前言

典型的工业控制系统包括集散控制系统（DCS）和监控与数据采集系统（SCADA）。SCADA是英文“Supervisory Control And Data Acquisition”的简称，翻译成中文就是“监督控制与数据采集”，有些文献也称为“监视控制与数据采集”。一般来讲，SCADA系统特指分布式计算机测控系统，主要用于测控点十分分散、分布范围广泛的生产过程或设备的监控，在通常情况下，测控现场是无人或少人值班，如城市排水泵站远程监控系统、城市煤气管网远程监控、电力行业调度自动化等。SCADA系统在硬件上不如DCS或FCS等系统紧凑和专用，但其系统更加开放和多样，组成更加灵活。SCADA系统在控制层面上至少具有两层结构及连接两个控制层的通信网络，这两层结构是处于测控现场的数据采集与控制终端设备（通常称为下位机——Slaver Computer）和位于中控室的集中监视、管理及远程监控计算机（上位机——Master Computer）。

由于SCADA系统的应用领域极其广泛，而不同应用领域的特点和监控要求又导致SCADA系统解决方案的多样性和行业应用特征属性，从而导致对SCADA系统的认识有所不同。但不论在哪个领域应用，用户对SCADA系统的功能要求是一致的。从其名称可以看出，它包含两个层次的基本功能：数据采集和监督控制。因而，SCADA系统在系统结构、功能、开发工具等方面是有许多共性的，本书正是针对性地介绍SCADA系统中的这些共性内容，特别是近些年来控制领域出现的一些新的技术和规范。

《工业控制系统及应用——SCADA系统篇》共有9章，各章主要内容介绍如下。

第1章是SCADA系统概述，主要介绍什么是SCADA系统，系统组成、功能、特点及其应用，对SCADA系统与DCS和PLC也进行了比较，对控制系统功能安全与信息安全做了概述性介绍。

第2章是数据通信与网络技术，主要介绍SCADA系统中常用的通信手段和技术，由于SCADA系统广泛用于测控点较为分散、测控设备分布范围广的领域，因此，实现通信的手段和技术很多，涵盖了目前主流的有线与无线通信。

第3章是I/O接口与数据采集技术，主要介绍了数据采集中有关输入/输出接口知识、SCADA系统中常用的数据采集方法与编程、基于Internet的数据采集等。

第4章是工业控制编程语言标准IEC61131-3及基于PC的控制技术，主要介绍了该标准的产生、特点、基本内容，特别是对公共元素和编程语言做了比较系统的介绍，最后还介绍了几种支持该标准的软件产品。由于基于PC的控制技术普通采用IEC61131-3标准的编程语言，因此，在本章也对这种控制技术做了介绍。

第5章是工业控制组态软件，主要介绍组态软件的产生和发展历史、组态软件的主要功能和组成、主流的组态软件产品及嵌入式组态软件技术，对采用组态软件开发SCADA系统人机界面也做了详细介绍。

第6章是工业控制数据交换标准—OPC规范，主要介绍OPC规范的产生、特点、主要内容、OPC的体系结构和OPC服务器与客户程序开发及应用，对OPC UA规范也做了介绍，最后给出了OPC规范在工控系统模拟仿真中的应用案例。

第7章是工业控制系统功能安全与信息安全，除了介绍经典的功能安全特别是安全仪表系统的内容外，还重点介绍了近年来受到极大重视的工控系统信息安全，对其产生的根源、工控系统脆弱性、工控系统安全防护技术等做了详细分析。

第8章是SCADA系统设计与开发，主要介绍SCADA系统开发的原则、步骤、控制策略与PID算法、调试与运行、可靠性设计及抗干扰措施等。

第9章是SCADA系统应用案例分析，介绍了几个富有特色的应用案例。

这9章内容中，第1章内容是SCADA系统概述，第3、4章与SCADA系统下位机关系比较紧密，而第5章与上位机关系紧密，第2、6章属于SCADA系统中的上、下位机通信内容，第7章属于SCADA系统安全相关的内容，这些内容都是属于SCADA系统开发中的关键技术。第8章是关于SCADA系统集成技术；而第9章是案例分析，综合利用了前8章的内容。除了第9章外，在第2章～第7章也都有相应的实例。

本书作者长期从事工业控制系统、工控信息安全相关的教学、科研与工程实践，结合作者在实践中的经验、体会，以及SCADA系统相关技术的发展和大量相关的技术文献，编写了本书。

本书由华东理工大学信息学院王华忠和中国信息安全测评中心陈冬青编著。作者感谢两个单位和同事的支持。感谢北京亚控科技、美国OPTO 22、研华科技、上海宝昌自动化等公司提供的技术资料。在编写过程中还参考了许多线上和线下资料，在此也向有关作者表示感谢。

为便于教学，凡采用本书作为教材的，作者免费提供电子教案，可在华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）查找本书下载。

由于时间和作者的水平所限，本书疏漏在所难免，恳请读者提出批评建议，以便进一步修订。同时欢迎大家交流讨论，作者的E-mail是hzwang@ecust.edu.cn。

编著者
2016年10月