SCADA和DCS的区别

推荐:

[专家] SCADA 大咖之路

笔者对于讨论SCADA和DCS的区别这一主题有些不知如何下笔，原因在于不论是SCADA（1970年前后）还是DCS（1975年）其实都是应用非常成熟的技术，思考用什么样的“新瓶”来装“旧酒”，能够让各位知友看完后能够有所收获。考虑到知友不一定是自动化专业人士，本文尝试用读研究生时写学术论文所用到的起承转合的方法，综述性的分这四个维度来展开。

起：SCADA和DCS的起源

【SCADA 和计算机技术紧密相关】

第一个SCADA系统诞生于70年代（大型机时代，Window系统诞生于1985年），是基于专用计算级和专用操作系统，例如电力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统。最早的SCADA的应用于电网和铁路的调度[1]；

随着操作系统和计算级的发展，按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术应用于SCADA系统[2]。但在90年代中期之前，今天我们常见SCADA系统中的组态软件的应用并不普及，大家逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式，对项目来说是费时费力、得不偿失的，标准功能的SCADA系统上位组态软件开始进入高速发展时期。

西门子最早可以追溯到90年代前后基于 DOS 及 Windows3.X 操作系统，开发了SCADA软件COROS；

1996年西门子和微软深度合作，基于Window系统，发布了SCADA系统软件Wincc发布V1.0版本，Wincc软件目前已经迭代了30多个版本，功能也越来越加强大。

西门子Wincc软件架构图

综上所述，SCADA系统逐渐从电网调度应用开始、发展到汽车、机械、电子等离散行业，SCADA的核心在于数据采集和监控。

【DCS系统和仪表控制技术紧密相关】

DCS又称集散控制系统，是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调设计原则的新一代仪表控制系统。

在仪表控制领域，50年代采用基于气动信号的基地式气动控制仪表系统，这个系统最好被称为PCS（过程控制）系统，1975年前后，和SCADA系统发展相似，随着计算机技术的发展，仪表控制领域开始采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器(DDC)的自控，结合阴极射线管(CRT)、数据通信技术，开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散系统，后来逐渐统一称为分散型控制系统(DCS)[3]。发展到90年代，随着现场总线的引入，基于统一通信的控制系统DCS系统架构开始完善，一直发展到今天，标准的DCS系统开始应用于更多领域[4]。

西门子DCS产品为PCS7，最早由80年代前后推出，目前大量应用于钢铁、水处理、水泥、制药等流程行业。

西门子DCS系统架构图

综上所述，DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来。因此，DCS从先天性来说较为侧重仪表的控制，DCS系统目前主要应用食品饮料、制药、石化等流程行业，DCS系统核心在控制。下图为西门子DCS和SCADA系统详细对比。

西门子DCS和SCADA对比

从发展历史的角度来看，DCS和SCADA有着高度的相似形，都是伴随着计算机的发展，采用计算机处理器采集和运算数据、利用标准通信网络传输数据、利用数据库技术分析和处理数据。不同的地方在于，两个系统最初的应用场景、应用行业，逐渐演变成了今天的SCADA（应用于离散行业，偏重数据采集与监视调度）和DCS系统（应用于流程行业，偏重于控制）。

承：SCADA和DCA的区别已经有了哪些探讨？

佰思杰[5]等从概念、系统架构、应用场合比较全面的介绍了SCADA、DCS、PLC的区别，区别如下：

SCADA、DCS、PLC区别

其中全文比较形象的介绍了三者的区别：

SCADA：（Supervisory Control And Data Acquisition）监测控制和数据采集系统，不光是控制，重点更加突出数据采集和监控处理。

DCS：（Distributed Control System）分布式控制系统，主要用在控制领域。是以微处理器为基础，采用分散控制、集中显示、分而自治、综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。

PLC：（programmable logical controller）在工业自动化和控制系统的网络体系结构中，PLC作为重要的底层控制部件，通常应用在SCADA和DCS系统中，用于实现工业设备的具体操作与工艺控制。

