基于網(wǎng)絡(luò)的遠程測控系統(tǒng)的研究

1 引 言

隨著電子通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)逐步由集中控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。通過使用專用或者通用的計算機網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制系統(tǒng)中的點對點結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫，傳感器、控制器和執(zhí)行器等系統(tǒng)組件之間的互連，所有的硬件實時工作信息和控制器的信息以及數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可以都通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸，而系統(tǒng)的估計、測量、分析、診斷和控制等功能可以分布在不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中分布執(zhí)行。基干Internet的遠程測控系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，具有信息傳遞快捷和交互性強等特點，推動著控制技術(shù)向著網(wǎng)絡(luò)化、分布性和開放性的方向發(fā)展。

2 遠程測控系統(tǒng)方案

2.1 遠程測控系統(tǒng)構(gòu)成

本文從系統(tǒng)方便性和安全性和信息的實時性這三個方面考慮，遠程測控系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為三部分，一部分是網(wǎng)絡(luò)部分，用戶通過手機或瀏覽器訪問服務(wù)器它們之間通過Internet進行通信，第二部分是遠程工業(yè)設(shè)備與服務(wù)器的通信部分，第三部分就是服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫資料部分，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1：

圖1 系統(tǒng)工作原理

2.2 遠程測控系統(tǒng)功能特性

服務(wù)器側(cè)控系統(tǒng)以客戶端/服務(wù)器的模式組成，服務(wù)器負責(zé)和用戶的網(wǎng)絡(luò)請求及工業(yè)設(shè)備硬件的通信，同時還在服務(wù)器端開發(fā)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，供管理者查詢、分析和維護。作為客戶端的管理機可以向服務(wù)器發(fā)送請求命令，獲取正在運行的設(shè)備的各項實時參數(shù)并且可以讓服務(wù)器根據(jù)各項數(shù)據(jù)來判斷此設(shè)備是否運轉(zhuǎn)正常。而管理者還可以根據(jù)不同的目的執(zhí)行不同的操作，對干熟悉當前設(shè)備的管理者可以對數(shù)據(jù)庫進行判斷，維護和修改。

2.3 遠程測控系統(tǒng)通信方案

在服務(wù)器與設(shè)備的連接方面，擬通過串口線來完成服務(wù)器與設(shè)備之間的連接。串行口不同于并行口之處在于它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。雖然絕對速度會慢一些，但傳送距離較井行口更長，因此長距離的通信應(yīng)使用串行口。管理員進入服務(wù)器的測控系統(tǒng)軟件后可以選擇被控對象，此時服務(wù)器已經(jīng)在定期為數(shù)據(jù)庫更新各項數(shù)據(jù)的數(shù)值，人們就可以查看到數(shù)據(jù)庫中取出的該設(shè)備的各項參數(shù)值。通信服務(wù)器系統(tǒng)通過創(chuàng)建一個基于串口的輸入輸出流和遠程被控對象進行連接，連接建立后，服務(wù)器管理端程序即可分析各項數(shù)值，同時也啟動了數(shù)據(jù)接收線程以定期獲得遠程被控對象的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而可以通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)，為高效分析與控制服務(wù)提供了保障。

3 遠程測控系統(tǒng)軟件設(shè)計

遠程側(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計按照功能劃分主要有兩個部分：服務(wù)器響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)軟件設(shè)計，基于LabVIEW虛擬儀器的控制器設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)部分的核心，是服務(wù)器子系統(tǒng)。服務(wù)器端負責(zé)完成三方面功能，一是響應(yīng)用戶的網(wǎng)絡(luò)請求、數(shù)據(jù)的讀取與通信，二是數(shù)據(jù)獲取，分析與監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)時進行報警或關(guān)閉設(shè)備等處理工作，三是數(shù)據(jù)庫設(shè)計、管理與維護。被控設(shè)備上軟件方面除了對控制指令進行解碼、執(zhí)行外，主要實現(xiàn)遠程服務(wù)器端和設(shè)備以硬件之間的串口協(xié)議與控制功能。這種信息編碼是建立在雙方都可識別的基礎(chǔ)之上，雙方都向?qū)Ψ教峁┛煽康木幋a，以滿足網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的可靠性和正確性的要求。同時兩端的串口還可以設(shè)定流量，提供流量控制，雙方都提供了固定大小的發(fā)送接收緩沖區(qū)，接收方只允許發(fā)送方發(fā)送自己所能接受的數(shù)據(jù)量，防止快發(fā)慢收所可能造成的接收緩沖區(qū)溢出的故漳。

