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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”，也称作“数据采集与监督控制”。严格来说，SCADA的英文原意并没有监视的含义，因此，把SCADA翻译成“监视控制与数据采集”是不妥的。从SCADA的名称可以看出，SCADA系统包含两个层次的基本功能，即监督控制和数据采集。图2.32所示为某油田的大型SCADA系统结构示意图，该系统包括位于井口的现场控制层设备，如RTU和PLC、转接站监控子系统、联合站控制系统（通常采用集散控制系统）和油田中心站监控系统。从该大型SCADA系统可以看出，即使是DCS这样的大型工业控制系统，也可以是SCADA系统的现场节点。像“西气东输”这样的大型SCADA系统的站控系统还具有紧急停车系统，该紧急停车系统也是SCADA系统的一部分。
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，测控现场无人或少人值守。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，这两层设备是处于测控现场的数据采集与控制终端设备（通常称作下位机）和位于中控室的集中监视、管理与远程监控计算机（通常称作上位机）。
图2.32 某油田的大型SCADA系统结构示意图
SCADA系统是生产过程和事务管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一，它包含三个部分：第一部分是分布式的数据采集系统，即下位机；第二部分是过程监控与管理系统，即上位机；第三部分是通信网络，包括上位机网络、下位机网络，以及连接上、下位机的通信网络。典型的SCADA系统的结构如图2.33所示。
图2.33 典型的SCADA系统的结构
SCADA系统的三个组成部分的功能不同，但三者的有效集成则构成了功能强大的SCADA系统，完成对整个过程的有效监控。SCADA系统广泛采用“管理集中、控制分散”的集散控制思想，因此，即使上、下位机通信中断，现场的测控装置仍然能正常工作，确保系统的安全和可靠的运行。以下分别介绍这三个部分的组成、功能等。
一般来讲，下位机是指各种智能节点，这些节点都有自己独立的系统软件和由用户开发的应用软件。这些节点不仅能完成数据采集，还能完成对设备或过程的直接控制。智能采集设备与生产过程中的各种检测与控制设备相结合，实时感知设备的各种参数状态、各种工艺参数值，并将这些状态信号转换成数字信号，通过各种通信方式将下位机信息传递到上位机中，并且接收上位机的监控指令。典型的下位机有远程终端单元RTU、可编程控制器PLC、近年才出现的PAC和智能仪表等。
国外文献常称上位机为SCADA Server或MTU（Master Terminal Unit）。上位机通常包括SCADA服务器、工程师站、操作员站、Web服务器等，这些设备通常采用以太网联网。在实际的SCADA系统中上位机到底如何配置需根据系统规模和要求而定，最小的上位机只要有一台PC即可。根据可用性要求，上位机还可以实现冗余，即配置两台SCADA服务器，当一台出现故障时，系统自动切换到另一台工作。上位机通过网络与在测控现场的下位机通信，以各种形式如声音、图形、报表等显示给用户，从而达到监视的目的。上位机还可以接收操作人员的指令，将控制信号发送到下位机中，以达到远程控制的目的。
结构复杂的SCADA系统可能包含多个上位机，即系统除了有一个总的监控中心，还有多个分监控中心。例如，对于“西气东输”监控系统这样的大型SCADA系统而言，它包含多个地区监控中心，它们分别管理一定区域的下位机。采用这种结构的好处是系统结构更加合理、任务管理更加分散、可靠性更高。每一个监控中心通常由完成不同功能的工作站组成一个局域网，这些工作站包括如下几部分。
数据服务器—负责收集从下位机传送来的数据，并进行汇总。
网络服务器—负责监控中心的网络管理及与上一级监控中心的连接。
操作员站—在监控中心实现各种管理和控制功能，通过组态画面监测现场站点，使整个系统平稳运行，并实现工况图、统计曲线、报表等功能。操作员站通常是SCADA系统的客户端。
工程师站—对系统进行组态和维护，改变下位机的控制参数等。
通过完成不同功能的计算机与相关通信设备、软件的组合，整个上位机可以实现如下功能。
