浅析SCADA系统与IIOT的异同

摘自：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1751081934545958450&wfr=spider&for=pc

 

在工业4.0时代，智能工厂、数字工厂等概念是极为热门的话题，通常的解决方案有：SCADA（数据采集与监视控制系统）和IIOT（工业物联网）。而在有关应用的讨论中，IIOT与SCADA的区别常常会让人产生混淆。诸如“工业物联网可以取代SCADA吗？”、“可以将两者集成吗？”和“IIoT和SCADA之间有什么区别？”之类的问题总是出现。

本文试将二者进行对比，浅析异同以供各位参考。

一、概念释义

01 什么是SCADA系统

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。一般是有监控程序及资料收集能力的电脑控制系统，可以用在工业程序、基础设施或设备中。

SCADA系统包含两个层次的含义：一是分布式的数据采集系统，即智能数据采集系统，也就是通常说的下位机；二是数据处理和显示系统，即上位记人机界面系统HMI（Human Machine Interface）。

● 下位机通常指硬件层面上的，即各种数据采集设备，如PLC、RTU及各类智能控制设备。这些控制设备与生产过程中的设备或者仪表相结合，及时感知设备各种参数的状态并转换成数字信号，通过特定数字通信网络传递到HMI系统中。必要时，这些智能系统也可以向设备发送控制信号。

● 上位机HMI系统在接收到这些信息后，以适当的形式如声音、图形、图像等方式显示给用户，以达到监视的目的，同时数据经过处理后，告知用户设备各种参数的状态（报警、正常或者报警恢复）；HMI还可以接受操作人员的指示，将控制信号发送到下位机中，以达到控制的目的。

本质上，SCADA是一个软件和硬件系统，可以在本地或远程控制工业过程，监视，收集和处理实时数据。它还允许与智能设备和人机界面软件直接交互，并将事件记录到日志文件中。

02 什么是工业物联网（IIOT）

工业物联网（Industrial Internet of Things）简称IIoT，是应用在工业上的物联网，是。由通信软件连接的众多设备和电脑的工业应用程序组成的。由此产生的系统，甚至包括其中的单个设备，都可以监控、收集、交换、分析信息，并立即对信息采取行动，从而智能地改变它们的行为或它们的环境，而无需人工干预。

工业物联网是一个智能设备网络，每个工业物联网生态系统包括：

● 可感知、交流和存储自身信息的连接设备；

● 公共或私人数据通信基础设施；

● 从原始数据生成业务信息的分析和应用程序；

● 存储由工业物联网设备生成的数据。

边缘设备和智能资产将信息直接传输到数据通信基础设施，在数据通信基础设施中将其转换为有关某台机器如何运行的可操作信息。此信息可用于预测性维护以及优化业务流程。

综上，从概念释义来看，SCADA是一套专有系统，关注于底层设备的采集，监视和控制，而IIoT通常情况是一套PaaS平台，其业务范畴远超过一般的SCADA系统。

二、系统特点

01 SCADA典型架构

SCADA系统具有采集、控制分散，管理集中的“集散控制系统”的特征，典型的SCADA架构如下图，分为场站端和管理端。

场站端：主要是三部分：下位机、通信网络、上位机。

● 下位机：侧重采集和控制。一般由RTU和PLC组成；

● 通信网络：实现上、下位机之间数据交流；

● 上位机：侧重监控功能。一般由电脑和服务组成，主要起到远程监控、报警处理、数据存储以及与其他系统集合的作用。

管理端：一般包括前置采集、SCADA应用。

● 前置采集：各种采集设备的协议解析、转换；

● SCADA应用：设备数据存储、监控。

02 工业物联网架构

工业物联网从架构上分为感知层、通信层、平台层和应用层。

感知层主要由传感器、视觉感知和可编程逻辑控制器（PLC）等器件组成，一方面收集振波、温度、湿度、红外、紫外、磁场、图像、声波流、视频流等数据，传送给网络层，到达上层管理系统，帮助其记录、分析和决策，另一方面收集从上层管理系统下发或已经编程好的指令，执行设备动作；

通信层主要由各种网络设备和线路组成，包括具备网络固线的光纤、xDSL，也包括通过无线电波通信的GPRS、3G、4G、5G、WiFi、超声波、ZigBee、蓝牙等通信方式，主要满足不同场景的通信需求；