3.1 數(shù)據(jù)通信模塊

服務(wù)器在設(shè)備工作與連接成功之后，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的用戶信息判斷其此用戶是否登錄，若是則將此服務(wù)器可提供的設(shè)備列表給使用者選擇。服務(wù)器可以根據(jù)需要與設(shè)備建立連接，它可以直接讀取數(shù)據(jù)庫中的用戶、產(chǎn)品信息和設(shè)備使用和操作的歷史數(shù)據(jù)，也可以向設(shè)備發(fā)送控制查詢指令，而用戶發(fā)出的指令及設(shè)備返回的數(shù)據(jù)均通過服務(wù)器保存和轉(zhuǎn)發(fā)。遠程通信帶來的主要問題體現(xiàn)在兩方面，就是網(wǎng)絡(luò)延時和數(shù)據(jù)的有效性的問題。當網(wǎng)絡(luò)延時過長，服務(wù)器會職能判斷設(shè)備的工作情況，來根據(jù)工作情況來代替管理者傳輸測控指令，或者關(guān)閉異常的設(shè)備。為了保證數(shù)據(jù)有效性，采用了同步獲取數(shù)據(jù)的方法，去與其他進程互斥，這樣盡可能保證數(shù)據(jù)的準確性有效性!出了安令性考慮，可以考慮對服務(wù)器和家電設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信進行數(shù)據(jù)加密處理。

3.2 數(shù)據(jù)庫管理模塊

數(shù)據(jù)庫主要功能是存儲客戶端的信息，保存信息家電運行數(shù)據(jù)和操作的歷史記錄，方便技術(shù)人員對信息家電的維護工作。數(shù)據(jù)庫采用MYSQL開發(fā)服務(wù)器端免費的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。根據(jù)客戶端的類型分為兩部分，一部分面向一般人員的基本信息庫，包括技術(shù)人員的用戶名、密碼、操作權(quán)限等信息，另一部分則是面向設(shè)備管理者的設(shè)備參數(shù)及設(shè)備使用情況的信息。

3.3 局域網(wǎng)管理機軟件設(shè)計

作為一個遠程測控系統(tǒng)，服務(wù)器端應(yīng)具備提供遠程登錄、遠程數(shù)據(jù)庫操作設(shè)備的實時測量和控制等基本功能。遠程測控系統(tǒng)對于用戶來說，應(yīng)使其數(shù)據(jù)庫中紛繁的數(shù)據(jù)對干用戶來講是清晰透明的，因此良好的用戶界面是其所必需的。監(jiān)測軟件除了提供實時監(jiān)側(cè)外，及時給出報警信息也是很重要的一個方面口當檢測到有異常數(shù)據(jù)時進行實時報警。報警也可以采用分級機制，以信號燈提示、響鈴提示、強行斷電保護等方式實現(xiàn)。信息家電設(shè)備故障的斷定，主要是依賴于數(shù)據(jù)庫中存儲的參數(shù)規(guī)范表。當檢測到設(shè)備運行參數(shù)越界時，本監(jiān)測系統(tǒng)采取與設(shè)備自身歷史運行數(shù)據(jù)，和管理者設(shè)定的定限值來進行綜合比較的方式完成數(shù)據(jù)分析，然后再做出報警決斷。

4 結(jié) 語

本文擬為工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)管理者與使用者分析開發(fā)一套遠程測控系統(tǒng)，使用基于LabVIEW的虛擬儀器軟件來模擬設(shè)備硬件，通過串口協(xié)議實現(xiàn)通信。利用B/S與C/S服務(wù)模式和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，這樣設(shè)備管理人員就可以輕松通過Internet便捷的實現(xiàn)跨地域設(shè)備檢側(cè)，分析和維護，達到資源共享、數(shù)據(jù)可比和節(jié)省維護費用的目的。