基于WEB的通信電源的遠(yuǎn)程監(jiān)控研究與實(shí)現(xiàn)

概述

隨著IT技術(shù)的發(fā)展， 帶動了各行各業(yè)， 局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互連網(wǎng)的普遍實(shí)施， 多數(shù)單位有了自己的網(wǎng)站， 各系統(tǒng)也建立了自己的網(wǎng)絡(luò)。因此， 對系統(tǒng)的可靠性要求也提高了。 

傳統(tǒng)的UPS電源往往是等到機(jī)器出現(xiàn)了故障， 不能正常供電， 才由值班人員去查找故障所在， 這樣勢必耗費(fèi)很多寶貴的時(shí)間， 而且很多場合也是不允許的。隨著微處理器CPU和監(jiān)控軟件的引入， 大大增加了UPS的自檢功能。 多數(shù)UPS都配備了自己的監(jiān)控軟件， 當(dāng)UPS故障時(shí)， 監(jiān)控軟件就可以通過面板上的液晶顯示屏， 將故障的部位或器件顯示出來， 大大節(jié)省了時(shí)間。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及， 用戶又向UPS提出了更高的要求：UPS應(yīng)具有無人值守功能， 并且不但具有自檢功能， 還應(yīng)具有聯(lián)網(wǎng)功能， 即， 不但在網(wǎng)上可以隨時(shí)觀察UPS的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)， 而且在市電或UPS故障時(shí)， 可以向服務(wù)器、 工作站等發(fā)出信息， 同時(shí)也可以打電話、 發(fā)傳真或?qū)ず舻仁侄瓮ㄖ蛋嗳藛T。反過來， 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及信息技術(shù)的發(fā)展為UPS通信電源的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控提供了可能， 而建立在WEB上的納入工廠整體信息化的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)， 才是未來發(fā)展的方向。

以數(shù)據(jù)庫為中心的監(jiān)控方案

傳統(tǒng)的監(jiān)控方法基本上都是以數(shù)據(jù)庫為中心的解決方案，其中的控制網(wǎng)絡(luò)可以是各種現(xiàn)場總線，也可以是其它工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)通過它進(jìn)行通訊，監(jiān)控機(jī)通過發(fā)射電臺對電源運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測，收集現(xiàn)場信息，經(jīng)處理后傳送給實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；Web服務(wù)器根據(jù)客戶端瀏覽器發(fā)來的HTTP請求，通過服務(wù)器擴(kuò)展模塊，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)，然后傳回給客戶端瀏覽器進(jìn)行顯示?？梢钥闯觯麄€(gè)過程都是圍繞著實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器展開的。這種方法在實(shí)際應(yīng)用中存在許多不足。例如，相對于監(jiān)測功能，控制功能的實(shí)現(xiàn)比較困難，編程上難度較大，特別是安全性方面如認(rèn)證、加密。為解決實(shí)時(shí)性問題，一般采用輪詢方式，由客戶瀏覽器定時(shí)刷新網(wǎng)頁，而這會導(dǎo)致效率低下，有些系統(tǒng)也采用事件觸發(fā)方式，利用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的觸發(fā)器功能主動推(push)數(shù)據(jù)，但它一般要求Web服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器位于同一臺機(jī)器上，不便于系統(tǒng)擴(kuò)展; 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，需處理Web服務(wù)器與監(jiān)控機(jī)的請求，工作負(fù)載很重，有可能成為系統(tǒng)性能瓶頸。這些不足之處隨著應(yīng)用模型的擴(kuò)大顯得越來越明顯，需要新的解決方案。

WEB監(jiān)控系統(tǒng)

基于Web的電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，一般可分為3個(gè)子系統(tǒng)： 即現(xiàn)場監(jiān)測與控制子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)存儲與轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)； 客戶端接收與命令發(fā)送子系統(tǒng)。現(xiàn)場子系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集各個(gè)現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)，然后傳遞給中間層子系統(tǒng)；中間層子系統(tǒng)是一個(gè)中介系統(tǒng)，由工控機(jī)、Web服務(wù)器和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成。工控機(jī)通過電臺發(fā)射信號向現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，Web服務(wù)器通過服務(wù)器擴(kuò)展技術(shù)如CGI、 ISAPI等完成與客戶子系統(tǒng)以及現(xiàn)場子系統(tǒng)的交互；客戶子系統(tǒng)是用戶直接與之交互的部分，它接收用戶的輸入，從中間層子系統(tǒng)獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)或向其發(fā)送控制命令。

