SCADA、DCS 与 PLC 的工业采集方案分析
在工业自动化与工业互联网的体系中，数据采集是信息流动的基础，而采集策略往往取决于底层控制系统架构。SCADA、DCS 和 PLC 是三类最常见的控制与监控技术，它们分别处于不同的层级，对应不同的数据采集模式和接口特性。
一、SCADA、DCS 与 PLC 的数据采集定位
在自动化层级中：
- PLC 位于控制层底部，最靠近现场设备，信号最原始。
- DCS 介于控制层与监控层之间，同时承担控制、数据流管理和集中式配置。
- SCADA 位于监控层，更关注采集、展示、报警、存储与分析。
因此，三者的数据采集方案与它们在控制体系的定位密切相关。
二、PLC 的工业数据采集方案
PLC 是底层控制核心，负责采集现场设备的最原始信号，如开关量、模拟量、脉冲量等。
1. 采集来源
- 传感器、仪表（4–20mA、0–10V、数字量）
- 执行器状态
- 编码器、速度传感器
- 现场总线设备（如 Profibus、CANopen）
2. 采集方式
方案一：PLC 直接采集 I/O 信号
适用于：独立设备、单机控制系统
特点：实时性高、结构简单
方案二：PLC 与分布式 I/O 通信
适用于：产线、模块化设备
通信：Profibus、Profinet、EtherCAT、Modbus TCP/RTU
方案三：PLC 通过上位系统采集（由 SCADA 或 MES 读取）
协议制造商相关：
- Siemens：S7 协议
- Mitsubishi：MC 协议
- Rockwell：EtherNet/IP
- Omron：FINS
也可通过 OPC UA 或 Modbus 实现标准化采集。
3. 工业互联网中的数据采集扩展
- 边缘计算网关直接读取 PLC 数据
- 协议转换（S7 → OPC UA 或 MQTT）
- 上传工业云平台
特点：轻量、设备层直连、适用于离散制造采集。
三、DCS 的工业数据采集方案
DCS 是过程控制行业的核心系统，其数据采集更侧重于过程变量和控制回路。
1. 采集来源
- 现场变送器（温度、压力、流量、液位等）
- 控制阀门位置
- 回路控制变量（PV、SP、MV）
- 系统报警与事件记录
- DCS 内部的计算点、软点
2. 采集方式
方案一：DCS 通过 I/O 子站采集现场信号
非常典型
I/O 类型：AI、AO、DI、DO、HART、FF（Foundation Fieldbus）
方案二：与智能仪表通信
- HART
- Profibus PA
- Foundation Fieldbus
特点：携带更多元数据（健康状态、自诊断）
方案三：与 PLC 联合采集
大规模装置中常见，如：
主工艺 → DCS 控制
辅助设备 → PLC 控制
通信方式包括：
- Modbus TCP/RTU
- OPC DA/UA
- 专用 DCS 协议（如 Yokogawa Vnet/IP）
方案四：对外数据采集（上至 SCADA 或工业互联网）
DCS 通常提供：
- OPC DA/UA 服务器
- 历史库数据接口（如 PI、Historian）
- 网关转发（MQTT/Kafka 方式逐渐流行）
DCS 的采集特点：集中性、稳定性、冗余、面向过程控制。
四、SCADA 的工业数据采集方案
SCADA 通常不负责直接采集底层现场信号，而是负责采集由 PLC 或 DCS 转发上来的过程与设备数据。
1. 采集来源
- PLC 数据点
- DCS 数据点
- 工程数据库
- RTU（远程终端单元）
- 边缘网关
- 工厂计量仪表
- 设备状态监测系统（振动、能耗、视频等）
2. 采集方式
方式一：通过工业协议采集
- OPC DA/UA
- Modbus TCP/RTU
- EtherNet/IP
- DNP3（电力系统常见）
- IEC 60870-5-104（电力）
- MQTT 或 AMQP（工业互联网体系）
方式二：通过数据采集服务器（如 IoT Gateway）
常见于大型工厂或跨区域监控。
方式三：从历史库或大数据平台采集
例如：
- PI System
- Historian
- InfluxDB
- 大数据平台（Kafka/HDFS）
SCADA 的采集特点：上层集中取数，设备多、类型广、协议复杂。
五、三类系统的采集架构差异对比
| 系统 | 采集对象 | 采集层级 | 协议与接口 | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| PLC | 传感器、仪表、执行器 | 现场控制层 | 工厂总线、厂商协议、OPC UA | 实时性最高 |
| DCS | 过程变量、控制回路 | 控制系统层 | FF、HART、PA、OPC | 强控制能力、冗余 |
| SCADA | PLC/DCS 数据、RTU | 监控层 | OPC、Modbus、MQTT、IEC104 | 跨区域、跨系统采集 |
总结：
PLC 的采集最靠近物理世界
DCS 的采集面向过程工业
SCADA 的采集面向监控与数据管理
六、综合应用场景与推荐方案
1. 离散制造行业（机加工、装配、机器人）
- 数据源：PLC
- 推荐采集方案：
PLC → OPC UA → SCADA / MES / 工业平台 - 边缘网关可加入进行协议转换与数据清洗。
2. 过程工业（化工、电力、冶金）
- 数据源：DCS + PLC 辅助系统
- 推荐采集方案：
DCS（OPC UA） → SCADA/历史库 → MES
PLC（Modbus/OPC UA） → DCS 或边缘层
重点是统一数据点表管理。
3. 大规模跨区域监控（供水、能源、油气管道）
- 数据源：RTU + PLC
- 推荐采集方案：
RTU、PLC → DNP3/IEC104 → SCADA 主站
或边缘采集使用 MQTT 框架
七、未来趋势：从 OT 到 IT 的融合式采集
工业互联网推动采集从传统封闭式架构向开放式架构发展。
趋势包括：
- OPC UA 成为统一的跨平台数据标准
- MQTT 成为云端采集主流协议
- 边缘计算承担数据清洗和标准化任务
- DCS、PLC 正逐步支持 IT 协议
- SCADA 正从本地系统向云原生架构延伸
- 控制系统数据将逐步进入数据湖、数据中台和 AI 系统
采集的目标正在从“看得见”转向“可计算”。
结语
SCADA、DCS 与 PLC 都承担着不同层级的数据采集功能：
- PLC 是信号采集起点
- DCS 是过程数据的核心枢纽
- SCADA 是跨系统的数据集成与监控平台
在构建工业互联网或数字化工厂时，合理设计采集架构、统一协议标准、确保安全和实时性，是实现数据驱动与智能制造的关键。