（1）数据采集和状态显示
SCADA系统的首要功能是数据采集，即首先通过下位机采集测控现场数据，然后上位机通过通信网络从众多的下位机中采集数据，并进行汇总、记录和显示。在通常情况下，下位机不具有数据记录功能，只有上位机才能完整地记录和保存各种类型的数据，为各种分析和应用打下基础。上位机通常具有非常友好的人机界面，人机界面可以以图形、图像、动画、声音等形式显示设备的状态、参数信息和报警信息等。
（2）远程监控
在SCADA系统中，上位机汇集了现场的各种测控数据，这是远程监视、控制的基础。由于上位机采集的数据具有全面性和完整性，监控中心的控制管理也具有全局性，能更好地实现整个系统的合理、优化运行。特别是对于许多常年无人值守的现场而言，远程监控是安全生产的重要保证。远程监控的实现不仅表现在管理设备的开、停及其工作方式上，如是手动还是自动，还可以通过修改下位机的控制参数来实现对下位机运行的管理和监控。
（3）报警和报警处理
在SCADA系统中，上位机的报警功能对尽早发现和排除测控现场的各种故障，保证系统的正常运行起着重要作用。上位机可以以多种形式显示发生的故障名称、等级、位置、时间和报警信息的处理或应答情况。上位机可以同时处理和显示多点同时报警，并且记录对报警的应答。
（4）事故追忆和趋势分析
上位机的运行记录数据，如报警与报警处理记录、用户管理记录、设备操作记录、重要的参数记录与过程数据的记录对分析和评价系统的运行状况是必不可少的。对预测和分析系统的故障、快速地找到事故的原因并找到恢复生产的最佳方法也是十分重要的，这也是评价一个SCADA系统功能强弱的重要指标之一。
（5）与其他应用系统结合
工业控制的发展趋势是管控一体化，也称为综合自动化，典型的系统架构是ERP/MES/PCS三级系统结构。SCADA系统属于PCS层，是综合自动化的基础和保障。这就要求SCADA系统是开放的系统，它可以为上层系统提供各种信息，也可以接收上层系统的调度、管理和优化控制指令，实现整个系统的优化运行。
通信网络实现SCADA系统的数据通信，是SCADA系统的重要组成部分。与一般的过程监控相比，通信网络在SCADA系统中扮演的角色更为重要，这主要是因为SCADA系统的监控过程大多数具有地理分散的特点，如无线通信机站系统的监控。一个大型的SCADA系统包含多种层次的网络，如设备层总线、现场总线；在控制中心有以太网；而连接上、下位机的通信形式更加多样，既有有线通信，也有无线通信，有些系统还有电台、卫星等通信形式。
目前，在许多SCADA系统应用中，采用虚拟专用网络（VPN）来解决监控中心与现场站点的通信逐渐成为主流。VPN技术是一种采用加密、认证等安全机制，在公共网络基础设施上建立安全、独占、自治的逻辑网络技术。它可以保护网络的边界安全，同时也是一种网络互联的方式。VPN通过接入服务器、路由器及VPN专用设备，采用隧道技术，以及加密、身份认证等方法，在公用的广域网上构建专用网络。在虚拟专用网络上，数据通过安全的“加密隧道”在公用的广域网上传播。例如，在大型污水处理控制系统中，中央控制室与远程泵站之间就可采用VPN。VPN可以使整个污水厂的监控系统利用公用通信网络基础设施，获得使用专用的点到点连接所带来的安全。
在电力系统中，SCADA系统的应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS）的一个主要的子系统，具有信息完整、效率高、能正确掌握系统运行状态、加快决策、帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的一部分。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度效率和水平发挥着不可替代的作用。
SCADA系统在油气采掘与远距离输送过程中占有重要的地位，该系统可以对油气采掘过程、油气输送过程进行现场直接控制、远程监控、数据同步传输与记录，监控管道沿线及各站控系统的运行状况。在油气远距离输送过程中，各站场的站控系统、阀室作为管道自动控制系统的现场控制单元，除完成对所处站场的监控任务外，还负责将有关信息传送给调度控制中心并接收和执行其下达的命令，同时将所有的数据记录储存。除此基本功能外，新型的SCADA系统具有泄漏检测、系统模拟、水击提前保护等新功能。