現(xiàn)場信號采集模塊選用研華ADAN4017。 研華系列的數(shù)據(jù)采集模塊是一套內(nèi)置微處理器的智能傳感器對計(jì)算機(jī)接口模塊，它們可以通過一套簡單的ASCII格式的命令來控制并可以以RS485通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，它有信號濾波A/D、 D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)比較以及數(shù)字通信功能。模塊上沒有設(shè)置開關(guān)來配置參數(shù)和定標(biāo)矯正，只能接受來自主機(jī)的命令，來改變模擬量輸入范圍、熱電偶或熱電阻輸入。所有模塊的配置參數(shù)包括I/O地址、通信速率、奇偶校驗(yàn)，校驗(yàn)和高低報(bào)警均可以遠(yuǎn)程設(shè)置。另外看門狗定時(shí)器的超強(qiáng)功能可以使系統(tǒng)運(yùn)行失敗時(shí)重新啟動模塊。 

因?yàn)镽S-486網(wǎng)絡(luò)具有低噪讀傳感器方式，所以模塊可以放置在靠近噪聲源的地方利用ADAM的RS-485接收模塊，最多可以連接256個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊到一個(gè)RS-485多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)上。主機(jī)通過RS-232/RS-485轉(zhuǎn)化模塊經(jīng)串口連到485網(wǎng)絡(luò)上。

系統(tǒng)中，工控機(jī)的功能與前面描述所不同的是它不但與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行通信，而且還通過套接字Socket與應(yīng)用服務(wù)器通信，即它將采集到的數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的同時(shí)還接收來自應(yīng)用服務(wù)器發(fā)出的控制命令。當(dāng)用戶訪問系統(tǒng)時(shí)，通過瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)出HTTP請求，然后ActiveX控件隨同HTML文件下載到客戶端并由瀏覽器解釋執(zhí)行，ActiveX控件與應(yīng)用服務(wù)器建立Socket連接，用戶進(jìn)行監(jiān)控操作只要通過ActiveX控件的界面就可以進(jìn)行了。

Socket編程

應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換是數(shù)據(jù)通信的重要問題，在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用程序是通過網(wǎng)絡(luò)編程界面Socket實(shí)現(xiàn)的。 Socket通常又稱為網(wǎng)絡(luò)套接字，利用Socket進(jìn)行通信有兩種方式： 第一種是流方式，也稱為面向連接的方式。在這種方式下，每一次完整的數(shù)據(jù)傳輸都要經(jīng)過建立連接、使用連接、終止連接的過程。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，各數(shù)據(jù)分組不攜帶目的地址而且內(nèi)容相同。TCP協(xié)議采用的就是這種方式。第二種是數(shù)據(jù)報(bào)方式，又稱為無連接方式。在這種方式下，每個(gè)分組都攜帶完整的目的地址，各分組在系統(tǒng)中獨(dú)立傳送。無連接服務(wù)不能保證分組的先后順序，不進(jìn)行分組出錯(cuò)的恢復(fù)與重傳，不保證傳輸?shù)目煽啃訳DP協(xié)議提供無連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)

使用Socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計(jì)和其它客戶機(jī)/服務(wù)器模式通信應(yīng)用程序設(shè)計(jì)過程一樣，客戶機(jī)程序(進(jìn)程)發(fā)送請求給服務(wù)器(進(jìn)程)，服務(wù)器進(jìn)程對客戶機(jī)的請求作出響應(yīng)，并產(chǎn)生結(jié)果。

客戶/服務(wù)器模式在操作過程中采取的是主動請求方式，首先服務(wù)器方要先啟動，并根據(jù)請求提供相應(yīng)服務(wù)。

服務(wù)器方

1.打開一通信通道并告知本地主機(jī)，它愿意在某一公認(rèn)地址上接收客戶請求；

2. 等待客戶請求到達(dá)該端口；

3. 接收到重復(fù)服務(wù)請求，處理該請求并發(fā)送應(yīng)答信號。接收到并發(fā)服務(wù)請求，要激活一新進(jìn)程來處理這個(gè)客戶請求。新進(jìn)程處理此客戶請求，并不需要對其它請求作出應(yīng)答。服務(wù)完成后，關(guān)閉此新進(jìn)程與客戶的通信鏈路，并終止。

4. 返回第二步，等待另一客戶請求；

5.關(guān)閉服務(wù)器。

客戶方

1.打開一通信通道，并連接到服務(wù)器所在主機(jī)的特定端口；

2.向服務(wù)器發(fā)送服務(wù)請求報(bào)文，等待并接收應(yīng)答;繼續(xù)提出請求；

3.請求結(jié)束后關(guān)閉通信通道并終止。

從上面所描述過程可知：

1.客戶與服務(wù)器進(jìn)程的作用是非對稱的，因此編碼不同。

2.服務(wù)進(jìn)程一般是先于客戶請求而啟動的。只要系統(tǒng)運(yùn)行，該服務(wù)進(jìn)程一直存在，直到正?；驈?qiáng)迫終止。

