時(shí)間：2023-03-23 15:17:55
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關(guān)鍵詞：無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式操作系統(tǒng)選擇無線通信網(wǎng)
無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前無線通信技術(shù)和信息處理技術(shù)而發(fā)展起來的新型測(cè)控系統(tǒng)。
一般而言，現(xiàn)有的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，大都符合“控制中心—監(jiān)測(cè)站”的構(gòu)建模式?？刂浦行氖钦麄€(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的核心，負(fù)責(zé)收集各監(jiān)測(cè)站上傳的監(jiān)測(cè)信息，發(fā)送各種操作命令以控制監(jiān)測(cè)站的行業(yè)。監(jiān)測(cè)站被布放于遠(yuǎn)離控制中心的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處，負(fù)責(zé)完成信息的采集和響應(yīng)控制中心發(fā)出的控制命令?？刂浦行目捎闷胀ㄎC(jī)、工作站或工控機(jī)實(shí)現(xiàn)，軟件開發(fā)可靠基于現(xiàn)有的Windows或Unix操作系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境，采用特定的技術(shù)形式，比如單片機(jī)、DSP或者IntelX86系列的微處理器等。無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方式也很靈活，可利用現(xiàn)有的無線通信網(wǎng)，如GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)，CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等，也可單獨(dú)搭建專門的無線局域網(wǎng)。下面系統(tǒng)地討論無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)涉及到的一些核心技術(shù)，主要包括三個(gè)方面：監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)開發(fā)、無線網(wǎng)絡(luò)的組建和控制中心的軟件設(shè)計(jì)。
1監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是整個(gè)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研制開發(fā)的重點(diǎn)，監(jiān)測(cè)站對(duì)信息數(shù)據(jù)處理的能力和精度將影響整個(gè)系統(tǒng)的最終性能。在整個(gè)開發(fā)過程中，監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)是工作量最大、所需時(shí)間最長(zhǎng)的一部分。監(jiān)測(cè)站處于工作現(xiàn)場(chǎng)，只完成數(shù)據(jù)的采集、處理和控制，任務(wù)相對(duì)單一、固定，無須用詙大的臺(tái)式機(jī)來完成；考慮到節(jié)能和布放方便，監(jiān)測(cè)站多為嵌入式系統(tǒng)。根據(jù)整個(gè)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，和對(duì)數(shù)據(jù)處理與對(duì)傳感器控制能力的要求，監(jiān)測(cè)站設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度和采用的具體技術(shù)是不一樣的。
1.1基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式
采用單片機(jī)是大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的首選方案。由于在片上集成有豐富的外設(shè)，具有良好的控制能力，單片機(jī)天生就是為嵌放式系統(tǒng)度身定做的，在嵌入式市場(chǎng)上占據(jù)了最大的份額。
基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案一般適用于對(duì)數(shù)據(jù)處理要求不高，運(yùn)算量不大的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)需要，單片機(jī)可以選用較為低端的4位機(jī)或8位機(jī)，如8051等，也可選用功能較強(qiáng)的專用芯片，如MSP430FE42X系列。單片機(jī)主要用于監(jiān)測(cè)站端的系統(tǒng)控制。片外存儲(chǔ)器一般為RAM、EEPROM和Flash等存儲(chǔ)器；I/O設(shè)備一般為鍵盤、LCD等供設(shè)計(jì)調(diào)試用的人機(jī)交互接口；傳感器一般為話筒、攝像頭、揚(yáng)聲器和伺服馬達(dá)一類的設(shè)備。無線通信接口實(shí)現(xiàn)相對(duì)較為復(fù)雜。編解碼器是可取舍的，對(duì)于低速率數(shù)據(jù)一般沒有必要。根據(jù)系統(tǒng)的處理任務(wù)和信息的類別，編解碼器可選用不同的芯生，如CMX639（用于音頻）或LD9320等，也可用編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。監(jiān)測(cè)站軟件可直接通過C或匯編語言實(shí)現(xiàn)，也可在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上開發(fā)應(yīng)用軟件。對(duì)于低檔的4位或8位單片機(jī)，控制能力較低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，一般采用直接編寫控制程序的方法。對(duì)于功能較強(qiáng)大，各設(shè)備間交互復(fù)雜的系統(tǒng)而言，大多數(shù)是利用操作系統(tǒng)來進(jìn)行任務(wù)管理、設(shè)備交互，應(yīng)用軟件只是完成上層的數(shù)據(jù)處理等工作。
1.2基于DSP的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式
眾所周知，DSP的數(shù)字處理方面能力較強(qiáng)，技術(shù)已經(jīng)很成熟，能處理各種運(yùn)算的通用、專用芯片也很多。以DSP為核心設(shè)計(jì)開發(fā)的監(jiān)測(cè)站，可以完成高速率數(shù)據(jù)處理，保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)性方面的要求。
這類設(shè)計(jì)方案一般適用于數(shù)據(jù)處理運(yùn)算量比較大，實(shí)時(shí)性要求高而對(duì)控制能力要求相對(duì)較低的監(jiān)控系統(tǒng)。與以單片機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)不同的是，DSP除了作控制器以外，還可兼作數(shù)據(jù)計(jì)算、編/解碼之用。對(duì)于較復(fù)雜的編/解碼以及壓縮解壓運(yùn)算（比如對(duì)圖像視頻數(shù)據(jù)的處理等）是否仍由DSP完成，須綜合考慮。若DSP在系統(tǒng)控制和實(shí)現(xiàn)傳輸協(xié)議方面負(fù)擔(dān)太重，則這部分運(yùn)算需要由專門的處理芯片完成；若系統(tǒng)控制和傳輸協(xié)議較簡(jiǎn)單，或根本沒有到上層協(xié)議棧，則這部分復(fù)雜的運(yùn)算可由DSP完成。
1.3基于MCU+DSP的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式
顯然，這種設(shè)計(jì)方式吸取了單片機(jī)和DSP各自的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的特點(diǎn)決定其擅長(zhǎng)于控制，DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)保證較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。兩者的組合可實(shí)現(xiàn)一些相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)功能，但由于系統(tǒng)中采用了兩個(gè)處理器，其間的信息交互是設(shè)計(jì)這類監(jiān)測(cè)站時(shí)須著重考慮的問題。只有單片機(jī)和DSP之間較好地協(xié)同工作，才能充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)；否則，由于兩者間的協(xié)調(diào)而耗費(fèi)了大量資源，整體性能未必高于采用單一處理器的系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和DSP間通信協(xié)調(diào)的常用方法是采用雙口RAM。
目前，有些DSP或單片機(jī)廠家為了擴(kuò)大芯片的適用范圍，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，相互間容入了對(duì)方的特點(diǎn)，使同一芯片在數(shù)據(jù)處理和控制方面同時(shí)具有較好的性能。比如Microchip公司推出的dsPIC，使客戶能方便地將單片機(jī)的功能轉(zhuǎn)移到DSP上，目前推出的產(chǎn)品有dsPIC30FXXX系列。由于DSP和MCU兩個(gè)功能模塊在同一芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的可靠性、降低了監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)難度并節(jié)省印制板空間。這類芯片得到廣大用戶的青睞。
1.4基于MPU的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式
設(shè)計(jì)嵌入式產(chǎn)品的另一可選方案是采用基于微處理器的設(shè)計(jì)方式。與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，在該領(lǐng)域技術(shù)成熟、產(chǎn)品類型多、選擇空間大，滿足各種性能需求的處理器比較容易獲得。隨著采用RISC體系的高性能MPU（比如采用ARM構(gòu)架的處理器芯片等）的出現(xiàn)，MPU在嵌入式領(lǐng)域中的地位經(jīng)久不衰；但是，由于在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)站時(shí)，電路板上必須包括ROM、RAM、Flash、總線接口和各種外設(shè)等器件，系統(tǒng)的可靠性將有所下降，技術(shù)保密性差，實(shí)現(xiàn)難度也較大。
1.5實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)選擇和嵌入式實(shí)時(shí)軟件開發(fā)
