北京理工大學 楊毅 張利萍
1．SCADA系統簡介
SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統即監視控制與數據采集系統，是以計算機為基礎的監測控制與調度管理自動化系統，它可以在地理環境惡劣、位置偏遠、無人值守的環境下，實現遠程數據采集、設備控制、測量、參數調節以及信號報警等功能，廣泛適用于水利、石油、氣象、海洋、環保、電力、通信等眾多行業。
1.1SCADA系統結構
SCADA系統一般采用分散式測控、集中式管理的方式，主要結構包括遠程控制單元RTU（Remote Terminal Unit）、通信傳輸網絡和中心監控站。RTU是采用微處理器或DSP的可獨立運行的智能測控模塊，用于采集點的數據處理、指令執行和傳感器的控制；中心監控站負責整個SCADA系統的運行控制和日常管理；通信傳輸系統主要負責上下行數據的雙向傳輸，根據實際需求和應用領域的不同有有線、無線、微波、衛星等多種可選方式。
典型的SCADA系統結構如圖1所示。
1.2通信傳輸系統的選擇
SCADA系統的數據傳輸主要包括有線和無線兩類網絡系統。有線傳輸方式如PSTN公用電話網、電力線載波等；無線傳輸方式如VHF/UHF無線電臺、GSM移動網以及衛星通信網等。PSTN電話網和GSM移動網技術成熟、投資較少、易于實施，但偏遠、落后地區缺乏接入點，而且災害等異常情況容易造成通信中斷；VHF/UHF無線電臺只需維護費用而無運營費用，但需申請相應頻點才可使用，而且通信質量受限于地理環境和氣候狀況，傳輸有效距離也有限。
近年來隨著衛星通信技術的不斷進步，衛星小站的制造成本不斷降低，衛星系統在SCADA領域中的應用日益普及；衛星通信大范圍、無盲區的網絡覆蓋優勢，尤其適合在地理環境復雜、基礎設施落后的地區用于通信傳輸。中國的北斗導航衛星相對于傳統的VSAT系統，具有價格便宜，設備體積小，功耗低，安裝、維護和使用方便的優點，在SCADA領域有著廣闊的應用前景。本文將著重介紹北斗系統的技術特點和優勢，并提出北斗系統在SCADA通信傳輸中的建議組網方案。
2．北斗系統簡介
北斗系統于2000年底初步建成，2003年5月成功發射了第三顆北斗衛星，標志著北斗系統進入全網運行階段。北斗是中國自主知識產權的區域性導航定位系統，由三顆地球同步軌道衛星、地面控制中心、各類北斗終端三大部分組成；北斗可以無縫覆蓋我國全部國土面積和周邊海域，具有快速定位、雙向通信和精密授時三大基本功能；北斗民用運營中心可以提供跨網絡平臺的信息轉發，群組呼通信及廣播，數據存儲備份，數據實時查詢下載，數據多點分發等北斗增值服務功能。北斗系統技術特點主要包括：完善的波束覆蓋；良好的抗雨衰性能；強大的并發通信能力；有效的報文長度；快捷的通信傳輸；較低的設備功耗；高度的安全保障。
3．北斗衛星SCADA通信組網方案
3.1通信組網結構
北斗衛星SCADA通信傳輸系統由野外采集站點、監控中心站、北斗民用運營（網管）中心和北斗衛星四部分組成（如圖2所示）。野外采集站使用北斗通信型終端，與RTU設備通過RS232串口聯接；監控中心站使用北斗管理型終端，與局域網內的PC工作站通過RS232串口聯接，工作站同時通過地面網絡接入北斗民用運營中心，并通過CTC D-Gatekit客戶端程序實時自動接收業務數據。
北斗民用運營中心由神州天鴻建設運營，是一個基于分布式應用的綜合業務信息處理系統。運營中心依據北斗系統的技術特點，采用了增值業務層、業務支撐層和系統層三層架構設計，支持DDN、GSM、GPRS、CDMA、和INTERNET等各類網絡接入，并可提供多種北斗增值服務功能。
監控中心站軟件系統通常包括通信管理、業務應用和運行維護三部分。其中通信管理軟件的主要功能包括監控衛星通信，處理通信數據，通過數據庫進行通信數據的交互和傳輸。通信管理軟件由底層通信模塊、數據分析模塊、數據庫處理模塊、用戶界面模塊組成（如圖3所示）：
底層通信模塊：處理串口事件，管理串口的數據讀寫操作；
數據分析模塊：對底層串口數據按通信協議進行分析，并對命令進行封裝、解析；
數據庫處理模塊：處理數據庫的讀寫、查詢操作，定時查詢數據庫，處理用戶發送的命令，并對接收的數據進行保存；
用戶界面模塊：提供用戶交互操作的接口，管理系統的參數設置，并負責實時通信數據和系統工作狀態的顯示。
3.2通信組網方案特點
基于北斗系統搭建的SCADA通信傳輸網絡具有以下特點：
強大的通信處理能力：北斗系統入站容量大，數據入站基本不受限制；監控中心站利用北斗出站信道和地面網信道同步接收數據，可以在北斗出站信道緊張時利用地面網絡有效分流數據，滿足大規模、大業務量、突發性的通信傳輸要求。
高時效性：北斗民用運營中心采用千兆以太網技術建設，配備高性能計算機與網絡設備，確保數據在運營中心內的總處理時延小于1秒，保證端到端傳輸延遲不超過2秒。
高可靠性：地面網絡與北斗衛星信道互為備份，衛星設備與地面網設備同步接收數據，有效保障數據傳輸的成功率。運營中心將所有業務數據在線存儲3個月、離線備份12個月，用戶可采用多種方式查詢、下載其歷史數據，有效保障業務數據的安全性。
良好的擴展性：北斗民用運營中心和北斗終端采用模塊化、標準化的結構設計，具有良好的兼容性和擴展性，確保用戶SCADA系統可隨業務需求變化方便地進行擴展和更新。
4．結語
綜上所述，北斗系統非常適用于組建各類SCADA系統通信傳輸網絡，作為中國完全自主知識產權的衛星系統和廣域雙向報文通信平臺，北斗以其"大容量、低功耗、抗雨衰、傳輸快"的特點為廣大SCADA系統用戶創造了獨特的應用價值；隨著我國信息技術的高速發展和各大行業信息化工程的相繼啟動，相信北斗系統必將在國內眾多的SCADA領域得到更為廣泛的普及應用。
