2. SCADA基础架构

SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition，监控与数据采集）系统并不是单一软件，而是由现场设备、通信链路、上位监控与数据存储共同构成的分布式体系。理解这套基础架构，是后续学习报警管理与历史数据工程的前提：只有先看清“数据从哪里来、经过谁、存到哪里、报警在哪里产生”，才能设计出可靠的报警策略与历史归档方案。

一、核心组成：从现场到监控中心

典型SCADA架构可划分为四层：现场仪表与执行机构、控制层、通信层、监控与数据层。

• RTU（Remote Terminal Unit，远程终端单元）：面向广域、分散、无人值守站点，如油气管道、泵站、变电站。RTU强调低功耗、宽温、远程通信能力，通常支持Modbus、DNP3、IEC 60870-5-101/104等协议，具备本地逻辑与断线缓存能力。
• PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）：面向高速、确定性控制场景，如产线、水处理、楼宇。PLC擅长毫秒级扫描与联锁逻辑，通过以太网或现场总线与上位系统交换数据。
• HMI（Human Machine Interface，人机界面）：操作员与过程的交互窗口，显示工艺画面、实时趋势、报警列表，并下发设定值与命令。HMI可以是本地触摸屏，也可以是SCADA上位机画面。
• 通信协议：决定数据如何编码、寻址与传输。常见有Modbus TCP/RTU、DNP3、OPC UA、IEC 61850、MQTT等。协议选择直接影响采集周期、可靠性与互操作性。
• 数据采集与历史存储：采集服务轮询或订阅现场数据，写入实时数据库与历史数据库；报警引擎基于实时值、死区、延时与优先级生成报警事件。

二、数据采集流程：一次完整的“现场到画面”

以Modbus TCP采集为例，数据从现场到操作员画面通常经历以下步骤：

1. 现场传感器将压力、温度、流量等物理量转换为4-20mA或数字信号，接入RTU/PLC的AI/DI模块。
2. RTU/PLC按扫描周期更新内部寄存器，形成过程映像区。
3. SCADA采集服务按配置周期发起请求，读取寄存器地址，获得原始值。
4. 进行量程换算、单位转换、滤波与质量码标记（Good/Bad/Uncertain）。
5. 写入实时数据库，供HMI画面、趋势与报警引擎使用。
6. 历史采集服务按压缩策略（如旋转门、死区）写入历史库。
7. 报警引擎比较阈值、变化率与状态，生成报警事件并推送至HMI报警栏。

# 典型采集配置片段（示意）
tag: PT_101
source: ModbusTCP 192.168.10.21:502
register: 40001
data_type: uint16
scale: 0.1
unit: MPa
scan_rate: 1000ms
deadband: 0.05
history: enable, compression=swinging_door
alarm:
  HH: 1.60  priority=High
  H : 1.40  priority=Medium
  L : 0.20  priority=Medium
  LL: 0.10  priority=High

三、典型SCADA拓扑与报警/历史数据的位置

下图展示了一个典型的分层SCADA拓扑：现场RTU/PLC通过通信链路接入采集服务器，采集服务器同时服务实时库、历史库与报警引擎，HMI操作站从实时库读取画面数据并接收报警。报警与历史数据并不“飘在空中”，它们分别位于报警引擎与历史库这两个明确位置。

四、案例场景：水厂SCADA的报警与历史数据落点

某水厂有3个泵站，每个泵站配置一台RTU，通过4G与中心通信；中心侧部署采集服务器、实时库、历史库与报警引擎，操作员通过两台HMI工作站监控。某夜班，清水池液位LT_201从2.8m缓慢下降至1.2m，触发L报警。报警引擎在1.2m阈值处生成一条Medium优先级报警，同时历史库以1分钟周期记录液位值。操作员在HMI报警栏看到报警后，调出趋势确认下降速率，最终发现是进水阀故障。复盘时，历史数据提供了完整的液位曲线，报警记录提供了触发时间与确认时间，两者结合才能还原事件全貌。