目前已有的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）種類繁多，軟件結(jié)構(gòu)各異，可適用于復(fù)雜程度不同的各種環(huán)境，包括循環(huán)查詢系統(tǒng)、前后臺(tái)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)和多處理機(jī)系統(tǒng)等。具體實(shí)例有VxWorks、pSOS、QNX、PalmOS、WindowsCE、lynxOS和嵌入式Linux等。選擇適合監(jiān)測(cè)站乃至整個(gè)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的RTOS的重要性是不言而喻的，它可能關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)研制的成敗。選擇過程雜而又需要耐心：要了解各RTOS的特點(diǎn)和適用范圍，比較其間的區(qū)別，才能找到最為合適的一種。選擇比較時(shí)，需要考慮的因素主要有：
①RTOS能否支持在項(xiàng)目中使用的語言和微處理器；
②RTOS能否與ICE、編譯器、匯編器、連接器及源代碼調(diào)制器共同工作；
③RTOS是否支持設(shè)計(jì)中要用到的服務(wù)，如消息隊(duì)列、定時(shí)和信號(hào)量等；
④RTOS能否達(dá)到應(yīng)用產(chǎn)品的性能需求，比如實(shí)時(shí)性需求；
⑤能否獲得產(chǎn)品開發(fā)時(shí)必要的組件，比如協(xié)議棧、能信服務(wù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、Web服務(wù)等；
⑥RTOS是否能為公開出售的硬件提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；
⑦使用RTOS是否免費(fèi)；
⑧能否獲得目標(biāo)代碼；
⑨獲得的技術(shù)支持有多少；
⑩對(duì)于需要授權(quán)的RTOS，授權(quán)方式是怎樣的。
嵌入式實(shí)時(shí)軟件的開發(fā)與傳統(tǒng)軟件的開發(fā)有許多相似之處，繼承了許多傳統(tǒng)軟件的開發(fā)習(xí)慣；但由于嵌入式實(shí)時(shí)軟件的功能和運(yùn)行環(huán)境特殊，決定其與傳統(tǒng)軟件的開發(fā)有所區(qū)別。嵌入式實(shí)時(shí)軟件的開發(fā)使用交叉開發(fā)方式。所謂交叉開發(fā)是指，程序代碼的實(shí)現(xiàn)、編譯和連接的環(huán)境與對(duì)其進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行的環(huán)境不同。前者基于普通微機(jī)平臺(tái)，后者則基于嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。調(diào)試過程多是在有通信連接的宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)的配合下進(jìn)行的，開發(fā)完成后需要進(jìn)行固化和固化測(cè)試。另外，開發(fā)過程還需要相應(yīng)的開發(fā)工具，包括交叉編譯器、交叉調(diào)試器和一些仿真軟件。嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)以任務(wù)為基本執(zhí)行單元，用多個(gè)并發(fā)的任務(wù)代替通用軟件的多個(gè)模塊，并定義了應(yīng)用軟件任務(wù)間的接口。由于整個(gè)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能受RTOS和應(yīng)用軟件的影響，所以，在軟件的需求分析階段就充分考慮其實(shí)時(shí)性要求。再加之嵌入式應(yīng)用軟件對(duì)穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾等性能的要求都比較嚴(yán)格，所以嵌入式實(shí)時(shí)軟件的開發(fā)難度較大。
2無線通信的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
無線通信的設(shè)計(jì)相對(duì)于監(jiān)測(cè)站而言較簡(jiǎn)單，有許多現(xiàn)有的產(chǎn)品和通信系統(tǒng)可以利用，重點(diǎn)只是在于從多種實(shí)現(xiàn)方式中作出最優(yōu)的選擇。
常用的實(shí)現(xiàn)方式有：利用現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)（GSM/GPRS、CDMA移動(dòng)網(wǎng)等）和相應(yīng)的無線通信產(chǎn)品；通過無線收發(fā)設(shè)備，如無線Modem，無線網(wǎng)橋等專門的無線局域網(wǎng)；利用收發(fā)集成芯片在監(jiān)測(cè)站端實(shí)現(xiàn)電路板級(jí)與監(jiān)控中心的無線通信。
2.1利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)站與監(jiān)控中心的無線通信
現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)較多，按業(yè)務(wù)建網(wǎng)是3G以前通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，無線網(wǎng)絡(luò)也不例外。設(shè)計(jì)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以借用的無線網(wǎng)絡(luò)主要有：全球數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng)（GSM）、通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）、采用碼分多址（CDMA）技術(shù)的移動(dòng)網(wǎng)、蜂窩式數(shù)字分組數(shù)據(jù)（CDPD）系統(tǒng)。
GSM（GlobemSystemforMobile）是全球最主要的2G標(biāo)準(zhǔn)，能夠在低服務(wù)成本、低終端成本條件下提供較高的通信質(zhì)量。就其業(yè)務(wù)而言，GSM是一個(gè)能夠提供多種業(yè)務(wù)的移動(dòng)ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)）。
GPRS（GeneralPacketPacketRadioService）在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上增加一些硬件設(shè)備和軟件升級(jí)，形成一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體。它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提高了現(xiàn)有的GSM網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率，最高可達(dá)170kb/s。GPRS把分組交換技術(shù)引入現(xiàn)有GSM系統(tǒng)，使得移動(dòng)通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)合二為一，具有“極速傳送”、“永遠(yuǎn)在線”、“價(jià)格實(shí)惠”等特點(diǎn)。
CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）網(wǎng)絡(luò)采用擴(kuò)展頻譜技術(shù)，使用多種分集接收方式，使其具有容量大、通信質(zhì)量好、保密性高和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
CDPD（CellularDigitalData）無線移動(dòng)數(shù)據(jù)通信基于數(shù)字分組數(shù)據(jù)通信技術(shù)，以蜂窩移動(dòng)通信為組網(wǎng)形式，是數(shù)據(jù)朎與移動(dòng)通信的結(jié)合物。這種通信方式基于TCP/IP，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為開放式，提供同層網(wǎng)絡(luò)無縫連接和多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。CDPD網(wǎng)絡(luò)具有速度快、數(shù)據(jù)安全性高等特點(diǎn)，可與公用有線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，非常適合傳輸實(shí)時(shí)、突發(fā)性和在線數(shù)據(jù)。
對(duì)使監(jiān)控中心與監(jiān)測(cè)站間的無線通信能利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于特定的無線網(wǎng)需用相應(yīng)的接入設(shè)備。這類設(shè)備市面上有現(xiàn)成的產(chǎn)品可供選擇。接入GSM網(wǎng)絡(luò)的通信模塊有西門子的SIEMENSTC35i，接入GPRS可用西門子的MC35GPRS模塊，接入CDMA網(wǎng)絡(luò)的有華立H110CDMA模塊和AnyDATA公司的CDMAModem(DTS-800/1800)，遵循CDPD方式的無線調(diào)制解調(diào)器（Modem）有OmniSky和NovatelMinstrel。
利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)組建無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)連接如圖1所示。其中無線接入模塊產(chǎn)品一般都提供有RS232作為外通信接口，有些天線是內(nèi)置的。利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣和可漫游等特點(diǎn)，使監(jiān)測(cè)站和控制中心的位置不受距離的限制；但由于利用公網(wǎng)，安全性會(huì)有所降低。
2.2通過專用無線收發(fā)設(shè)備建立無線局域網(wǎng)
這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且無須向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商付費(fèi)；利用專網(wǎng)，安全性高。無線傳輸以微波作傳輸媒體，根據(jù)調(diào)制方式的不同，可分為擴(kuò)展頻譜方式和窄帶調(diào)制方式兩種。擴(kuò)展頻譜方式系統(tǒng)的抗干擾能力和安全性高，對(duì)其它電子設(shè)備的干擾小。窄帶調(diào)制方式占用頻帶少，頻帶利用率高；通常選擇專用頻段，需要申請(qǐng)；相鄰頻道間影響大，通信質(zhì)量、通信可靠性無法保障。
采用專用無線收發(fā)設(shè)備建立無線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。無線收發(fā)設(shè)備包括無線Modem和無線網(wǎng)橋等。無線Modem與監(jiān)測(cè)站和控制中心之間采用RS232通信。若采用網(wǎng)橋?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)組建設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將更為靈活，如圖3所示。其中在無線網(wǎng)兩端的有線網(wǎng)絡(luò)是可取舍的，可以是以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)等本地局域網(wǎng)。也可以城域網(wǎng)，甚至是因特網(wǎng)，但使用公網(wǎng)時(shí)須考慮安全性和費(fèi)用問題。
2.3利用收發(fā)集成芯片在監(jiān)測(cè)站端實(shí)現(xiàn)的無線通信