武广高铁采用SCADA系统建立了铁路防灾监控系统。武广高铁全长995km，有10个车站和3个数据调度中心，调度中心分别位于武昌新火车站、长沙火车站和广州南站。武广高铁全线共设置155个防灾监控单元，包括2处监控数据处理设备、2处调度监控设备。整个防灾监控系统采用贝加莱公司的SCADA产品，该系统实现了对远程无人值守站点、环境恶劣站点的监控。该系统设有109个风速监测站点、51个雨量监测站点、125个异物监测站点，可以对暴风对列车运行产生的影响，暴雨造成的潜在泥石流、路基沉陷等，以及桥梁、隧道、山体等区段出现异物进入轨道与运行区域的情况，及时进行数据采集，并将上述数据上传至调度中心，以便系统能够及时做出调整。由于该SCADA系统的可靠运行对于保障列车的运行安全和乘客的生命安全具有非常重要的作用，因此，SCADA系统在进行配置时采用了冗余设计，包括电源、机架、CPU、I/O和通信网络等。
在应用了SCADA系统后，不同的行业可以取得如下良好的社会效益和经济效益。
极大地提高了生产和运行管理的安全性和可靠程度。
生产配方管理的自动化可以大大提高产品的质量和生产的效率。
极大地减少了生产人员面临恶劣工作环境的可能性，保证了工作过程的安全性。
大大地减少了不必要的人工浪费。
通过生产过程的集中控制和管理，极大地提高了企业作为一个整体的竞争力。
系统通过对设备生产趋势的保留和处理，可以提高预测突发事件的能力、在紧急情况下的快速反应和处理能力，极大地减少生命和财产的损失，从而带来了潜在的社会效益和经济效益。
由于SCADA系统能产生巨大的社会效益和经济效益，因此它获得了广泛的应用。SCADA系统的主要应用领域如下。
楼宇自动化—开放性能良好的SCADA系统可以作为楼宇设备运行与管理子系统，监控楼宇的各种设备，如门禁、电梯运营、消防系统、照明系统、空调系统、备用电力系统等。
生产线管理—用于监控和协调生产线上各种设备正常有序的运营和产品的配方管理。
无人工作站系统—用于集中监控无人看守系统的正常运行，这种无人看守系统广泛分布在无线通信基站网，邮电通信机房空调网，电力系统配电网，铁路系统中的电力系统调度网，铁路系统中的道口、信号管理系统，坝体、隧道、桥梁、机场和码头等安全监控网，石油和天然气等各种管道监控管理系统，地铁、铁路自动收费系统，交通安全监控，城市供热、供水系统的监控和调度，环境、天文和气象等无人检测网络的管理，其他各种需要实时监控的设备。
机器人、机件臂系统—用于监视和控制机器人的生产作业。
其他系统—大型轮船生产运营系统、粮库质量和安全监测系统、设备维修系统、故障检测系统、高速公路流量监控和计费系统等。
SCADA系统和DCS的共同点表现在以下几方面。
具有相同的系统结构。从系统结构角度看，两者都属于分布式计算机测控系统，一般采用客户机/服务器模式，具有控制分散、管理集中等特点。现场控制站（或下位机）承担现场测控的任务，上位机侧重监控与管理。
通信网络在两种类型的控制系统中都起重要的作用。早期的SCADA系统和DCS都采用专有协议，目前更多的是采用国际标准或标准协议。
下位机编程软件逐步采用符合IEC 61131-3国际标准的编程语言，编程方式逐步趋同。
SCADA系统与DCS也存在不同之处，主要表现在如下几个方面。
（1）系统构建不同
DCS是产品的名称，也代表某种技术，而SCADA系统更侧重功能和集成，在市场上找不到一种公认的SCADA产品（虽然很多厂家宣称自己有类似的产品）。SCADA系统的构建更加强调集成，根据生产过程监控要求从市场上采购各种自动化产品来构造满足用户要求的系统。因此，SCADA系统的构建十分灵活，可以选择的产品和解决方案也很多。有时候我们也会把SCADA系统称为DCS，主要是因为该系统也具有控制分散、管理集中等特点。但由于SCADA系统的软硬件控制设备来自多个不同的厂家，而DCS的主体设备来自一家DCS制造商，因此，把SCADA系统称为DCS并不恰当。
（2）体系结构的完整性不同
DCS具有更加成熟和完善的体系结构，系统的可靠性等性能更有保障；而SCADA系统是用户集成的，因此，其整体性能与用户的集成水平紧密相关，通常要低于DCS。由于DCS属于控制和管理的集成解决方案，因此，DCS集成了更多的软件功能，如批量处理、先进控制、资产管理、设备和系统诊断等。此外，DCS还集成了较强的信息安全功能。这些都是普通的SCADA系统所不具备的。
（3）应用程序开发有所不同