微軟公司聯(lián)合其他軟硬件廠商開發(fā)了Windows下的網(wǎng)絡(luò)接口-Windows Socket，這樣開發(fā)人員就可以在Windows下方便的編寫基于圖形界面的網(wǎng)絡(luò)程序。在使用VC進(jìn)行開發(fā)時(shí)，可以利用MFC提供的CAsyncSocket類和CSocket類，它們都封裝了Windows Socket API。 CAsyncSocket類幾乎是一一對應(yīng)地封裝了Windows Socket API，該類使得我們可以使用面向?qū)ο蟮姆绞竭M(jìn)行Socket編程，而且可以非常方便地調(diào)用其它MFC對象，CSocket類則提供了一個(gè)較高級的Socket支持，它運(yùn)用了MFC的序列化類來提供和傳輸Socket對象，使用這兩個(gè)不同的類進(jìn)行開發(fā)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。在靈活性方面，CAsyncSocket類接近于直接調(diào)用Windows Socket API，靈活性較大。而CSocket類要求通信的兩個(gè)程序必須能同時(shí)識別MFC序列化協(xié)議，靈活性較小。在開發(fā)的復(fù)雜程度方面，CAsyncSocket類需要開發(fā)者處理各種數(shù)據(jù)類型，比較復(fù)雜。CSocket類則在MFC的序列化類的基礎(chǔ)上不需要開發(fā)者處理各種數(shù)據(jù)類型，所以比較簡單。最后在系統(tǒng)資源消耗方面，CAsyncSocket類不需要為每個(gè)連接建立各自的連接線程，系統(tǒng)資源消耗的少。而CSocket類則需要為每個(gè)連接建立各自的連接線程，連接數(shù)目多時(shí)系統(tǒng)資源消耗較多。

當(dāng)服務(wù)器端與客戶端建立起通信時(shí)，客戶端就可以動態(tài)地獲得服務(wù)器端傳送過來的各種信息，而它也可以發(fā)送各種控制指令給應(yīng)用服務(wù)器，使之作出相應(yīng)的處理。最后，由于監(jiān)控機(jī)上運(yùn)行的監(jiān)控軟件會以日志的方式不斷的寫入數(shù)據(jù)庫，因此，監(jiān)控人員有也可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來獲得監(jiān)控軟件的運(yùn)行狀況信息。

安全性問題

在客戶端中，可以對操作對象設(shè)置訪問權(quán)限，同時(shí)給操作者分配訪問優(yōu)先級和安全區(qū)，當(dāng)操作者的優(yōu)先級小于對象的訪問優(yōu)先級或不在對象的訪問安全區(qū)內(nèi)時(shí)，該對象為不可訪問，即要訪問一個(gè)有優(yōu)先級設(shè)置的對象，要求先具有訪問優(yōu)先級，而且操作者的操作安全區(qū)須在對象的安全區(qū)內(nèi)時(shí)，方能訪問。操作者的操作優(yōu)先級級別從0-999，每個(gè)操作者和對象的操作優(yōu)先級級別只有一個(gè)。系統(tǒng)安全區(qū)共有64個(gè)，用戶在進(jìn)行配置時(shí)，每個(gè)用戶可選擇除"無"以外的多個(gè)安全區(qū)，即一個(gè)用戶可有多個(gè)安全區(qū)權(quán)限，每個(gè)對象也可有多個(gè)安全區(qū)權(quán)限。除"無"以外的安全區(qū)名稱可由用戶按照自己的需要進(jìn)行修改，以此來保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在軟件運(yùn)行過程中，優(yōu)先級大于900的用戶還可以配置其他操作者，為他們設(shè)置用戶名、口令、訪問優(yōu)先級和安全區(qū)。只要用戶定義了一記錄報(bào)警和事件文件，在運(yùn)行時(shí)，用戶的登錄、注銷和對變量的操作等事件都記錄在報(bào)警事件文件中。

結(jié)論 

現(xiàn)實(shí)生活中的一切電子設(shè)備離開了電源就無從談?wù)９ぷ?，尤其在信息化高速發(fā)展的今天， 停電所帶來的經(jīng)濟(jì)損失是無法估量的。因此，研究如何提供穩(wěn)定可靠的電源， 是很有經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義的。