使一个图形界面可同时连接多个不同的机器上的实时数据和数据源， 而各个分布式的

12、数据库分别对连接自己的I/O Server进行采集数据和处理，如输入数据的 量程变换、流量累积、报警检查，以及PID运算等，这种体系结构的优越性在于，各组件 任务分配更合理，使您的系统实时性更好，稳定性更高。4、西门子（中国）有限公司西门子 SCADA 系统 PVSS / SIMATIC WinCC Open Architecture （WinCC OA）专注于在 客户定制化方面有着高要求、大型和复杂应用中，以及具有特定的系统要求和功能要求的 项目中。PVSS / WinCC Open Architecture体系所具备的特定功能与属性，使之可以满足各种 具有较高要求的解决方案，尤其适用于轨道

13、交通解决方案、楼宇自动化和公共电力（能 源、水、石油和天然气等）供应等行业。PVSS / SIMATIC WinCC Open Architecture 产品亮点：面向对象，可进行高效的工程组态和灵活的系统扩展分布式系统架构，多达2,048台服务器-具有可扩展性一从小型的单用户系统到多达1,000万个变量的分布式冗余高端 系统与所使用平台无关，可用于Windows、Linux和Solaris热备冗余和灾备系统，确保了最高等级的系统可靠性和可用性可作为客户特定解决方案的软件平台具有大量的驱动程序和连接选件：OPC、OPC UA、S7、Modbus、IEC 60870- 5-101/104、DNP

14、3、XML 和 TCP/IP5、武汉舜通智能科技有限公司汉舜通智能科技有限公司的核心产品QTouch2.0跨平台自动化软件是国内第二代组态 软件的佼佼者和领头羊，不仅跨越多操作系统，更跨越多CPU平台。我们提出用一套自动化系统软件兼容当前主流的处理器，以及跨越所有的操作系统平 台，将自动化系统所依托的监视、控制、逻辑、转换等功能进行封装，用一套简易化的软 件平台开放给用户。QTouch跨平台自动化软件就是基于这种理念，采用跨平台技术，完全能够实现这样的 构想。支持当前所有的主流操作系统平台：ARM-Linux，WinXP/E，WinXP/Win2K，Win 7，Linux(redhat)，Un

15、ix(Solaris10)等。QTouch运行部件包括实时数据库、历史数据库、HMI系统、设备级通讯、开放数据接 口、对I/O设备的广泛支持，用户可以利用QTouch组态软件的功能，构建一套最适合自 己的应用系统，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输 出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案。此外QTouch嵌入版还带有一个模拟/运行环境，用于对组态后的工程进行模拟和运 行，方便用户对组态过程的调试。6、美国 Interlution 公司Intellution的iFIX是一套实现现场数据采集，过程可视化及过程监控功能的高性能的 工业自动化软件解决方案。iFIX可

16、以帮助您精确地监视、控制生产过程，并优化生产设备 和企业资源管理。它能够对生产事件快速反应，减少原材料消耗，提高生产率，从而加快 产品对市场的反应速度，提高用户收益。（1）易于扩展和集成由于运用了直观的图形工具，iFIX的用户可以快速上手，简单快捷地为他们的生产过 程创建高性能的过程窗口。无论是简单的单机人机界面（HMI），还是复杂的多节点、多 现场的数据采集和控制系统（SCADA），iFIX都可以方便地满足各种应用类型和应用规模 的需要。iFIX灵活的系统结构意味着：iFIX不但可以满足当前系统应用的需要，还可以在 将来需要的时候随时方便地扩展系统规模。（2）组件技术解决方案iFIX是Int

17、ellution DynamicsTM工业自动化软件解决方案家族中的HMI/SCADA解决方 案，用于实现过程监控，并在整个企业网络中传递信息。基于组件技术的Intellution Dynamics还包括了高性能的批次控制组件，软逻辑控制组件及基于Internet的功能组 件。所有组件能无缝地集成为一体，实时、综合地反映复杂的动态生产过程。今天， Intellution DynamicsTM自动化软件解决方案在世界范围内广泛用于包括:离散/连续生产 制造、包装、食品和饮料、石油及天然气生产、公用事业、化工、制药等众多工业领域。（3）iFIX最新特点支持 Windows 2000支持终端服务（T