DCS的变量不需要两次定义。由于DCS中的上位机（服务器、操作员站等）、下位机（现场控制器）软件集成度高，特别是有统一的实时数据库，因此，变量只需要定义一次，就可以在控制器回路组态中使用，在上位机人机界面等其他地方也可以使用。而在SCADA系统中一个I/O点如现场的一个电动机设备故障信号，在控制器中需要定义一次，在组态软件中还要定义一次，同时还要求两者之间进行映射（上位机中定义的地址与控制器中存储器的地址一致），否则，上位机的参数状态与控制器及现场设备的参数状态不一致。
DCS具有更多的面向模拟量控制的功能块。由于DCS主要面向模拟量较多的应用场合，因此为了便于组态，DCS的开发环境具有更多的面向过程控制的功能块。
组态语言有所不同。DCS的编程主要采用图形化的编程方式，如西门子公司的PCS7用CFC编程语言，罗克韦尔公司用功能块图等。当然，在编写顺控程序时，DCS也用SFC编程语言，这与SCADA系统中的下位机编程是一样的。
DCS控制器中的功能块与人机界面的面板通常成对出现，即在控制器中组态一个PID回路后，在人机界面组态时可以直接根据该回路名称调用一个具有完整的PID功能的人机界面面板，面板中的参数自动与控制回路中的一一对应，罗克韦尔公司的PlantPAx集散控制系统的增强型PID功能块及其控制面板如图2.34所示。而SCADA系统必须自行设计面板，设计过程较为烦琐。
DCS应用软件在组态和调试时有一个统一的环境，在该环境中，可以方便地进行硬件组态、网络组态、控制器应用软件组态和人机界面组态，并且进行相关调试。而SCADA系统功能的实现和调试相对分散。
图2.34 罗克韦尔公司的PlantPAx集散控制系统的增强型PID功能块及其控制面板
（4）应用场合不同
DCS主要用于控制精度要求高、测控点集中的流程工业，如石油、化工、冶金、建材、电站等的工业过程。而SCADA系统特指远程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守的，如移动通信基站、远距离石油输送管道的远程监控、流域水文与水情的监控、城市煤气管线的监控等。通常每个站点的I/O数量不要太多。一般来说，SCADA系统对现场设备的控制要求低于DCS对被控对象的要求。有些SCADA系统应用只要求进行远程的数据采集而没有现场控制要求。总的来说，由于历史的原因，造成了不同的控制设备各自称霸一个行业市场的局面。
DCS有工程师站、操作员站和现场控制站，而SCADA系统有上位机（包括SCADA服务器和客户机），两者在结构上差别不大。单纯的PLC是没有上位机的，其主要功能是现场控制。PLC可以作为SCADA系统的下位机设备，因此，可以把PLC看作SCADA系统的一部分。PLC也可以集成到DCS中，成为DCS的一部分。例如，在发电厂，输煤、输灰等子系统的控制器通常使用PLC，而锅炉蒸汽机部分采用DCS，PLC通过与监控系统通信来接入厂级监控系统中。从这个角度来说，PLC与DCS和SCADA系统是不具有可比性的。
系统规模不同。PLC可以用在控制点数为几个到上万个的领域，因此，其应用范围极其广泛。特别是对于小型应用系统而言，PLC占据了统治地位。而DCS或SCADA系统主要用于规模较大的过程，否则其性价比较差。此外，在顺序控制、逻辑控制与运动控制领域，PLC也广泛使用。然而，随着技术的不断发展，各种类型的控制系统相互吸收、融合其他系统的特长，DCS与PLC的功能不断增强。具体地说，DCS的逻辑控制功能在不断增强，而PLC的连续控制功能在不断增强，两者都广泛吸收了现场总线技术，因此它们的界限也在不断地模糊。
随着技术的不断进步，各种解决方案层出不穷，一个具体的工业控制问题可以有不同的解决方案。但总的来说，各种解决方案还是遵循传统的思路，即制造业的控制系统首选PLC或SCADA系统，而过程控制系统首选DCS。对于监控点十分分散的控制过程而言，大多数还是会选SCADA系统，只是根据应用的不同，下位机的选择会有所不同。当然，由于控制技术的不断融合，在实际应用中，有些控制系统的选型具有一定的灵活性。以大型的污水处理工程为例，由于它通常包括污水管网、泵站、污水处理厂等，在地域上较为分散，绝大多数检测与控制点为数字量I/O，模拟量I/O数量远远少于数字量I/O，控制要求也没有化工生产过程那么严格，因此，在大多数情况下还是选用SCADA系统，而下位机采用PLC，通信系统采用有线与无线相结合的解决方案，并利用VPN构建虚拟专用通道。