工业物联网环境下PLC与SCADA系统集成应用研究

摘要：当前，工业生产在逐步朝着数字化方向转型，工业物联网得到了广泛应用，对于工业生产的系统控制能力也提出了更高要求，通过PLC与SCADA系统的集成应用，可以有效满足工业企业的数字化转型要求。文章介绍了PLC与SCADA的概念与特点，探索了工业物联网环境下PLC与SCADA系统集成的具体应用以及相关注意事项。

关键词：工业物联网环境；PLC技术；SCADA系统；集成

引言

随着工业领域的发展，自动化技术在工业生产中得到了广泛使用，借助于自动化技术，可以使工业生产具有更高的稳定性，也大大提高了工业生产效率，其中最具代表性的就是PLC与SCADA两类，通过PLC与SCADA系统的集成，可以有效提高工业生产的可靠性和稳定性。

1 关于PLC与SCADA的简介

1.1 PLC

PLC的全称是“可编程逻辑控制器”，这不仅是代表先进技术的电子设备，也很好的将传统控制、计算能力充分融合起来，解决了传统控制的诸多弊端，通过梯形图编程为工业生产的发展和创新带来了福音。PLC适合应用在不同复杂的工业环境中，其可靠性更高，不管是PID控制、开关量处理，PLC都能做到精确执行。同时，PLC还具有高度的灵活性，能够与其他工业设备协同使用，目前，PLC已经与执行器、传感器等做到了协同使用，为工业生产提供了极大便利。

1.2 SCADA系统

SCADA系统在工业设备通信中有广泛使用，是满足智能生产、打造数字化车间的重要技术支持，具有通用性、易用性的特点，利用SCADA，能够满足数据的收集和实时处理要求，从而对整个工业生产过程进行精准监控。SCADA具有多层次的结构体系，将其用于工业生产中具有几个显著优势：首先，提高工业系统运行效率[1]。利用SCADA系统能够实现对系统运行的自动化控制，大大提高了运行效率，如果后续系统需要进行扩建，SCADA也具有标准化的接口，可以以此为基础增加新功能和新设备，大大降低了工业企业的升级成本；其次，保障生产安全。在工业生产中不可避免的会出现故障，多数情况下，工业生产事故是突发性的，如果处理不当，不仅会极大的影响生产质量，甚至会危及设备与人员的安全，诱发严重的连锁反应，利用SCADA系统，可以针对生产环节各模块节点的运行参数进行采集，如果发生异常，会发出报警，提醒技术人员进行处理，做到了故障的提前预防；最后，为事故原因分析提供辅助。在工业生产出现事故且处理完毕之后，需要及时分析原因、总结经验，利用SCADA系统，能够从数据库中调取历史数据，分析事故发生前后的系统运行情况，帮助技术人员了解事故的发生原因，从而制定相应的防范措施。

2 PLC与SCADA系统集成的价值与效果

尽管PLC和SCADA系统是独立模块，但是两者之间能够很好的得到互补，借助PLC系统可以精准控制设备运行，保证工业生产的稳定性，利用SCADA系统则能够为生产活动的优化提供有益指导，将两者协同起来，打造出了智能、数字、高效的工业自动化生产环境。SCADA系统可以直接采集PLC中的数据，同时，这一集成系统的操作性也较强，能够将PLC和SCADA紧密连接起来，方便组件的交流和响应，能够帮助管理人员从细化角度来管控生产线，也为工业生产的流程优化提供了技术支持[2]。

为了分析PLC与SCADA在工业物联网环境下的应用效果，本文以某工厂为例，在生产过程中应用了两种系统。在硬件方面，选择了西门子公司的 S7-1500系列PLC，这一PLC的数据处理稳定性较好、速度理想，传感器选择能够承受极端生产环境的温度传感器、压力传感器，与流量仪，配以高速通信网络，选择具有报警管理、可视化的SCADA软件。为了保障PLC与SCADA系统的通信质量，搭建了开放平台通信统一架构，这能够确保系统之间的无缝连接，也有效加快了数据传输质量，满足了数据的快速交换要求。同时，还引入了PID控制系统，可以收集和分析工业生产环节的各类关键参数，设置好最优设定值，并将大数据分析、机器学习应用在SCADA系统中，这样即可实时分析工业生产参数。

