物联网和SCADA系统的发展、现状与展望

引言

物联网被看作信息领域一次重大的发展和变革，是继计算机、互联网和移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。在物联网之前，SCADA系统只是针对物理位置固定的过程进行数据采集和监控。从这点来看，物联网在移动数据采集上面有很大的优势，特别是不易布线的地方，物联网更具有SCADA系统不可比的便捷。物联网是SCADA系统的一种延伸，物联网取代部分SCADA系统是必然的一个趋势。在物联网快速发展的时代，SCADA系统也必将支持对移动过程装置和流程的数据采集和监控叫

1概述

1.1物联网系统概述

1.1.1物联网系统的概念

物联网(TheInternetofThings，IoT)，即通过射频识别(RFID)、传感器、全球定位系统(GPS)、移动电话、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，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叫物联网一般情况下作为无线网，我们每个人周围的设备一般为1000至5000个，那么物联网包含物体总数为500万亿至1000万亿个。在物联网上，每个人都能以应用电子标签将真实的物体上网联结，且在物联网上都可以查找出它们的具体位置。通过物联网可以用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理、控制，也可以对家庭设备、汽车进行遥控，以及搜寻位置、防止物品被盗等各种应用。

物联网将能现实世界数字化，且应用范围十分广泛。物联网遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域，具有十分广阔的市场和应用前景。

RFID射频识别技术

RFID是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID技术兴起于20世纪80年代，随着超大规模集成电路的发展，到20世纪90年代进入了实用阶段。RFID作为一种具备巨大发展前途的应用技术，不仅在物流领域具有强大的应用优势，同时在商业、交通、医疗、军事等领域也有着广泛的发展前途［6］。

RFID具有快速扫描、体积小、抗污染能力和耐久性、重复使用、记忆容量大等特点，被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一。它被称作四大物联网关键技术(RFID、传感器、智能技术、纳米技术)之首，是物联网的构建基础和核心［7］。

1.1.3物联网的架构和特征

物联网架构可分为三层：感知层、网络层和应用层冏。感知层由各种传感器构成，包括温湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、红外线、GPS等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。网络层由各种网络，包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征：物联网是各种感知技术的广泛应用；物联网是一种建立在互联网上的泛在网络；物联网本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制；物联网的使用场景和时间更加自由，更贴合用户的使用习惯，提供更好的用户体验。

SCADA系统概述

SCADA系统的概念

SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition,监控与数据采集)系统是基于计算机通讯和控制技术发展起来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、测量、各类信号报警、设备控制以及参数调节等各项功能［9］。

SCADA系统分为三层架构。第一层为数据采集层，第二层为数据监控层，第三层为数据应用层。

SCADA系统将先进的计算机技术、工业控制技术、显示技术、通信技术(有线通信和无线通信等)、RTU(RemoteTerminalUnit，远程终端单元)/PLC(ProgrammableLogicController，可编程程序控制器)技术、测量技术、现场总线技术等结合在一起，采用N(N>2)层客户机/服务器结构或者浏览器/Web服务器/数据库服务器软件架构。一般来说,全部SCADA系统主要由位于监控调度中心的SCADA软件系统、位于现场监控站的各远程终端单元(RTU/PLC)以及连接它们的通讯系统(有线、无线、光纤、扩频、微波、卫星等)组成［10］。

SCADA系统的特点和功能

SCADA系统具有实时性、多任务性、开放性、分布性、可靠性、安全性和维护性。其优势在于网络能力较强、RTU较灵活、价格较低。

SCADA系统不仅要实现对现场生产过程的数据采集、处理与监控，而且是管理信息系统、办公自动化、地理信息系统(GIS)、制造执行系统以及企业资源计划等系统的实时数据源，这就需要SCADA系统具备良好的开放性，以实现与上述系统的数据交换和系统集成。

2物联网和SCADA系统发展及现状

2.1物联网发展及现状

物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机，美国麻省理工学院(MIT)的KevinAshton教授首次提出物联网的概念，且在1999年美国麻省理工学院建立了“自动识别中心(Auto-ID)”，提出“万物皆可通过网络互联”，阐明了物联网的基本含义。早期的物联网是依托射频识别(RFID)技术的物流网络，随着技术和应用的发展，物联网的内涵已经发生了较大变化。2005年ITU在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上正式确定了“物联网”的概念,国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2005:物联网》，弓I用了'物联网”的概念。物联网的定义和范围已经发生了变化,覆盖范围有了较大的拓展，并介绍了物联网的特征、相关的技术、面临的挑战和未来的市场机遇，物联网也不再只是指基于RFID技术的物联网。

国外的一些具有技术优势和战略优势的国家和组织，比如美国、日本、韩国、欧盟等，物联网的发展较为迅速，发展水平较为领先。

物联网具有很大的发展空间。基于此，我国对物联网的发展进行了详细的规划，政府也在政策扶持方面给予大力支持。在我国制定的“十二五”发展规划中，将物联网纳入国家五大战略性新兴产业，相应标准也在制定中；物联网还被列为《国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中的重点研究领域。国家教育部已成立物联网及相关专业教学指导小组，以江南大学、北京邮电大学、南京邮电大学、天津大学为代表的高校已经或正在申报申报物联网相关专业。