前兩種組網(wǎng)方式的一個(gè)特點(diǎn)是采用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和產(chǎn)品，無線通信部分不須專門開發(fā)，實(shí)現(xiàn)較為容易。但由于所購(gòu)買的產(chǎn)品均是獨(dú)立器件，使整個(gè)系統(tǒng)特別是監(jiān)測(cè)站一端結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，往往在系統(tǒng)推廣時(shí)會(huì)帶來不利，且外購(gòu)產(chǎn)品會(huì)增加系統(tǒng)的成本。若能將外購(gòu)產(chǎn)品的功能與監(jiān)測(cè)站集成在一起，在電路板級(jí)實(shí)現(xiàn)，將可以避免上述不利因素；但這會(huì)增加系統(tǒng)開發(fā)的難度，延長(zhǎng)研制周期。須權(quán)衡利弊，根據(jù)項(xiàng)目組的開發(fā)實(shí)力和系統(tǒng)生命周期作最有利的選擇。
采用此方法設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)站需要實(shí)現(xiàn)的部分只是圖1、2和3中的無線通信接口（可參看本文的網(wǎng)絡(luò)版全文）。這部分的硬件實(shí)時(shí)框圖以及處理器、存儲(chǔ)器的關(guān)系大致如圖4所示。各個(gè)子模塊都有多種芯片可供選擇，比如射頻前端可用ML2751和RTF6900，實(shí)現(xiàn)調(diào)制/解調(diào)的有ML2722，擴(kuò)頻、解擴(kuò)可用LD9002DX2和Stel-2000A等。
3控制中心的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
控制中心的設(shè)計(jì)相對(duì)于監(jiān)測(cè)站的設(shè)計(jì)開發(fā)來講較為簡(jiǎn)單，硬件設(shè)計(jì)少，除了普通微機(jī)（或工作站、工控機(jī)）外，還需要網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備（若無線通信采用自行設(shè)計(jì)的模塊實(shí)現(xiàn)，則須開發(fā)專用的無線網(wǎng)卡插入微機(jī)主板的預(yù)留總線插槽中）?？刂浦行牡脑O(shè)計(jì)開發(fā)主要集中在應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)上，一般是基于Windows和Unix等常用操作系統(tǒng)的。當(dāng)前用于此類軟件開始、調(diào)試的工具較多，且功能強(qiáng)大，給控制中心軟件的設(shè)計(jì)帶來便利。
關(guān)鍵詞:電廠安全生產(chǎn);遠(yuǎn)程監(jiān)控;自動(dòng)控制;遠(yuǎn)程監(jiān)控
中圖分類號(hào):TM764
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1009-2374(2009)19-0033-02
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展,逐漸形成了工業(yè)控制的數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化,使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)逐步從集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System,DCS)走向以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System,FCS)。FCS是集當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)為一體的當(dāng)代最先進(jìn)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)控制技術(shù),是一種全分散、全數(shù)字、全開放的控制系統(tǒng),是自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)和熱點(diǎn),被譽(yù)為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有革命性的新技術(shù)。
目前全國(guó)很多電廠都在實(shí)施生產(chǎn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制改造,采用FCS技術(shù)構(gòu)建環(huán)繞全電廠的安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是必然趨勢(shì),因此,本論文將主要針對(duì)電廠內(nèi)安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行分析,以期和同行共同討論。
一、基于CSS架構(gòu)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(一)系統(tǒng)的架構(gòu)模式選擇
按照系統(tǒng)終端情況的不同,可將該數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)模式總的分為B/S(瀏覽器/服務(wù)器)和C/S(客戶端/服務(wù)器)兩種結(jié)構(gòu)模式。B/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)以服務(wù)器為核心,程序處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基本上都在服務(wù)器端完成,用戶使用IE瀏覽器就可以進(jìn)行事務(wù)處理。C/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)以服務(wù)器作為數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)平臺(tái),用戶在終端安裝特定的程序來進(jìn)行事務(wù)處理,然后再將數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器端。
結(jié)合上述分析,本論文采用C/S/S模式結(jié)構(gòu)。C/S/S模式也叫客戶/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器結(jié)構(gòu)Client/Application Server/Database Server(C/S/S)模式,是從C/S模式發(fā)展而來的。這種模式中的三層架構(gòu)“分工”明確?？蛻舳素?fù)責(zé)程序的應(yīng)用和數(shù)據(jù)的讀取、分析等前臺(tái)操作,應(yīng)用服務(wù)器存放并運(yùn)行信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯,數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器存放并管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。由于在客戶端和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間使用了應(yīng)用服務(wù)器來處理業(yè)務(wù)邏輯,大大減輕了數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的壓力,極大地提高了系統(tǒng)的并發(fā)處理能力;另外,由于用戶的請(qǐng)求是發(fā)向應(yīng)用服務(wù)器而不是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,使得數(shù)據(jù)的安全性大大提高,數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的主要職責(zé)由應(yīng)付客戶端的數(shù)據(jù)請(qǐng)求,也為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享,故這種結(jié)構(gòu)非常適合實(shí)時(shí)響應(yīng)性、安全性、數(shù)據(jù)吞吐率等性能要求較高的系統(tǒng),同時(shí)它也繼承了C/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),目前這種方式是最可靠、最能完美體現(xiàn)電廠大范圍內(nèi)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的控制特點(diǎn)及要求。
(二)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.上位機(jī)系統(tǒng)層次分析。電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用三層C/S/S體系結(jié)構(gòu),使得用戶只需要通過客戶端即可輕松完成和實(shí)現(xiàn)豐富的信息管理等多種功能,整個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)由客戶端應(yīng)用程序、應(yīng)用程序服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器三個(gè)層次構(gòu)成,其中客戶端應(yīng)用程序主要完成對(duì)電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的信息管理及控制等操作;應(yīng)用程序服務(wù)器主要集成對(duì)全電廠安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)的控制、管理程序;數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器主要是用于存儲(chǔ)電廠安全監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),以備查用。
2.下位機(jī)系統(tǒng)層次分析。既然要實(shí)現(xiàn)全電廠安全生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控,就必須要借助網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)對(duì)底層電廠生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控,如對(duì)鍋爐設(shè)備、水輪發(fā)電機(jī)組等生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及監(jiān)控,因此對(duì)于下位機(jī)系統(tǒng)的層次構(gòu)成,主要是由傳感采集設(shè)備(即傳感器)完成對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的特征數(shù)據(jù)的采集,通過數(shù)據(jù)采集卡加載網(wǎng)絡(luò)通信模塊完成數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸,傳輸?shù)缴衔粰C(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,并由用戶通過客戶端應(yīng)用程序,通過調(diào)用應(yīng)用程序服務(wù)器中的遠(yuǎn)程管理控制程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)底層設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與監(jiān)控。