平台层主要是将底层传输的数据关联和结构化解析之后，沉淀为平台数据，向下连接感知，向上提供统一的可编程接口和服务协议，降低了上层软件的设计复杂度，提高了整体架构的协调效率，特别是在平台层面，可以将沉淀的数据通过大数据分析和挖掘，对生产效率、设备检测等方面提供数据决策；

应用层主要根据不同行业、领域的需求，落地为垂直化的应用软件，通过整合平台层沉淀的数据和用户配置的控制指令，实现对终端设备的高效应用，最终提升生产效率；

感知层与通信层中间有一个网关，网关隔离了终端传感器和控制器与上层网络端口，一方面减少传感器与控制器的业务逻辑复杂度，另一方面减少上层应用对数据协议的解析成本。

三、共性特征

SCADA和IIOT具有一个共同的目标—优化使用，并最终更好地控制某些设备或过程。

二者具备以下共同特性：

■ 设备数据采集：都需要对现场设备的原始数据进行采集，收集实时数据并对数据进行分析处理

■ 设备指令下发：都可以向设备下达指令，远程实现设备控制

■ 依赖通讯网络：数据传输均需要依赖网络通信，SCADA常常使用有线网，IIOT更依赖无线通信。

■ 支持组态界面设计：根据设备运行情况，灵活设计监控组态页面。

四、差异分析

SCADA和IIOT在工业场景中的侧重点是不同的。下面表格中详述各个方面的差异。

有效应用工业物联网平台，方便快捷地连接人、机、物等各类工业要素，将更有助于解决上

述的企业痛点，从而推动实现工业企业数字化转型的创新应用。

其中，寄云科技认为工业物联网平台的核心价值有三点值得关注。以国内前沿的寄云工业物联网平台（NeuSeer IIoT）为例:

一是完整的数据采集及控制能力。

目前很热的一个概念是IT+OT融合。寄云工业物联网平台的数据采集模块不仅支持了数百种主流的工业现场协议，以及半导体、油气、电力等行业的特定协议，还支持多种数据传输协议，以及常用自动化系统（PLC、DCS、CNC）及传感器的接入，有力支撑了IT+OT数据融合以及数据采集、控制的实现。

二是强大的数据计算及分析能力。

涉及到对整个设备的数字化定义和指标计算，其实是比较散乱的。实际上，我们需要通过针对设备数字定义，定义设备属性、自定义脚本服务、事件、事件响应，资产树。之后寄云提供机器学习及AI模型的运行环境，实现算法模型指标计算（如设备综合健康度、RUL、故障预测等）。例如在水务行业场景中，拿到每个泵开关时间，对它进行时间积分，就可以算出来整个泵房统计。

三是常用规则引擎能力。

有一个典型场景，在化工行业，烟气污染物排放报警，存在二氧化硫、氮氧化物、烟尘三项烟气污染物排放，如果任意一项连续超标15分钟即会告警。寄云工业物联网平台支持多种模式的条件判断（多条件的与或判断、多选多、防抖等），可以通过规则实现报警、指令下发以及执行指定的服务。

五、发展方向

工业物联网（IIOT）是从使用互联网连接系统的SCADA应用中催生出来的，二者通常使用相

同的基础设施并都涉及到传感器和数据采集。SCADA的重点是监视和控制，IIOT则更专注于分析机器数据。

IIOT系统包含SCADA系统的基础功能（数据采集处理、可视化、报警和反向控制），提供灵活的扩展性和优秀的数据分析能力，通过对机器数据的深入分析，提供智能化的结果展现和生产过程的智能自动化调整，从而提高生产效率。

由于SCADA产品的传统技术架构和销售理念，市面上绝大多数的SCADA是无法与工业物联网平台集成的。这也促使工业物联网平台在专注于分析机器数据的基础上，同时关注向下的功能—与PLC和硬件设备直接交互。一些SCADA厂商也尝试融合云计算、物联网、大数据等技术，打造基于SCADA的工业物联网平台。

由此可见，工业物联网的发展是大势所趋，工业物联网是一个开放的网络，涉及行业安全的SCADA系统，将仍然保持现有状态。所以，物联网取代部分SCADA系统将是必然趋势。