18、erminal Server）的 iClientTSTM支持VBA6增强图形功能项目管理功能内置 VisiconXTM增强报警管理增强FIX到iFIX图形转换功能新增演示系统无可比拟的易用性和极大的灵活性使iFIX成为工程师、操作员和系统集成商的首选软件。7、北京亚控科技发展有限公司KingSCADA系列产品是亚控科技经过大量的用户需求调查，并根据自动化行业的发 展趋势，精心设计的一款新时代的组态软件。它打破了传统观念的束缚，创造性地引入了 模型概念，是一次革命性的转变，使传统的以工程为单位的组态开发面向系统化、模块化 发展。KingSCADA是一款面向高、中端市场的高端SCADA产品，它具有

19、集成管理、模块式 开发、高度复用组态、性能稳定、易学易用等特点。在此基础上，这款产品还具有强大的 图形开发工具、绚丽的图形对象、丰富的属性设置等构成的组态开发环境，使您将数据在 图形上的展示发挥到极致。产品的模块化架构，突破地域以及站点规模的限制，更加灵活 的实现部署，同时，这种模块化软件结构不仅提高了开发者的开发效率，更能够便于现场 操作员对系统进行维护，从而降低成本并确保整个系统更安全、稳定的运行。另外，该产 品将构建一个开放性数据平台，将任何控制系统、远程终端系统、数据库、历史库以及企 业其他信息化系统进行融合，更好的为企业构建完整的信息系统提供了有力的保障。Kingview组态王开发监

20、控系统软件，是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算 机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样 的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上 连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、 组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及 实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监 控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方 便地构成监控

21、画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线 等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接 功能。8、北京昆仑通态自动化软件科技有限公司MCGS（Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统）是北京昆仑通态 自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监 控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运 行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。MCGS组态软件包括三个版本，分

22、别是网络版、通用版、嵌入版。具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬 件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只 需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数 据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。四、SCADA系统的应用开发过程以电力监控系统为例，说明SCADA系统的开发流程：（1）针对电力监控项目具体的应用问题明确系统需求，设计SCADA系统架构，选择计算 机系统硬件、网络设备以及系统软件。系统软件包括操作系统、数据库以及相关类库。（2）根据工程项目要求，确定

23、SCADA系统需求、现场测控设备、RTU/PLC以及通讯管理 机，确定数据类型和I/O点变量的个数。（3）进行分布式控制系统组态，确定系统组成节点以及网络控制方式。（4）进行数据库组态、通信组态，确定SCADA系统的厂站、现场设备以及数据测控点、 报警点，确定实时数据库以及采集系统通信方式、属性，设置系统的安全限制。（5）进行图形组态，同时连接数据库，将监控图形中的图元对象与实时数据库测控点变量 建立对应关系，生成监控界面。监控界面图形包括接线图、棒状图、曲线图、趋势图、动 画等。如果有脚本文件需要进行编写，则规定动画属性、事件以及动作。将图像组态存为 文件或存至关系数据库。图形组态的手段是以

24、工具的形式出现的，用户可以通过图形组态工具栏中的按钮或者 相应的菜单命令选择需要的图形，包括简单图形（直线、矩形、园）、特殊图形（按钮、 趋势曲线、位图）、用户自定义图形等，实现监控系统设备与元器件的矢量图形化描述。（6）进行报表组态，生成相关报表并保存。报表中有两个概念：描述表和数据表。数据表 是用户最终得到的报表，描述表是通过组态设计得到的报表，它是对数据表的一种描述和 定义。外观上描述表和数据表一样，包括页面参数设置、格式设计（表头设计）、内容制 定等。（7）进行系统测试。分为部分和整体测试，视调试情况进行相应的修改与完善。一般来 说，一个SCADA系统进行完组态后在较长的时间内基本不会

25、改动。除非系统本身添加了测 控设备或者采集的数据格式有所改动。(8) 将全部内容调试完成以后，系统投入正式运行(或试运行)，系统实时运行的大致流 程为：运行组态好的SCADA系统，数据采集系统接收通讯系统传上来的实时数据，进行规 约解释后放入共享数据缓存区，数据处理系统对数据进行加工处理后传送至实时数据库， 监控界面调用实时库中的数据并显示刷新。用户需要时可以用鼠标点击相关图元，显示设 备及测控点的基本数据。可以登录获得控制权限下发命令至数据采集系统，从而进行遥 控、遥测操作，系统将需要保存的数据及事件保存至历史数据库、可以调用历史曲线、历 史报表显示、查询、打印历史数据。五、SCADA系统接