3.網(wǎng)絡(luò)傳輸層分析。根據(jù)電廠生產(chǎn)設(shè)備分布式的特點(diǎn),以及對(duì)電廠生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求,本論文采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),同時(shí)借鑒工業(yè)以太網(wǎng)的統(tǒng)一通信協(xié)議的特點(diǎn),對(duì)面向全電廠布置的分布式安全生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)布置要合理,這是在網(wǎng)絡(luò)傳輸層布置時(shí)必須遵守的。
(三)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)方式
電廠的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方式采用遠(yuǎn)程控制與現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制相結(jié)合的方式。首先要實(shí)現(xiàn)相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程控制功能,這主要依賴于對(duì)底層設(shè)備的控制數(shù)據(jù)的組態(tài)而實(shí)現(xiàn),通過上位機(jī)的客戶端程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠安全生產(chǎn)的遠(yuǎn)程控制功能;其次,是要在相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)配備手動(dòng)控制開關(guān),以滿足不同的優(yōu)先級(jí)控制需求,也有利于對(duì)相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢修、維護(hù)和系統(tǒng)改造升級(jí)等。
二、電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
(一) 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.視頻信號(hào)傳輸方式。工業(yè)電視系統(tǒng)的信號(hào)傳輸有兩種方式:電纜傳輸和光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸。這里選定光纖作為電廠遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸介質(zhì),結(jié)合目前現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的新技術(shù),依靠最先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)電視監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)傳輸。
2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電廠生產(chǎn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端攝像設(shè)備、視頻控制設(shè)備、光纖數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和視頻輸出設(shè)備等部分組成。(1)前端攝像設(shè)備。前端攝像設(shè)備即為安裝在社區(qū)內(nèi)的各個(gè)布點(diǎn)場(chǎng)所的攝像機(jī)。地面使用的攝像機(jī)由于監(jiān)控范圍較大,大部分使用的是云臺(tái)攝像機(jī),云臺(tái)是一個(gè)能進(jìn)行水平和垂直兩個(gè)方面運(yùn)動(dòng)的裝置,安裝于其上的攝像頭能夠?qū)崿F(xiàn)水平350°,垂直90°全方位攝像,因此選用彩色全方位攝像儀。(2)視頻控制設(shè)備。視頻控制設(shè)備是監(jiān)控系統(tǒng)的心臟,可以分前向設(shè)備與后向設(shè)備,前向設(shè)備主要包括視頻服務(wù)器,主要功能是實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的聯(lián)網(wǎng);后向設(shè)備主要由光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、視頻分配器、視頻矩陣控制切換系統(tǒng)、處理器、云臺(tái)控制器等組成,一般安裝在總調(diào)度室,完成視頻圖像的接收與處理,遙控云臺(tái)的全方位移動(dòng),調(diào)節(jié)鏡頭焦距的變化以及各種輸出信號(hào)的控制。(3)光纖數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備主要采用光纖進(jìn)行傳輸,同時(shí)需要為整個(gè)傳輸系統(tǒng)配備交換機(jī)及流媒體服務(wù)器等設(shè)備,實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的全數(shù)字化傳輸。采用光纖的最大優(yōu)勢(shì)就在于可以遠(yuǎn)距離而無失真的傳輸視頻數(shù)據(jù)信號(hào)。(4)視頻輸出設(shè)備。視頻輸出設(shè)備主要包括監(jiān)視器、DLP大屏幕和硬盤錄像機(jī),調(diào)度室的工作人員可以通過監(jiān)視器、DLP大屏幕對(duì)控點(diǎn)進(jìn)行24h監(jiān)控,也可通過硬盤錄像機(jī)將攝像機(jī)圖像保存下來,為電廠安全生產(chǎn)提供必要的數(shù)據(jù)信息。
(二)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議設(shè)計(jì)
通信應(yīng)用服務(wù)程序和監(jiān)控終端間的通信方式是基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的Windows Socket通信,因?yàn)檫@種通信協(xié)議是目前現(xiàn)場(chǎng)總線中最為主流和應(yīng)用最為廣泛的通信協(xié)議之一,用來傳送各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、信息和控制命令等,具體的通信協(xié)議如下:
幀組成字段的意義:
1.IP地址用來標(biāo)識(shí)發(fā)送者的網(wǎng)絡(luò)地址,用long表示。
2.類型表示通信類型,共分為2種,即:查詢和應(yīng)答,用byte表示,其中0x01表示查詢,0x02表示應(yīng)答。
3.時(shí)間指當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間,表示幀發(fā)出時(shí)的本機(jī)系統(tǒng)時(shí)間,在中心服務(wù)器發(fā)向端局監(jiān)控機(jī)的查詢幀中用于校對(duì)監(jiān)控機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間,用time_t表示,即精確到秒級(jí)。
4.數(shù)據(jù)長(zhǎng)度用來表示后跟數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)(字節(jié),不包括長(zhǎng)度本身及以前數(shù)據(jù)),用long表示。
5.數(shù)據(jù)是指具體的數(shù)據(jù),其組成及解釋隨類型不同而變化。只要在需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)備或機(jī)房?jī)?nèi)布置了采用該通信協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線,那么該生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程就可以被集成到全電廠安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的平臺(tái)上,實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與監(jiān)控。
(三)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)
接口是指通信服務(wù)器和底層的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端之間的通信接口。
通信服務(wù)器和監(jiān)控終端之間的通信接口,采用基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的Windows Socket通信方式,包括以下部分:
1.系統(tǒng)對(duì)時(shí):監(jiān)控終端定時(shí)向通信服務(wù)器查詢系統(tǒng)時(shí)間,把本機(jī)時(shí)間和通信服務(wù)器時(shí)間進(jìn)行同步。
2.查詢一個(gè)機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)。
3.查詢一個(gè)班組:當(dāng)監(jiān)控終端主機(jī)監(jiān)控一個(gè)班組時(shí),定時(shí)向通信服務(wù)器發(fā)查詢本班組所有機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)的命令。對(duì)獲得的機(jī)房數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
4.查詢所有機(jī)房:當(dāng)監(jiān)控終端主機(jī)監(jiān)控所有機(jī)房時(shí),定時(shí)向通信服務(wù)器發(fā)查詢所有機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)的命令。對(duì)獲得的機(jī)房數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
5.查詢通信狀態(tài):監(jiān)控終端主機(jī)定時(shí)發(fā)送查詢交換機(jī)當(dāng)前通信是否正常的命令。
6.接收?qǐng)?bào)警:監(jiān)控終端主機(jī)接受通信服務(wù)器發(fā)送的報(bào)警信息并進(jìn)行處理、顯示。
三、結(jié)語
電廠是我國(guó)重要的電力能源輸出基地,對(duì)于全國(guó)數(shù)千個(gè)電廠而言,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制,是提高我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化水平的重要要求,同時(shí)對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控,也是不可缺少的。本論文對(duì)電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)和討論,給出了完整的遠(yuǎn)程控制方案和遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)手段,對(duì)于提高自動(dòng)化水平和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制在電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)和推廣意義。
參考文獻(xiàn)
[1]劉桂芝.智能社區(qū)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2005,(28).
