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”。

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：

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。

3.2 新型SCADA系统设计

根据物联网的三种应用架构，结合SCADA系统的体系结构，在物联网发展的今天，SCADA系统的结构、通信网络、现场数据采集终端都会发生新的变化。

(1)监控中心

监控中心由硬件设备和应用软件组成。

硬件设备：在满足网络功能要求的前提下，采用云计算概念，主要功能在服务器上完成，用云终端代替操作员站与管理员站的计算机，简化操作员站与管理员站的硬件设备，提高系统的安全性、可靠性，便于系统功能与规模的扩充。

应用系统软件：在满足一般使用要求的前提下，需要强大的网络功能，由传统点到点的SCADA系统发展为端到端的互联网协议架构系统。在物联网发展的今天，应设计以下功能：

◆支持PDA、智能手机作为操作终端

SCADA系统软件直接支持智能手机作为操作终端。

这使得SCADA的使用范围从监控室扩大到任何手机网络可以到达的区域。

◆远程组态和维护技术：SCADA系统的组态采用B/S结构，B/S结构即浏览器/服务器结构的软件，可提供很强的远程维护支持，大大降低项目实施和维护的成本。

◆多种的权限管理：传统SCADA系统的操作员是限定在很少的几个人，而现在SCADA系统是面向全企业不同层面、不同部门的人员提供服务的网站发展，这就要求SCADA软件具有多种权限支持。

◆视频与工业数据一体化：将现场视频与SCADA调度系统集成在一起，突出了调度决策的现场感知效果。

(2)通讯网络

兼容多种通信模式，如将无线专网、GPRS/CDMA/3G、光纤网及卫星网等，通过物联网通信技术，实现各种应用网络的互联互通，真正组成一个可连接各种感知终端的有机通信网络平台。

(3)远程数据采集终端

根据需要选用WSN/Wi-Fi等无线组网方式，增加现场组网的灵活性。

应具有很强的通讯能力，自带以太网接口，在监控现场根据不同的采集对象选择不同的组网方式：对于数据采集，利用WSN无线传感器网络采集比较分散的传感器;对于视频采集，利用Wi-Fi无线组网。无论采用哪种无线组网方式均能减少布线、施工的工作量。

WSN无线传感器网络具有以下优点：

◆成本低：WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，就单个节点而言，硬件成本是较低的。WSN采用开放的简化ZigBee协议栈，工作在2.4GHz免执照的ISM频段。

◆对等网络多冗余、高可靠性：WSN没有严格的控制中心，所有节点地位平等，是一个对等式网络。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响到整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

◆组网能力强：支持树状、星状、网状等多种组网方式，网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

◆多跳(Multi-hop)路由：WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十米到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。利用WSN组网的现场数据采集终端拓扑图如图2所示：

4系统功能

根据物联网技术的应用发展，SCADA系统的主要功能为：

(1)数据采集：采集远程端站的数据。

(2)报表功能：具有年、月、周、日报表及打印。

(3)GIS功能：地图功能。

(4)具有多种通信方式：有线/无线，专网/公网等。

(5)数据处理：根据需要做数据分析、统计等。

(6)报警处理：报警信息的处理。

(7)信息预测分析：一些消耗量的预测分析。

(8)设备管理：端站设备的安装时间、位置、故障日期等信息。

(9)设备控制、监测。

(10)事件日志。

(11)图表分析。

(12)参数查看：查看实时数据和历史数据，用户可以查看所有端站每时每分采集的各项数据，并具有查询此企业某时间点或时间段内的数据。

(13)组态功能：任意增加、删除某一终端的信息;任意增加、删除AI、DI、PI等参数的信息。

(14)查询功能：以数据库为核心，提供数据处理、查询、备份等功能。

5结语

本文设计了新型的SCADA系统，突出了由传统点到点的SCADA系统发展为端到端的互联网协议架构系统的特点。现场数据采集终端采用无线传感器组网模式，体现了物联网的优势。