26、口软件和硬件设备的连接方式主要可归纳为三种：(1) 标准通讯协议:CANBUS、Profibus、Modbus 等。(2) 标准的数据交换接口： DDE或者OPC。(3) 绑定驱动:针对特定硬件或目标设计的驱动，不同的SCADA软件需要不同的驱动支 持。1、CANBUS 协议作为 ISO11898CAN 标准的 CANBUS(ControLLer Area Net-work Bus)，是制造厂中连 接现场设备(传感器、执行器、控制器等)、面向广播的串行总线系统，最初由美国通用 汽车公司(GM)开发用于汽车工业，后日渐增多地出现在制造自动化行业中。CANBus系统通过相应的CAN接口连接工业设备

27、(如限位开关、光电传感器、管道阀 门、电机启动器、过程传感器、变频器、显示板、PLC和PCIH作站等)构成低成本网 络。直接连接不仅提供了设备级故障诊断方法，而且提高了通信效率和设备的互换性。 CANBus数据传输速率为1Mbit/s时，传输最大距离为40m，速率为5kbps是传输最大距离为 10km，基本站点数64,传输媒体是屏蔽双绞线或光纤。CANBus数据链路层协议采用平等式(Peer to peer)通信方式，即使主机出现故障， 系统其余部分仍可运行(当然性能受一定影响)。当一个站点状态改变时，它可广播发送 信息到所有站点。CANBus的信息传输通过报文进行，报文帧有4种类型：数据帧、

28、远程帧、出错帧和超 载帧，其中数据帧格式如图8所示。CANBus帧的数据场较短，小于8B，数据长度在控制场 中给出。短帧发送一方面降低了报文出错率，同时也有利于减少其他站点的发送延迟时 间。帧发送的确认由发送站与接收站共同完成，发送站发出的ACK场包含两个“空闲”位 (recessive bit)，接收站在收到正确的CRC场后，立即发送一个“占有”位(dominant bit)，给发送站一个确认的回答。CANBus还提供很强的错误处理能力，可区分位错误、 填充错误、CRC错误、形式错误和应答错误等。CANBus应用一种面向位型的损伤仲裁方法来解决媒体多路访问带来的冲突问题。其仲 裁过程是：当总

29、线空闲时，线路表现为“闲置”电平(recessive level)，此时任何站均 可发送报文。发送站发出的帧起始字段产生一个“占有”电平(dominant level)，标志 发送开始。所有站以首先开始发送站的帧起始前沿来同步。若有多个站同时发送，那么在 发送的仲裁场进行逐位比较。仲裁场包含标识符ID(标准为llbit)，对应其优先级。每 个站在发送仲裁场时，将发送位与线路电平比较，若相同则发送；若不同则得知优先级低 而退出仲裁，不再发送。系统响应时间与站点数无关，只取决于安排的优先权。可以看 出，这种媒体访问控制方式不像Ethetnet的CSMA/CDCA协议那样会造成数据与信道带宽受 损。

30、CANBus除配置设备网(DevicnNet)协议外，还提供基于CAL (CANA pllicationlayer) 的CANopen协议(CiA DS-301)，即支持设备参数的直接访问，又可实现有苛刻时间要求 的过程数据通信。CANBus的DeviceNet协议具有开放性，用户无须购买加入系统所需的硬件、软件和允许权，多厂家设备能够在单一网络上相互操作CANhs也允许与 Ethernet或其他局域网相连，接人控制算法组态及管理信息PC系统，从而形成管控一体 化的工业网络。2、Profibus 协议PROFIBUS是过程现场总线的缩写，于1989年正式成为现场总线的国际标准。目前在多 种自动

31、化的领域中占据主导地位，全世界的设备节点数已经超过2000万。它由三个兼容部 分组成，即 PROFIBUS-DP ( Decentralized Periphery). PROFIBUS-PA (Process Automation ) . PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。其中 PROFIBUS- DP应用于现场级，它是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O之间的通 讯；PROFIBUS-PA适用于过程自动化，可使传感器和执行器接在一根共用的总线上，可应 用于本征安全领域；PROFIBUS-FMS用于车间级监控网络，它

32、是令牌结构的实时多主网 络，用来完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交换。主要使用主 从方式，通常周期性地与传动装置进行数据交换。PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络(Open System Interconnection-OSI)作为参考模型的。该模型共有七层。(1) PROFIBUS-DP:定义了第一.二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口 规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP 设备的设备行为。(2) PROFIBUS-FMS:定义了第一.二.七层，应用层包括现场总线信息规范

33、(Fieldbus Message Specification - FMS)和低层接口(Lower Layer Interface LLI)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同 的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。(3) PROFIBUSPA： PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描 述了现场设备行为的PA行规。根据IEC11582标准，PA的传输技术可确保其本征安全 性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。注：第一层为物理层，第二层为数据链路层，第三层为网络层，第四层为传输层，第 五层