知友Patrick Zhang[6]在<SCADA和DCS有哪些区别>这一话题中，从电力行业的应用的角度介绍了SCADA主要用户采集监视现场的开关量，尤其在电力行业采集中压数据时面临强电磁干扰和速度快的挑战；文中提到DCS的应用特点，传感器参数变化相对较慢，电磁干扰也不大、测控程序复杂，参数和变量多等应用特点；

段崇伟[7]从技术SCADA、DCS的发展历程、技术特点、发展趋势分析了SCADA和DCS的区别，文中强调SCADA和DCS作为计算机和控制技术的结合物，二者有着相通性，但是在具体应用场合会有差别。

李小棉[8]在对比SCADA和DCS系统时，强调DCS系统在模拟量处理方面具有一定优势，发展初期主要侧重于回路调节功能。SCADA 系统的特点在于其广泛的监视范围和庞大的数据量，因此其数据库功能要求非常强大，人机界面的设计也要求非常精心，以便于工作人员及时准确的处理异常问题。

转：SCADA和DCS的最新发展；

谈最新发展，离不开现今制造业非常关注的两个关键词：“IT和OT的融合”、“工业4.0”。在第四个工业革命的浪潮中，不论是SCADA还是DCS系统都在顺应技术和市场的需求发生变化，简而言之，在传统的SCADA和DCS系统中，开始大量的运用互联网技术。笔者以西门子SCADA和DCS系统为例，来介绍两个系统的发展趋势：

【SCADA—IT和OT融合】

谈SCADA的最新发展，笔者作为一线销售，感受最明显的是SCADA系统在离散制造业被大量提及，在企业数字化、信息化发展的大背景下，让企业中、企业间的数据能够顺畅、高效的流动，进而带来生产效率、质量等提高；那么对于大量离散行业的用户，首先面临的问题就在于生产设备中的数据和IT系统中的数据怎么能够自由流动，生产现场设备的复杂性，光从技术维度来看，各种不同的通信协议，不同的控制系统，怎么能够实现数据的实时采集是一个难点。

WinCC作为西门子最经典的数据采集和监控软件，超过了传统SCADA系统的范畴，支撑了更多聚焦于生产线和车间的“透明化运营管理”功能。下图是Wincc围绕IT和OT融合的功能介绍：

西门子Wincc功能

2018年，西门子发布了最新版的Wincc 7.5版本，在功能上做了最新的调整，可以明显的看到最新版的Wincc围绕通信功能做了更新，包括针对报警和条件已增强 OPC UA 客户端。通过WinCC OPC服务器组态WinCC变量的访问权限的选项，新增了WinCC Cloud Connect功能，可以使用 MQTT 协议将 WinCC 数据发送到云系统。

围绕IT和OT融合的需求，西门子WinCC超过了 SCADA系统的范畴，开发了PM-选件，聚焦于生产线和车间的“透明化运营管理”功能，解决在生产制造环节的“数从何来”“数存何处”“数有何用”的基础问题，实现产线的“数字化”。

【DCS—Web架构】

互联网技术应用于DCS系统，以西门子最新DCS版本的产品可见一斑。西门子2019年在德国汉诺威工业展上推出过程行业首个完全基于Web的控制系统SIMATIC PCS neo，超越了传统的CS（客户端和服务器）架构，这可以说是一次大跨度的产品迭代。

相较于传统的DCS系统，采用Web架构，将会对DCS应用产生哪些便利，西门子作为工业巨头，为什么会有这样一个版本发布？笔者基于这个思考，尝试来解答这个问题。先说结论，利用Web架构，会将我们在生活中感受的互联网的便利应用于工业场景。

1、 协同办公。在客户端这一侧，采用网页（HTTP5）的方式来实现客户端访问和控制，对项目编程阶段更加有助于便捷的协同办公，编写项目，通过集中的面向对象数据管理，这种基于Web的创新可确保所有参与者始终可以直接访问一致、可靠的信息。

