前言

典型的工业控制系统包括监督控制与数据采集（SCADA）系统和集散控制系统（DCS）。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”，国内有些文献将其称为“数据采集与监视控制”。SCADA系统与用于流程工业的DCS有明显不同。一般来讲，SCADA系统特指分布式计算机测控系统，主要用于对测控点十分分散、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的，如城市排水泵站远程监控系统、城市煤气管网远程监控、电力调度自动化等。

SCADA系统的应用领域极其广泛，不同应用领域的特点和监控要求导致SCADA系统解决方案具有多样性和行业属性烙印，因此对SCADA系统的认识有所不同。但无论在哪个领域应用，用户对SCADA系统的要求都是一致的。从其名称可以看出，SCADA系统包含两个层次的基本功能：监督控制与数据采集。因此，SCADA系统除了在系统结构、功能上有相似性，在开发与调试等方面也有共性。本书正是基于此，有针对性地阐述SCADA系统的共性知识，以及近几年影响SCADA系统的新技术和规范。

本书的最早版本可以追溯到2010年1月出版的《监控与数据采集（SCADA）系统及其应用》，随后在2012年9月出版了第2版。2017年2月，在第2版的基础上进行了较大改动，重新以《工业控制系统及应用——SCADA系统篇》出版。近5年来，随着企业数字化转型的需要和工业控制软硬件的发展，以及工业互联网、大数据和人工智能技术的驱动，在SCADA系统作为工业控制基础层的地位不变的基础上，一方面与企业IT系统融合，另一方面吸收了新的技术，SCADA系统的内容更加丰富。为了使读者了解近5年来SCADA系统相关技术的发展与应用的深入，遂对《工业控制系统及应用——SCADA系统篇》第1版内容进行了大幅修改、补充与完善，出版了第2版。

《工业控制系统及应用——SCADA系统篇（第2版）》共8章，主要内容如下。

第1章是工业控制系统与SCADA系统概述。首先介绍由工业生产的不同特点而产生的工业自动化与流程工业自动化，对两者的内涵、应用和发展进行了概述。然后重点分析了SCADA系统的组成、功能、特点与发展趋势。最后对SCADA系统在电力、交通、能源等行业的应用进行了概述性介绍。

第2章是数据通信与网络技术，主要介绍SCADA系统中常用的通信技术。本章内容包括通用串行通信、现场总线与工业以太网等。对SCADA系统相关的网络体系内容进行了阐述。结合工控网络与通信应用实例，通过Wireshark抓包来对部分典型工控通信协议进行分析，以加深读者对网络体系与协议的直观理解。

第3章是工业数据采集技术与应用。本章对工业数据采集基础进行了介绍，对工业数据采集系统组成与结构、I/O接口功能与分类进行了分析。结合实例介绍了各类数据采集技术，包括基于PC的数据采集、PLC与数据采集设备串行通信协同数据采集、PLC与数据采集设备基于Modbus TCP协同数据采集、基于物联网MQTT通信的数据采集等。

第4章是SCADA系统应用软件编程与组态。本章内容主要包括下位机应用软件开发与上位机组态软件开发。介绍了SCADA系统应用软件开发的主要内容和工具软件，重点介绍SCADA系统下位机编程规范IEC61131-3，并结合实例介绍了下位机编程语言及其应用。本章概述了上位机组态软件的发展及其主要内容，对主要的上位机组态软件产品进行了分析，结合实例阐述了如何利用组态软件开发上位机人机界面及进行调试。

第5章是经典OPC与OPC UA标准及其应用。首先阐述了经典OPC标准的产生、特点、主要内容、体系结构等，结合实例介绍了OPC DA服务器的应用。然后对OPC UA标准及其主要内容进行了介绍，结合实例阐述了OPC UA标准及其应用。最后给出了基于经典OPC通信的CSTR过程工业控制系统数字化仿真的应用案例。

第6章是安全仪表系统与工业控制系统信息安全，本章除了介绍经典的功能安全，特别是安全仪表系统的内容，还重点介绍了近年来备受重视的工业控制系统信息安全，对其产生的根源、工业控制系统的脆弱性、工业控制系统安全防护等进行了详细分析。

第7章是SCADA系统设计与开发，主要介绍了SCADA系统设计的原则、步骤、内容和调试等，并介绍了SCADA系统可靠性设计。

第8章是SCADA系统应用案例分析，也是本书的重点部分。精选了污水处理、能源集控、原油长距离输送管线的SCADA系统和冶金企业电力调度自动化系统4个富有特色的案例，对案例中的关键技术进行了深入分析，以培养读者通过案例学习SCADA系统设计与开发技能。

本书编著者长期从事与工业控制系统、工业控制技术、工控信息安全相关的教学、科研与工程实践。在编写本书的过程中，除了引用编著者多年的工程实践与研究内容，还参考了不少国内外论文、期刊、书籍及互联网上的资料，受篇幅限制，无法将所有文献在参考文献中一一列出，编著者对这些资料的作者表示由衷感谢，同时声明，所参考文献的版权属于原作者。

本书由华东理工大学信息科学与工程学院王华忠编著。本书的出版获华东理工大学研究生教育基金资助，在此表示感谢。MOX（万科思）自动化、OPTO 22等公司为本书提供了技术资料，在此一并表示感谢！

为便于教学，编著者提供电子教案，读者可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）查找本书免费下载（须先注册成为会员）。

限于时间和编著者的水平，SCADA系统涉及的内容庞杂，书中难免存在不当之处，殷切希望读者提出批评建议，恳请专家、学者批评指正，也欢迎读者交流讨论，编著者的E-mail是hzwang＠ecust.edu.cn。

编著者
2023年1月