34、为会话层，第六层为表达层，第七层为应用层。需要注意的是，第三六层在 Profibus中没有具体应用，但是这些层要求的任何重要功能都已经集成在低层接口(LLI)中。Profibus可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，与其他现场总线相 比，Profibus的重要优点是具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有 普遍性，它包括了加工制造、过程和数字自动化等广泛的应用领域，并可同时实现集中控 制、分散控制和混合控制三种方式。该系统分为主站和从站：主站决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权(令牌) 时，没有外界请求也可以主动发送信息。在Profibus协议中主站也称为主动

35、站。从站为外围设备，典型的从站包括：输入/输出装置、阀门、驱动器和测量发射器。它们没有 总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。从站也称为 被动站。由于从站只需总线协议的一小部分，所以实施起来特别经济。3、Modbus 协议Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化 (Schneider Automation)部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。 此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC， DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间

36、的通讯标准。有了它，不同厂商生产 的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。当在网络上通信时，Modbus协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按 地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成应答并使用Modbus 协议发送给询问方。Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够 认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器 使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命 令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，

37、Master端发出数据请求消息，Slave 端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消 息修改Slave端的数据，实现双向读写。Modbus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，ASCII模式采用LRC 校验，RTU模式采用16位CRC校验，但TCP模式没有额外规定校验，因为TCP协议是一个 面向连接的可靠协议。另外，Modbus采用主从方式定时收发数据，在实际使用中如果某 Slave站点断开后（如故障或关机），Master端可以诊断出来，而当故障修复后，网络又 可自动接通。因此，Modbus协议的可靠性较好。下表是ASCII协议和RT

38、U协议进行的比较：协议开始标记结束标记校验传输效率程序处理ASCII:（冒号）CR,LFLRC低直观，简单，易调试RTU无无CRC高不直观，稍复杂通过比较可以看到，ASCII协议和RTU协议相比拥有开始和结束标记，因此在进行程 序处理时能更加方便，而且由于传输的都是可见的ASCII字符，所以进行调试时就更加的 直观，另外它的LRC校验也比较容易。但是因为它传输的都是可见的ASCII字符，RTU传 输的数据每一个字节ASCII都要用两个字节来传输，比如RTU传输一个十六进制数 0xF9,ASCII就需要传输 F 9的ASCII码0x39和0x46两个字节，这样它的传输的效率 就比较低。所以一般来

39、说，如果所需要传输的数据量较小可以考虑使用ASCII协议，如果 所需传输的数据量比较大，最好能使用RTU协议。下表是Modbus支持的功能码：功能名称作用码01读取线圈状态取得一组逻辑线圈的当前状态（ON/OFF）02读取输入状态取得一组开关输入 的当前状态（ON/OFF）03读取保持寄存器在一个或多个保持 寄存器中取得当前 的二进制值04读取输入寄存器在一个或多个输入 寄存器中取得当前 的二进制值05强置单线圈强置一个逻辑线圈 的通断状态06预置单寄存器把具体二进值装入 一个保持寄存器07读取异常状态取得8个内部线圈 的通断状态，这8 个线圈的地址由控 制器决定08回送诊断校验把诊断校验报文

40、送 从机，以对通信处 理进行评鉴09编程（只 用于 484）使主机模拟编程器 作用，修改PC从机 逻辑10控询（只 用于 484）可使主机与一台正 在执行长程序任务 从机通信，探询该 从机是否已完成其 操作任务，仅在含 有功能码9的报文 发送后，本功能码才发送11读取事件计数可使主机发出单询 问，并随即判定操 作是否成功，尤其 是该命令或其他应 答产生通信错误时12读取通信事件记录可是主机检索每台 从机的Modbus事务 处理通信事件记 录。如果某项事务 处理完成，记录会 给出有关错误13编程 (184 /384 484 584)可使主机模拟编程 器功能修改PC从机 逻辑14探询(184/38

41、4 484 584)可使主机与正在执 行任务的从机通 信，定期控询该从 机是否已完成其程 序操作，仅在含有 功能13的报文发送 后，本功能码才得 发送15强置多线 圈强置一串连续逻辑 线圈的通断16预置夕由存器把具体的二进制值 装入一串连续的保 持寄存器17报告 从机 标识可使主机判断编址 从机的类型及该从 机运行指示灯的状 态18(884 和 MICRO 84)可使主机模拟编程 功能，修改PC状态 逻辑19重置通信链路发生非可修改错误 后，是从机复位于 已知状态，可重置 顺序字节20读取通用参数显示扩展存储器文 件中的数据信息(584 L)21写入 通用 参数（584L）把通用参数写入扩 展