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關(guān)鍵詞：因特網(wǎng) 局域網(wǎng) 遠(yuǎn)程監(jiān)控
中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）（03）（c）-0014-02
最近幾十年，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，企業(yè)聯(lián)盟和虛擬企業(yè)也相繼出現(xiàn)，因此對(duì)自動(dòng)控制領(lǐng)域有了更深層次的要求，于是，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)這一新的技術(shù)誕生了。遠(yuǎn)程控制技術(shù)就是將Internet技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)控制結(jié)合起來的一種技術(shù)，通俗的說就是將現(xiàn)場(chǎng)采集到的信息通過因特網(wǎng)傳輸?shù)目刂浦行牡囊环N復(fù)合型技術(shù)。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的出現(xiàn)也在很大程度上解決了很多大型企業(yè)的管理和安全問題，一定程度上提高了企業(yè)的時(shí)效性。本課題是基于Internet網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，由于該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單易用、可實(shí)現(xiàn)無限互聯(lián)、易于再次擴(kuò)展、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，因此在高新開發(fā)技術(shù)中具有巨大潛能。
1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
本課題是一種把嵌入式智能體、遠(yuǎn)程監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)傳感器等相關(guān)技術(shù)集于一體的綜合管理系統(tǒng)，在工業(yè)裝備的控制和監(jiān)測(cè)中體現(xiàn)的尤為明顯。從組成結(jié)構(gòu)上主要包括監(jiān)控中心（上位機(jī)）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及現(xiàn)場(chǎng)信息采集終端（CAN節(jié)點(diǎn)）。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
監(jiān)控中心（上位機(jī)）是由VC++結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)編寫，主要功能是監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)信息通過Internet網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并進(jìn)一步根據(jù)需要對(duì)向終端發(fā)送控制指令。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器主要的作用是完成以太網(wǎng)和CAN總線之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換工作。數(shù)據(jù)采集終端，即CAN節(jié)點(diǎn)的作用是采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)將采集到的信息發(fā)送到因特網(wǎng)進(jìn)而發(fā)送到上位機(jī)，同時(shí)響應(yīng)應(yīng)來自上位機(jī)的控制指令，并完成相應(yīng)的動(dòng)作。
本系統(tǒng)的硬件組成上，主要包括：局域網(wǎng)設(shè)備、基于CAN/TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、監(jiān)控終端以及CAN節(jié)點(diǎn)。從軟件的角度本系統(tǒng)主要分為：上位機(jī)控制程序、設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)采集程序、網(wǎng)絡(luò)通信程序、數(shù)據(jù)庫(kù)程序。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
嵌入式系統(tǒng)的硬件主要包括處理器、存儲(chǔ)器和設(shè)備三部分，它具有復(fù)雜性和多樣性等特點(diǎn)。由于嵌入式開發(fā)的對(duì)象是具體的應(yīng)用，并且各個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的硬件環(huán)境也具有針對(duì)性的特點(diǎn)，所以開發(fā)嵌入式必須根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境配置、設(shè)計(jì)和調(diào)試[1]。
核心板主要包括微處理器S3C2410A、隨機(jī)存儲(chǔ)器（SDRAM）和FLASH。其中，SDRAM即為操作系統(tǒng)和運(yùn)行程序的空間，F(xiàn)LASH用來保存移植的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的代碼。板包括系統(tǒng)電源、CAN模塊、以太網(wǎng)模塊、JTAG模塊和串口。電源模塊用于輸入5 V電壓，提供3.3 V和1.8 V輸出的直流供電。CAN模塊用來收集和發(fā)送CAN總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以太網(wǎng)模塊用來連接互聯(lián)網(wǎng)和硬件系統(tǒng)，JTAG和串口用來開發(fā)、調(diào)試和后期維護(hù)嵌入式服務(wù)器電路板，這些模塊都是為了滿足后續(xù)軟件實(shí)現(xiàn)交叉編譯方式而加入的。嵌入式服務(wù)器的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本課題在設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的過程中，涉及到很多步驟，綜合起來主要有五大階段，分別為。
（1）需求分析階段。在該階段中，可以比較準(zhǔn)確、及時(shí)地了解并分析用戶的某些需求，因此它是遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)過程中最基礎(chǔ)的階段，同時(shí)也是必不可少的。
（2）總體設(shè)計(jì)階段。通過對(duì)前一階段獲取的用戶需求加以綜合、歸納與整理，形成一個(gè)與具體系統(tǒng)相獨(dú)立的總概念模型，它是整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵階段。
（3）各個(gè)部分具體實(shí)現(xiàn)階段。在該階段中，借助具體的開發(fā)語言、工具及運(yùn)行環(huán)境，并依據(jù)總體設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，同時(shí)建立各部分對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能，并對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行多次運(yùn)行和調(diào)試，直到無誤為止。
（4）系統(tǒng)集成階段。這部分的主要工作是是對(duì)各部分實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行系統(tǒng)集成和整體測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試所得結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的修改和完善，修改完畢之后再次試運(yùn)行。
（5）系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)階段。再次試運(yùn)行成功以后，即可進(jìn)行正式運(yùn)行操作，整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，很可能會(huì)出現(xiàn)一系列錯(cuò)誤或非錯(cuò)誤但不完善的問題，必須針對(duì)這些問題進(jìn)行修改和調(diào)整將其全部解決。如圖3所示。
在連接創(chuàng)建的過程中，必須與嵌入式服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，只有這樣，這兩者之間才有可能正常通信，如果兩者未建立連接關(guān)系，則通信失敗。正確連接之后，下一步的工作是獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，這樣正確設(shè)計(jì)接收模塊就顯得尤為重要，使用Socket來接收數(shù)據(jù)需要下面三個(gè)步驟：（1）監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，同意網(wǎng)絡(luò)連接申請(qǐng)（即連接）。（2）獲取用于接收數(shù)據(jù)的Socket實(shí)例以接收遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送來的控制碼等數(shù)據(jù)信息。（3）根據(jù)遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送來的控制碼，斷開網(wǎng)絡(luò)連接，并將資源進(jìn)行清除。接收數(shù)據(jù)流程圖如圖4所示。
4 結(jié)語
在課題中，把CAN總線和嵌入式因特網(wǎng)技術(shù)結(jié)合之后應(yīng)用到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，從而使得測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的全分散、全數(shù)字化得以實(shí)現(xiàn)，此外，它還解決了因特網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備的無縫連接問題。在此過程中，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)通過嵌入式服務(wù)器對(duì)CAN總線上的智能設(shè)備進(jìn)行訪問，記錄其在各個(gè)時(shí)刻的控制運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，并把所獲得的數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中以便于后續(xù)訪問和獲取。此外，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)還支持智能CAN節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)配置與重構(gòu)。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】水汽品質(zhì);監(jiān)控;網(wǎng)絡(luò);可靠性
各行各業(yè)的發(fā)展都離不開電力的支持，為了保證電廠的安全生產(chǎn)，電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)就非常必要。起初遠(yuǎn)程監(jiān)控功能用于PC用戶在離開辦公室的時(shí)候能訪問臺(tái)式PC硬盤中的信息，甚至可以通過其臺(tái)式PC訪問企業(yè)網(wǎng)絡(luò)資源。但隨著通信技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)愈來愈完善，Internet技術(shù)已經(jīng)滲透到日常生活和工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，包括工業(yè)控制方面，這使得電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能。
1.熱電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控
熱電廠實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)化工廠，由于電能尚且不能大量存儲(chǔ)，而且熱力設(shè)備眾多、熱力系統(tǒng)龐大、生產(chǎn)過程復(fù)雜。在這個(gè)過程中，應(yīng)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)在機(jī)組運(yùn)行檢測(cè)、控制和管理上的作用，控制發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備在優(yōu)良的狀態(tài)下運(yùn)行，最大限度地發(fā)揮機(jī)組設(shè)計(jì)效率。由于各局部生產(chǎn)過程之間的狀態(tài)相互影響較大，而且各主要生產(chǎn)設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性之間存在很大的差異，發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)控制，必須具備協(xié)調(diào)不同運(yùn)行設(shè)備工作的功能。