2014年2月18日，全国物联网工作电视电话会议在北京召开。国务院副总理马凯在会议中强调，要抢抓机遇，应对挑战，以更大决心、更有效措施，扎实推进物联网有序健康发展，努力打造具有国际竞争力的物联网产业体系，为促进经济社会发展做出积极贡献。

SCADA系统发展及现状

第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统。第二代是基于通用计算机的SCADA系统。第三代是基于分布式计算机网络以及关于数据库技术的能够实现大范围联网的SCADA系统［10］。第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经诞生。该系统的主要特征是采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。

目前，国外和国内市场上应用较为普遍的SCADA上位机系统有：WondWare的InTouch、西门子公司的WinCC、澳大利亚的CiTech、美国Interlution公司的Fix、意大利LogoSystem的LogView等，这些系统较为全面的解决了传统SCADA上位机系统功能的主要问题：数据采集与控制信息发送；扌艮警处理；历史趋势显示与记录。

3物联网和SCADA系统存在的主要问题

物联网和SCADA系统以及其它工业自动化系统，都属于计算机网络技术发展中的产物［10］，它们有许多共同的特点，比如体系架构结构、数据采集功能、对通讯网络的依赖、数据处理等，但是物联网和SCADA系统在发展和应用过程中也存在诸多问题。

3.1物联网存在的主要问题

安全问题

在射频识别(RFID)系统中，电子标签会被大量、频繁的使用，被植入电子标签的任何物体都有可能会被扫描、追踪,因此会涉及到个人隐私的泄露，从而影响社会安全。

标准问题

物联网在不同行业、领域的应用，没有统一的标准。RFID系统厂商提供的都是专用系统，与其他厂商系统的频率、协议都不尽相同。就犹如不同的3G、4G网络通信协议，终端可能就不能同时支持不同的协议，这必然要耗费很多的人力、物力、财力。所以需要加强不同国家、不同地区的合作来解决标准不统一问题。

实际应用问题

应用成本很高会使物联网发展遇阻，需要企业、个人之间相互协调。

政策法规

对于可能出现的安全问题，需要出台相关法律法规作为物联网发展的有力保障。

技术问题

目前来看，技术虽已具备一定的理论，但还不够成熟,特别是在功耗、安全、网络可靠性和健壮性等方面还存在很多技术难题需要突破［13］。

3.2SCADA系统存在的主要问题

部分SCADA系统可能存在以下问题。

与企业MIS(ManagementInformationSystem，管理信息系统)系统的结合性能差；

不具备GIS(GeographicInformationSystem，地理信息系统)功能；

数据采集速度较慢，需要新一代的数据传输协议以适用高速传输；

缺少高效的控制能力和系统自诊断能力。

针对国内的需要，这些系统有明显的弱点：

本地化差。虽然部分系统已经推出中文版，但是与中国市场中一些行业的特殊需求，依然难以满足需求；

成本昂贵。从国外采购的SCADA系统，一般需要数万美元，很多公司难以接受。

虽然国内的系统具有较高的性能价格比、本地化能力较强，但是其MIS、GIS、控制效率低，自诊断能力缺乏等不完善的地方，依然需要投入大量的人力和资金完善系统功能、修复系统漏洞、开发新型系统。

除此之外，SCADA系统的安全问题也备受业内专业人士的关注［10］。工业控制系统受到黑客制造的恶意代码攻击,SCADA系统的信息安全问题认识存在认识偏差冏。随着信息技术的发展和SCADA系统通信的网络化，SCADA的通信也有可能会被黑客攻击。

4物联网和SCADA系统未来发展的方向

4.1物联网未来发展的方向

我国的物联网产业与欧美等发达国家相比，仍存在一定的差距，但已经具备一定的产业技术和应用基础。以后，物联网应从以下方面发展［14］。

加大科研的投入，突破技术难题，掌握核心和关键技术；

加快物联网标准的制定，尽量统一标准；

加快法律法规和政策的出台，加快物联网的发展，使其起到模范带头作用，带动其他产业的良性发展；

在完善功能的前提下，尽可能的给出较为低廉的价格;

以用户为核心，增强用户体验。

人类将进入物联网时代［6］，物联网将会推动社会的高速发展，也必将产生重大深远的意义。

物联网提高生产效率，降低生产成本，推进经济快速发展，为国家经济做出贡献；

物联网构建“智慧城市”，让人类的生活迈入更高的台阶，推动人类的进步；

物联网使周围的物体智能化，人和自然和谐共处,社会达到可持续发展。

4.2SCADA系统未来发展的方向

因特网、扩频无线电、网络与数据高速公路［10］是SCADA系统发展的方向，其未来将实现以下功能：

SCADA系统与其他系统的广泛集成，具有更好的兼容性；

专家系统、模糊决策、神经网络等新技术与SCADA系统的融合；

面向对象技术(OOT)是网络数据库设计、市场模型设计和站控系统分析図。

5结语

当今，物联网作为一个非常热门的智能发展项目，把传统的信息网络、通信网络延伸到了更为广泛的物理世界。物联网的快速发展，很有可能会取代部分SCADA系统的功能，这也将是必然趋势。物联网的应用已经深入到了我们生活的方方面面，它提供的越来越便捷的生活服务，使我们的社会变得现代化、服务实现智能化，从而让生活变得更加舒适、方便、高效、快捷。

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