在投入使用之后，基于生产率和纯度作为指标进行评估，为了分析系统运行的稳定性，还针对控制精度、故障发生率和系统响应时间进行评估，结果显示，通过PLC与SCADA系统的集成，提升了13.4%的生产速度，产品纯度也有明显改善，这说明，PLC与SCADA系统的集成可以有效提高生产质量。从系统的稳定性来看，控制循环延迟被大大缩短，这也说明系统的响应速度十分理想，可以支持各类突发事件的实时处理，系统应对故障的恢复时间也得以明显改善，这说明系统具有较好的适应性和韧性。从数据丢失率来看，在以往，丢失率集中在2%左右，而通过PLC与SCADA系统的集成，将丢失率降低到0.5%，这既能够保障每项数据的精准性，还可以最大限度的减少误判问题。因此，通过PLC与SCADA系统的集成对于工业生产的改革大有裨益。

3 PLC与SCADA系统应用集成的其他注意事项

目前，网络运行环境中面临的安全威胁日益突出，在推行工业物联网的背景下，影响PLC与SCADA系统集成的一个重要因素就是安全风险问题，为了保证集成系统的可靠性和安全性，还需要从几个方面来进行优化：1）明确相关的规范。当前，我国工业控制系统的信息安全工作还存在一些漏洞，这项工作总体来看还处于初级发展阶段，现有的研究更多的是关注系统的稳定性和可靠性，安全性往往被置于次要位置。为了保障系统集成的应用质量，需要建立相应的评估制度，做好服务平台建设，重视集成系统应用的顶层设计，合理安排工作部署，为PLC与SCADA系统的集成提供良性环境；2）制定测评标准。PLC与SCADA系统的集成应用还是一项新生事物，其中也存在一些隐患问题，对此，需要推行保护政策，建立规范的测评体系，做好系统全生命周期的测试工作。每一项新技术投入在带来生产效率提升的同时也会引起一些风险，这单一依靠企业的努力还不够，还需要从政府方面发挥出主导作用，尝试建立高等级的测试平台，形成联合研究机制；3）建立调度中心防御体系。借助这一防御体系可以提高交互能力，具体来看，需要在工业企业的主机上合理布设安全防护系统，针对其中的数据资源、运行资源以及存储资源进行全程化的安全管控，避免系统运行遭到黑客入侵和病毒威胁，以为集成系统的运行提供安全保障。同时，还需要用好全局识别技术，做好安全区域的划分，利用安全设备隔离的方式来保护生产环境的安全性。另外，还需要做好日志的集中管理，通过日志管理及时检测出网络异常或者其他的高危行为，在发生异常之后能够得到及时的解决；4）持续加强技术创新。首先，进一步提高集成系统的可控性和安全性，综合应用其他的软件、硬件以及中间件，建立起自主、安全的集成系统[3]；其次，提高运行稳定性。用好威胁识别与检测技术，对于工业生产中的重点控制器建立好安全防护盾，如果发现控制器状态出现异常，就会发出警报，避免控制器出现异常；其次，还要建立完善的控制器防护系统，此类系统的时延性更低，非常适合用于工业生产中，通过两者的相辅相成为系统集成运行提供有效防护。

4 结语

PLC与SCADA系统均是工业生产研究中的热点，相较而言，PLC历史悠久，其应用也更加成熟，SCADA系统在工业生产中的应用还处于初级阶段，这一系统具有接口开放、系统复杂、支持与网络深度融合的特点，通过PLC与SCADA系统的协同，能够为工业生产提供极大的便利，具有明显优势。目前，也有越来越多的工业企业引入了这一集成系统，取得了初步成功，在下一阶段，为了确保系统运行的可靠性和稳定性，还需要从技术和管理层面持续进行更新升级，最终实现系统运行的自主可控。

参考文献：

[1]马宁.工业过程控制中的PLC与SCADA系统集成优化[J].自动化应用，2023，64（21）：54-56.

[2]宋玉标，范福林，仲川平，等.基于PLC与King SCADA风电机组自动消防系统设计[J]. 机械工程师，2023（1）：73-76，80.

[3]邓顺华，龙翰威，郑吉澍，等.基于PLC和SCADA技术的智能温室控制系统设计与实现[J].南方农业，2020，14（13）：55-58.