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的產(chǎn)品，是指具有數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是人們常說的SCADA系統(tǒng)。具有功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便和可靠性高等特點(diǎn)，它可以方便地用于工業(yè)裝置的生產(chǎn)控制和經(jīng)營(yíng)管理。在這個(gè)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)直接參與被監(jiān)控對(duì)象的檢測(cè)、監(jiān)督和控制。由于遠(yuǎn)程監(jiān)控的對(duì)象是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，這就要求整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該完備的考慮以下幾點(diǎn)：首先，要可靠性和容錯(cuò)性，即要求在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，能夠自動(dòng)或半自動(dòng)地（需人工干預(yù)）采取相應(yīng)的措施，保證系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。
2.系統(tǒng)功能分析與設(shè)計(jì)
水汽品質(zhì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)傳感器取得采樣值，然后經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)控制測(cè)量設(shè)備對(duì)采樣值進(jìn)行一系列的數(shù)學(xué)處理，再通過網(wǎng)絡(luò)把處理后的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)端監(jiān)控站與服務(wù)器，從而使遠(yuǎn)端監(jiān)控站和遠(yuǎn)程服務(wù)器可以對(duì)數(shù)據(jù)和狀態(tài)值進(jìn)行集中的管理。
2.1 水汽系統(tǒng)水處理流程
圖1 發(fā)電廠水處理流程
圖1是電廠水汽系統(tǒng)流程圖，補(bǔ)給水是在原水經(jīng)各種工藝處理后，補(bǔ)充因鍋爐汽水損失的水。由于給水直接進(jìn)入鍋爐，故對(duì)其水質(zhì)必須加以嚴(yán)格控制，以防止設(shè)備的結(jié)垢與腐蝕。然后進(jìn)入鍋爐，在鍋爐本體蒸發(fā)系統(tǒng)中運(yùn)行的水，則稱為爐水。給水經(jīng)省煤器提高溫度后進(jìn)入蒸發(fā)管（爐堂內(nèi)側(cè)的上升管），然后由下降管（爐堂外測(cè)）經(jīng)下聯(lián)箱進(jìn)入蒸發(fā)管。在蒸發(fā)過程中，水吸熱成為水汽混合物，又返回汽包形成循環(huán)回路，這就是鍋爐的爐水系統(tǒng)。如爐水的水質(zhì)不嚴(yán)格控制，就會(huì)導(dǎo)致水汽系統(tǒng)的結(jié)垢與腐蝕。水與汽在氣包中得到分離后，產(chǎn)生的飽和蒸汽經(jīng)過熱器轉(zhuǎn)為過熱蒸汽進(jìn)入氣輪機(jī)。整個(gè)流程是由原水經(jīng)處理后->補(bǔ)給水經(jīng)給水泵使給水進(jìn)入鍋爐后，依次經(jīng)過預(yù)熱段->蒸發(fā)段->過熱段->過熱蒸汽->汽輪機(jī)排汽經(jīng)凝汽器->凝結(jié)水->經(jīng)處理后返回給水系統(tǒng)。
2.2 功能分析
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)有兩種類型，一種是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)沒有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，而是將數(shù)據(jù)采集后直接送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理;另一種是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控并存，這里選擇采用后一種方式，即有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。水汽品質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下一些功能：
1）數(shù)據(jù)傳輸與處理功能：主要是把生產(chǎn)過程中采集的各種模擬或數(shù)字量，通過串口和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器和遠(yuǎn)程監(jiān)控站與服務(wù)器并進(jìn)行相應(yīng)處理，同時(shí)通過EXCEL表把數(shù)據(jù)顯示給用戶。
2）管理功能：管理人員能夠通過IE瀏覽器監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作記錄等。
3）存儲(chǔ)功能：對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)加以存儲(chǔ)。
4）冗余容錯(cuò)技術(shù)：使用雙網(wǎng)、雙機(jī)熱備、冗余等技術(shù)保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
5）安全與報(bào)警功能：利用己有的有效數(shù)據(jù)、圖像、報(bào)表等對(duì)工況進(jìn)行分析、故障診斷、險(xiǎn)情預(yù)測(cè)，并以聲、光、電的形式對(duì)故障和突發(fā)事件報(bào)警。
2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
完整的基于Intranet的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可劃分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層，它們相互獨(dú)立，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)交換技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，如圖2所示。
圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浞謱?/p>
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是由安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表、采集器等各種具有數(shù)據(jù)采集功能的智能設(shè)備以及其采用的總線和協(xié)議組成。與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層采用RS-485總線進(jìn)行串口傳輸，現(xiàn)場(chǎng)模塊不斷的采集現(xiàn)場(chǎng)原始數(shù)據(jù)，在它們不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)處于監(jiān)聽模式，主機(jī)對(duì)一個(gè)模塊發(fā)出一個(gè)帶地址的命令，然后等待模塊的相應(yīng)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，完成各種控制、運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警等功能，另外還包括控制組態(tài)的設(shè)計(jì)?？梢哉f現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層是整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心，由多個(gè)數(shù)據(jù)處理器子站構(gòu)成，通過控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求比較高，它要保證系統(tǒng)采樣的實(shí)時(shí)性以及系統(tǒng)對(duì)各種操作的響應(yīng)時(shí)間要求，而采用RS-485串口通信可以滿足水汽品質(zhì)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。遠(yuǎn)程監(jiān)控層以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)，通過通信對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分類管理，并通過企業(yè)管理信息系統(tǒng)（MIS）數(shù)據(jù)，這一部分的實(shí)現(xiàn)使得遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能得到延伸和完善。
3.軟件開發(fā)與可靠性研究
系統(tǒng)采用C/S與B/S編程模式相結(jié)合的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水汽品質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控，而且能夠通過瀏覽器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)查詢和共享。
3.1 程序設(shè)計(jì)
C/S模式的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能是：遠(yuǎn)端用戶可以通過客戶端應(yīng)用程序在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的工作情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè);遠(yuǎn)程用戶可以通過虛擬界面向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。監(jiān)控程序需要專門創(chuàng)建一個(gè)線程來處理串口數(shù)據(jù)，接收串口采集來的數(shù)據(jù)并予以顯示。系統(tǒng)必須對(duì)端口進(jìn)行配置，以完成串口的采集。
對(duì)于遠(yuǎn)空間距離的技術(shù)人員和廠級(jí)管理人員需要觀測(cè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的變化，可以通過以TCP/IP為核心協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)?；贐/S方式的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集層為基礎(chǔ)的，而數(shù)據(jù)采集層實(shí)際上包括了設(shè)備層和監(jiān)控層，前面已經(jīng)對(duì)設(shè)備層和監(jiān)控層進(jìn)行了設(shè)計(jì)，監(jiān)控層是實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理、顯示，對(duì)設(shè)備層的管理、控制，同時(shí)將處理過的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中，因而監(jiān)控層又是數(shù)據(jù)庫(kù)與設(shè)備層之間的橋梁。ASP技術(shù)是Browser/Server模式下編制動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的一種很理想的工具，它支持ActiveX控件和動(dòng)態(tài)HTML，能實(shí)現(xiàn)用戶的編程要求。ASP根據(jù)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)果集生成HTML語言的主頁返回給瀏覽器端。利用ASP技術(shù)實(shí)現(xiàn)Web數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。
圖3 ASP技術(shù)實(shí)現(xiàn)Web數(shù)據(jù)庫(kù)流程
整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況是：用戶通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查詢網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供的數(shù)據(jù)頁面并發(fā)出請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，并向用戶返回查詢結(jié)果。
3.2 監(jiān)控系統(tǒng)可靠性分析
熱電廠水汽品質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性從總體上考慮主要是四部分，分別是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠性、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性、硬件的可靠性及軟件的可靠性。在未采取可靠性措施前，系統(tǒng)都是串聯(lián)結(jié)構(gòu)的，即系統(tǒng)的每一個(gè)部分都相當(dāng)重要，任何一部分發(fā)生故障整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)受到牽連。所以我們必須采取一定的冗余措施，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行備份，熱電廠水汽品質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)備份可靠性框圖分別如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)備份可靠性框圖