42、存储文件，或修 改之2264保留 作扩 展功 能备 用6572保留 以备 用户 功能 所用留作用户功能的扩 展编码73119非法功能120127保留留作内部作用128255保留用于异常应答在这些功能码中较长使用的是1、2、3、4、5、6号功能码，使用它们即可实现对下位 机的数字量和模拟量的读写操作。4、DDE技术DDE的含义（1）DDE 即动态数据交换（Dynamic Data Exchange）。（2）两个同时运行的程序之间通过DDE方式交换数据时是Client/Server关系。（3）DDE的方式有冷连接（Cool Link）、温连接（Warm Link）、热连接（Hot Link）。DD

43、E通信数据交换过程及原理：DDE Client程序向DDE Server程序请求数据时，它必须首先知道DDE Server程序的 名称（即Application名）、DDE主题名称（Topic名）、数据项（Item名）。当一个DDE Client向一个DDE Server请求数据时，DDE Client必须向系统报告DDEServer 的 Application 名和 Topic 名。只有当 Application 名和 Topic 名与 DDE Server 内部设定的名称一致时，系统才将DDE Client的请求传达给DDE Server。当Service名和Topic名相符时，DDE S

44、erver马上判断Item名是否合法。如果请求 的Item名是DDE Server中的合法数据项，DDE Server即建立此项连接。建立了连接的数 据发生数值改变后，DDE Server会随时通知DDE Client。一个DDE Server可以有多个Topic名，Item名的数量也不受限制。5、OPC技术规范OPC技术规范是以Microsoft的OLE/COM技术为基础，定义了一组接口规范。它包括 OPC 自动化接口(Automation Interface)和。PC 定制接口(Custom Interface)。另 外，OPC技术规范定义的是OPC服务器程序和客户机程序进行通讯的接口或通

45、讯的方法。(1) OPC对象与接口：OPC服务器对象提供了对数据源进行存取(读/写)或通讯的方法，而数据源可以是现 场的I/O设备，也可以是其它的应用程序。通过接口，OPC客户应用程序可以同时连到由 一个或多个厂商提供的OPC服务器上。如图1所示。OPC服务器封装了与【/。控制设备进行 通讯和访问数据的类型与名字及进行设备操作的代码。(2) OPC 数据存取(Data Access)规范：总体来说，OPC数据存取规范包含几个对象：服务器对象(Server Object)、组对象 (Group Object)、项对象(Item Object)。OPC服务器对象维护着服务器的信息，同时 也是OPC

46、组对象的包容器。OPC组对象维护着它自己的信息并提供包容OPC项的机制，同 时管理OPC项。OPC组提供客户应用程序组织数据的机制，例如：一个组可以包含一个显示面板所有 数据的项，并可对数据进行读写。在一些特殊情况下，还可以在组里建立客户应用程序与 项的连接，并可以根据需要禁止或允许这种连接。OPC客户应用程序还可以修改OPC服务 器向OPC客户应用程序提交数据变化的刷新数率。OPC组有两种类型：公共组(Public)和局部组(Local or Private)。公共组可以 为多个客户程序共享，而局部组只为某一个客户程序所有。在每个组里，客户程序可以定 义多个OPC项。如图2所示。OPC项代表

47、了与服务器里数据源的连接。从定制接口(Custom Interface)角度来 看，一个OPC项不能被OPC客户程序作为一个对象来进行操作，因此，在OPC项中没有定 义外部接口。所有对OPC项的操作都是利用OPC项的包容器(OPC组)或OPC项的定义来 进行的。每个O PC项包含值(Value)、品质(Quality)和时间标签(Time Stamp)。值 (Value)的类型是VARIANT，品质的类型是SHORT。应当注意的是项不是数据源，而只是与数据源的连接。例如：在DCS系统中定义的可 以让OPC客户程序访问的标签。OPC项应该被看成是数据地址的标示，而不是数据的物理 源。(3) OPC的特点.计算机硬件厂商只需要编写一套驱动程序就可以满足不同用户的需要。.应用程序开发者只需编写一个接口便可以连接不同的设备。软件开发商无需重写大量 的设备驱动程序。.工程人员在设备选型上有了更多的选择。(4) 读写OPC数据项的一般步骤.通过服务器对象接口枚举服务器端定义的所有数据项。如果客户对服务器所定义的数 据项非常熟悉，此步可以忽略。.将要读写的数据项加入客户定义的组对象中。.通过组对象对数据项进行读写等操作。