2、 客户端免维护。在项目运营阶段，客户端可以实现跨平台（window系统、Linux系统、安卓系统等）访问，同时实现客户端的免维护。

3、 模块化和可扩展性。SIMATIC PCS neo开放而灵活的架构集成了模块化工程组态，通过即插即用操作就可支持各种模块类型包（支持开放的 MTP标准）。基于最大化的可扩展性，从小型工艺模块到超大型工厂都可采用该软件系统的控制技术。工程组态代码具有极高的复用性，可根据不同的工厂规模灵活扩展与调整。基于IAS88和S106标准，利用CMT标准控制模块类型，可以实现了程序的标准化，提升了程序的复用性，更加助力工程的标准化。

4、 标准化通信。集成了MTP模块，可以更加便捷和现场第三方设备（要求第三方设备支持OPC-UA通信协议）连接。

下图是PCS neo产品的特性介绍：

西门子PCS neo 功能特性

合：DCS和SCADA的技术和经验的融合

笔者最后从市场需求的角度，以市场对SCADA和DCS的需求，尝试大胆的猜测SCADA和DCS系统的互相融合和借鉴的点，将从三个维度来阐述。

【可靠性】

对于DCS系统，因为其特殊的应用场合（流程行业，工艺不能中断），可靠性是DCS发展的生命，现在市场技术要保证DCS的高可靠性目前主要有三种措施：一是广泛应用高可靠性的硬件设备和生产工艺；二是广泛采用冗余技术；三是在软件设计上广泛实现系统的容错技术、故障自诊断和自动处理技术等。当今大多数集散控制系统的MTBF可达几万甚至几十万小时[4]。

在数字化大浪潮背景下，离散制造业SCADA系统同样提出了可靠性的要求（要求的来源：数字化企业要求企业信息都能够自由流动，企业的管理模式和生产模式都因此而发生改变，而SCADA作为沟通上层管理系统和底层自动化设备的中枢平台，如果一旦SCADA系统出现宕机，对生产的影响非常大）。利用DCS的技术措施应用于离散制造业的SCADA系统，将会是对SCADA的新要求。也许在未来的SCADA系统中同样会应用高可靠硬件、服务器冗余等方式。

【标准化】

DCS系统全厂采用统一的通讯协议和通讯方式，使得整个工厂的实时、准确、高效的控制。同样的，针对离散制造业SCADA应用中，遇到的挑战之一在于如何连接和底层不同设备的数据连接。在实际情况下，一个中等规模的工厂中设备上千台，涉及几百家供应商，如何能够统一协调，采用统一控制架构会遇到一些新的挑战。

以西门子某工厂SCADA应用为例，针对底层设备控制器的复杂性，提出了三个应用场景，针对一部分简单工序，可以直接将控制功能上移，由中央控制器统一控制；针对一部分复杂工序，但供应商愿意配合的，指定采用西门子PLC控制器；针对一分部复杂工序，但供应商不愿意配合的，要求供应商按照S88标准，提供标准报文结构；来实现全厂的统一控制。这样方案的好处可以实时真正有效的上传下达，底层设备能够实时接受上层软件软件的指令，上层软件能够实时采集到底层设备数据。使得离散制造业在制造层面的自动化能够尽可能接近流程行业的DCS应用。按照这种构思，也许离散制造业未来全部的控制工作将在中控室完成。

【IT和OT融合】

前文所述，SCADA系统最新发展中提到了西门子基于SCADA软件Wincc开发了PM生产管理插件，在流程行业因为它高度的自动化，生产管控对比离散行业更简单，对大型专用的生产管理软件MES需求程度不高，基于DCS系统，开发轻量级的生产管控软件，也是符合市场需求的。

最后总结一下：

SCADA系统起始于电力监控调度应用，更强调数据采集和监控，最新的发展更强调功能扩展，实现生产管控。

DCS系统起始于仪表自动化，更强调控制，最新的发展是互联网化，基于Web架构，具有更开放、更高可扩展性、模块化的特性。