適當(dāng)采取冗余措施，能大大提高系統(tǒng)可靠性，并且采用模塊備份能得到比系統(tǒng)備份更大的可靠性。除此之外，遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)部分采用雙機(jī)熱備份方式，從機(jī)與主機(jī)之間的監(jiān)聽采取請(qǐng)求與應(yīng)答的方式，從機(jī)以一定的時(shí)間間隔向主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求，主機(jī)應(yīng)答表示工作正常，主機(jī)如果沒有作出應(yīng)答，從機(jī)將切斷主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，立即與現(xiàn)場(chǎng)工作站進(jìn)行握手連接。
4.總結(jié)
本文論述的熱電廠水汽品質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是基于Intranet的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，它將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和控制技術(shù)結(jié)合起來，進(jìn)行了C/S（Client/Server）和B/S（Browser/Server）相結(jié)合的軟件設(shè)計(jì)，不僅實(shí)現(xiàn)了水汽品質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控，而且能夠通過瀏覽器（比如IE瀏覽器）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)查詢和共享。同時(shí)為提高系統(tǒng)的可靠性，分別對(duì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)、軟件及硬件這四個(gè)方面進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)。工作人員不必親臨現(xiàn)場(chǎng)（尤其在惡劣環(huán)境下）就可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工作情況進(jìn)行監(jiān)控，完成參數(shù)設(shè)置與調(diào)整，進(jìn)行故障恢復(fù)等，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率;通過遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，可以加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部合作，可以更合理的安排生產(chǎn)，加強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
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關(guān)鍵詞：PLC；遠(yuǎn)程監(jiān)控；故障診斷；方法
0前言
PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從其結(jié)構(gòu)和控制要求上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)工作環(huán)境、感染源種類因素分析和電源及軟件抗干擾能力的優(yōu)化，利用串行通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)前端機(jī)與PLC的串行通信強(qiáng)化了系統(tǒng)信息傳輸?shù)陌踩院途珳?zhǔn)性。近幾年隨著PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用范圍越來越廣泛，如何利用故障診斷方法強(qiáng)化PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用作用，為我國(guó)設(shè)備運(yùn)行和使用提供技術(shù)保障成為了研究的主要側(cè)重點(diǎn)，具有典型性。
1PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控
PCL遠(yuǎn)程監(jiān)控中主要是利用PLC實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程控制程序編寫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程故障診斷，完后才能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸和通訊，并且利用設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)傳感信息采集和數(shù)據(jù)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理，利用數(shù)據(jù)信號(hào)的信息分析能力完成及設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)完成故障的診斷處理[1]。PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，近幾年隨著4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸發(fā)展，PLC能夠有效的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的終端信息采集處理，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)傳輸工作的數(shù)字化和可視化處理，完成設(shè)備故障的診斷和維護(hù)[2]。PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控在工業(yè)上的應(yīng)用主要是以工業(yè)集成化、自動(dòng)化、規(guī)?；透咝Щl(fā)展為方向，完成對(duì)設(shè)備故障診斷的精確性優(yōu)化。
2PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控的特診
從特征性的角度出發(fā)對(duì)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)急性分析，其主要包含系統(tǒng)安全可靠性、系統(tǒng)智能化和實(shí)時(shí)性的特征[3]。系統(tǒng)安全可靠性特征:PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控利用龐大的有機(jī)組合體實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程故障信息的集中處理和分析，進(jìn)而提高了信息的可靠性，強(qiáng)化了設(shè)備信息系統(tǒng)的整體故障判定準(zhǔn)確性，為設(shè)備的使用和維護(hù)經(jīng)濟(jì)損失帶來了可靠性。系統(tǒng)智能化特征:PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控在設(shè)備監(jiān)控和故障診斷的過程中根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)情況，實(shí)現(xiàn)了異常和故障的智能化判定和處理，并且能夠及時(shí)的采取控制措施，以完成正常系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。實(shí)時(shí)性特征:PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控在其工作系統(tǒng)的處理和監(jiān)控上能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控連續(xù)性，始終對(duì)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)實(shí)施整體監(jiān)控，并且采用無間斷反應(yīng)傳輸?shù)姆绞綄⒈O(jiān)控的信息實(shí)時(shí)的傳遞給后臺(tái)的工作人員，進(jìn)而降低了傳統(tǒng)反饋信息傳輸?shù)难舆t性和不穩(wěn)定性缺陷，進(jìn)一步奠定了PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控在設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控中的實(shí)時(shí)性特征。
3PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控故障診斷方法分析
3.1數(shù)字模型故障診斷方法
數(shù)字模型故障診斷方法主要是利用系統(tǒng)的可測(cè)量運(yùn)行信息和數(shù)學(xué)模型先驗(yàn)知識(shí)故障信號(hào)對(duì)比進(jìn)行檢測(cè)，其屬于一種分離系統(tǒng)故障的診斷方法。數(shù)字模型故障診斷方法主要是包含兩個(gè)故障處理階段，殘差產(chǎn)生和故障決策。其中殘差產(chǎn)生主要是利用被監(jiān)控系統(tǒng)輸出和輸入信信號(hào)殘差反應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障，如果無故障則殘差一般為零。故障決策流程主要是當(dāng)殘差被檢測(cè)出存在故障，利用闕值的設(shè)定以及統(tǒng)計(jì)決策模型的似然或序貫概率比的方式?jīng)Q定故障決策方案，完成數(shù)據(jù)模型故障PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷。
3.2可測(cè)信號(hào)故障診斷方法
可測(cè)信號(hào)故障診斷主要是根據(jù)直接可測(cè)的輸入和輸出信號(hào)變化關(guān)系或變化趨勢(shì)完成故障的整體診斷?？蓽y(cè)信號(hào)故障診斷的過程中包含輸入輸出信號(hào)小波變化故障診斷以及數(shù)學(xué)形式表達(dá)故障診斷兩個(gè)流程。第一流程中PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠利用系統(tǒng)暑促胡的幅值、頻率、相位值等進(jìn)行信號(hào)與故障源之間關(guān)系判定。第二流程數(shù)學(xué)形式表達(dá)故障診斷主要是使用批分析法、概率密度法及功率譜分析法的方式對(duì)輸入和輸出信號(hào)之間的波動(dòng)差異性進(jìn)行基礎(chǔ)計(jì)算，完成可測(cè)信號(hào)故障運(yùn)行診斷。
3.3人工智能故障診斷方法
目前PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控人工智能故障診斷主要包含故障樹診斷、故障專家診斷、模糊識(shí)別診斷和模糊數(shù)學(xué)診斷四種方法。其中故障樹診斷主要是利用系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)特定時(shí)間及其子系統(tǒng)部件故障之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系圖完成故障逐層次的故障樹分析法。故障專家診斷主要是利用專家視覺、聽覺、觸覺等客觀事實(shí)對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行判定。模糊識(shí)別診斷主要是采用離線分析法和在線診斷分析法對(duì)系統(tǒng)故障表象特征向量集進(jìn)行故障模式向量函數(shù)識(shí)別。模糊數(shù)學(xué)診斷主要是利用模糊集聚類分析系統(tǒng)不同水平子集之間的關(guān)系，作為故障判定的成因向量，利用故障模糊合成法完成對(duì)故障的遠(yuǎn)程診斷和監(jiān)控。
4總結(jié)
通過本文中對(duì)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控及其故障診斷方法進(jìn)行分析，能夠看出PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用具有安全可靠性、系統(tǒng)智能化和實(shí)時(shí)性的特征。就目前我國(guó)國(guó)內(nèi)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控故障診斷方法來看，其主要包含數(shù)字模型故障診斷方法、可測(cè)信號(hào)故障診斷方法和人工智能故障診斷方法三種類型，在其故障診斷方法構(gòu)建和優(yōu)化的過程中必須充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的數(shù)據(jù)共享功能，加強(qiáng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)故障診斷信息交流的快速性和交互性，進(jìn)而為PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)完善奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊文剛.基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷方法研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2016,05(02):82-83.
[2]周律，，查亮等.基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷方法研究[J].通信電源技術(shù),2015,09(05):29-33.
關(guān)鍵詞：PLC；遠(yuǎn)程監(jiān)控；故障診斷；方法
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.204
0 前言
PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從其結(jié)構(gòu)和控制要求上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)工作環(huán)境、感染源種類因素分析和電源及軟件抗干擾能力的優(yōu)化，利用串行通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)前端機(jī)與PLC的串行通信強(qiáng)化了系統(tǒng)信息傳輸?shù)陌踩院途珳?zhǔn)性。近幾年隨著PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用范圍越來越廣泛，如何利用故障診斷方法強(qiáng)化PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用作用，為我國(guó)設(shè)備運(yùn)行和使用提供技術(shù)保障成為了研究的主要側(cè)重點(diǎn)，具有典型性。
1 PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控
PCL遠(yuǎn)程監(jiān)控中主要是利用PLC實(shí)現(xiàn)設(shè)備h程控制程序編寫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程故障診斷，完后才能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸和通訊，并且利用設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)傳感信息采集和數(shù)據(jù)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理，利用數(shù)據(jù)信號(hào)的信息分析能力完成及設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)完成故障的診斷處理[1]。
PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，近幾年隨著4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸發(fā)展，PLC能夠有效的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的終端信息采集處理，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)傳輸工作的數(shù)字化和可視化處理，完成設(shè)備故障的診斷和維護(hù)[2]。PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控在工業(yè)上的應(yīng)用主要是以工業(yè)集成化、自動(dòng)化、規(guī)?；透咝Щl(fā)展為方向，完成對(duì)設(shè)備故障診斷的精確性優(yōu)化。
2 PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控的特診
從特征性的角度出發(fā)對(duì)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)急性分析，其主要包含系統(tǒng)安全可靠性、系統(tǒng)智能化和實(shí)時(shí)性的特征[3]。
系統(tǒng)安全可靠性特征：PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控利用龐大的有機(jī)組合體實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程故障信息的集中處理和分析，進(jìn)而提高了信息的可靠性，強(qiáng)化了設(shè)備信息系統(tǒng)的整體故障判定準(zhǔn)確性，為設(shè)備的使用和維護(hù)經(jīng)濟(jì)損失帶來了可靠性。
系統(tǒng)智能化特征：PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控在設(shè)備監(jiān)控和故障診斷的過程中根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)情況，實(shí)現(xiàn)了異常和故障的智能化判定和處理，并且能夠及時(shí)的采取控制措施，以完成正常系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。
實(shí)時(shí)性特征：PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控在其工作系統(tǒng)的處理和監(jiān)控上能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控連續(xù)性，始終對(duì)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)實(shí)施整體監(jiān)控，并且采用無間斷反應(yīng)傳輸?shù)姆绞綄⒈O(jiān)控的信息實(shí)時(shí)的傳遞給后臺(tái)的工作人員，進(jìn)而降低了傳統(tǒng)反饋信息傳輸?shù)难舆t性和不穩(wěn)定性缺陷，進(jìn)一步奠定了PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控在設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控中的實(shí)時(shí)性特征。
3 PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控故障診斷方法分析
3.1 數(shù)字模型故障診斷方法
數(shù)字模型故障診斷方法主要是利用系統(tǒng)的可測(cè)量運(yùn)行信息和數(shù)學(xué)模型先驗(yàn)知識(shí)故障信號(hào)對(duì)比進(jìn)行檢測(cè)，其屬于一種分離系統(tǒng)故障的診斷方法。數(shù)字模型故障診斷方法主要是包含兩個(gè)故障處理階段，殘差產(chǎn)生和故障決策。其中殘差產(chǎn)生主要是利用被監(jiān)控系統(tǒng)輸出和輸入信信號(hào)殘差反應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障，如果無故障則殘差一般為零。故障決策流程主要是當(dāng)殘差被檢測(cè)出存在故障，利用闕值的設(shè)定以及統(tǒng)計(jì)決策模型的似然或序貫概率比的方式?jīng)Q定故障決策方案，完成數(shù)據(jù)模型故障PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷。
3.2 可測(cè)信號(hào)故障診斷方法
可測(cè)信號(hào)故障診斷主要是根據(jù)直接可測(cè)的輸入和輸出信號(hào)變化關(guān)系或變化趨勢(shì)完成故障的整體診斷。可測(cè)信號(hào)故障診斷的過程中包含輸入輸出信號(hào)小波變化故障診斷以及數(shù)學(xué)形式表達(dá)故障診斷兩個(gè)流程。第一流程中PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠利用系統(tǒng)暑促胡的幅值、頻率、相位值等進(jìn)行信號(hào)與故障源之間關(guān)系判定。第二流程數(shù)學(xué)形式表達(dá)故障診斷主要是使用批分析法、概率密度法及功率譜分析法的方式對(duì)輸入和輸出信號(hào)之間的波動(dòng)差異性進(jìn)行基礎(chǔ)計(jì)算，完成可測(cè)信號(hào)故障運(yùn)行診斷。
3.3 人工智能故障診斷方法
目前PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控人工智能故障診斷主要包含故障樹診斷、故障專家診斷、模糊識(shí)別診斷和模糊數(shù)學(xué)診斷四種方法。其中故障樹診斷主要是利用系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)特定時(shí)間及其子系統(tǒng)部件故障之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系圖完成故障逐層次的故障樹分析法。故障專家診斷主要是利用專家視覺、聽覺、觸覺等客觀事實(shí)對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行判定。模糊識(shí)別診斷主要是采用離線分析法和在線診斷分析法對(duì)系統(tǒng)故障表象特征向量集進(jìn)行故障模式向量函數(shù)識(shí)別。模糊數(shù)學(xué)診斷主要是利用模糊集聚類分析系統(tǒng)不同水平子集之間的關(guān)系，作為故障判定的成因向量，利用故障模糊合成法完成對(duì)故障的遠(yuǎn)程診斷和監(jiān)控。
4 總結(jié)
通過本文中對(duì)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控及其故障診斷方法進(jìn)行分析，能夠看出PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用具有安全可靠性、系統(tǒng)智能化和實(shí)時(shí)性的特征。就目前我國(guó)國(guó)內(nèi)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控故障診斷方法來看，其主要包含數(shù)字模型故障診斷方法、可測(cè)信號(hào)故障診斷方法和人工智能故障診斷方法三種類型，在其故障診斷方法構(gòu)建和優(yōu)化的過程中必須充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的數(shù)據(jù)共享功能，加強(qiáng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)故障診斷信息交流的快速性和交互性，進(jìn)而為PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)完善奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊文剛.基于PLC的遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷方法研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016，05（02）：82-83.
>> 基于ZigBee的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn) 基于ZigBee 的無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于Zigbee技術(shù)的無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng) 基于ZigBee的老人健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療健康監(jiān)護(hù)終端的設(shè)計(jì) 基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)研究 基于遠(yuǎn)程醫(yī)療移動(dòng)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究目的及分析 遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用研究 基于ZigBee的養(yǎng)老院醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 基于ZigBee協(xié)議的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 基于ZigBee的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 基于zigbee的心電監(jiān)護(hù)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于ZigBee的醫(yī)療呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于數(shù)據(jù)融合的家庭遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)研究 基于GPRS和ZigBee的城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn) 基于Zigbee技術(shù)的智能大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于ZigBee技術(shù)的社區(qū)家庭健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng) 基于Zigbee技術(shù)的輸液智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于ZigBee技術(shù)的老人監(jiān)護(hù)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于無線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：.
[5]Smart RF CC2420 PRELIMINARY Datasheet[S].AS Chipcon Oslo，Norway，2004.
[6]董挺挺，沙超，王汝傳.基于 CC2420 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[J].電子工程師，2007，33（4）：67-70.
[7]劉建.基于ZigBee技術(shù)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與研究.西安.西安科技大學(xué)碩士論文.西安科技大學(xué)，2011： 39.
[8]楊順，章毅，陶康.基于ZigBee和以太網(wǎng)的無線網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用.2010（19）.
基金項(xiàng)目：廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012年院級(jí)科研項(xiàng)目（【2012】KY004）。
作者簡(jiǎn)介：
