基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的研究

1 引 言

隨著電子通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(guò)使用專用或者通用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制系統(tǒng)中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，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(shí)時(shí)工作信息和控制器的信息以及數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)可以都通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸，而系統(tǒng)的估計(jì)、測(cè)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(diǎn)中分布執(zhí)行。基干Internet的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，具有信息傳遞快捷和交互性強(qiáng)等特點(diǎn)，推動(dòng)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(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)方案

2.1 遠(yuǎn)程測(cè)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(shí)時(shí)性這三個(gè)方面考慮，遠(yuǎn)程測(cè)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(guò)手機(jī)或?yàn)g覽器訪問服務(wù)器它們之間通過(guò)Internet進(jìn)行通信，第二部分是遠(yuǎn)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(kù)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(yuǎn)程測(cè)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(fù)責(zé)和用戶的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求及工業(yè)設(shè)備硬件的通信，同時(shí)還在服務(wù)器端開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，供管理者查詢、分析和維護(hù)。作為客戶端的管理機(jī)可以向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求命令，獲取正在運(yùn)行的設(shè)備的各項(xiàng)實(shí)時(shí)參數(shù)并且可以讓服務(wù)器根據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)來(lái)判斷此設(shè)備是否運(yùn)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(duì)干熟悉當(dāng)前設(shè)備的管理者可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行判斷，維護(hù)和修改。

2.3 遠(yuǎn)程測(cè)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(guò)串口線來(lái)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(duì)速度會(huì)慢一些，但傳送距離較井行口更長(zhǎng)，因此長(zhǎng)距離的通信應(yīng)使用串行口。管理員進(jìn)入服務(wù)器的測(cè)控系統(tǒng)軟件后可以選擇被控對(duì)象，此時(shí)服務(wù)器已經(jīng)在定期為數(shù)據(jù)庫(kù)更新各項(xiàng)數(shù)據(jù)的數(shù)值，人們就可以查看到數(shù)據(jù)庫(kù)中取出的該設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)值。通信服務(wù)器系統(tǒng)通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)基于串口的輸入輸出流和遠(yuǎn)程被控對(duì)象進(jìn)行連接，連接建立后，服務(wù)器管理端程序即可分析各項(xiàng)數(shù)值，同時(shí)也啟動(dòng)了數(shù)據(jù)接收線程以定期獲得遠(yuǎn)程被控對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而可以通過(guò)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(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程側(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)按照功能劃分主要有兩個(gè)部分：服務(wù)器響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，基于LabVIEW虛擬儀器的控制器設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)部分的核心，是服務(wù)器子系統(tǒng)。服務(wù)器端負(fù)責(zé)完成三方面功能，一是響應(yīng)用戶的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)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(cè)，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行報(bào)警或關(guān)閉設(shè)備等處理工作，三是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、管理與維護(hù)。被控設(shè)備上軟件方面除了對(duì)控制指令進(jìn)行解碼、執(zhí)行外，主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)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(duì)數(shù)據(jù)的可靠性和正確性的要求。同時(shí)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(kù)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(kù)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(guò)服務(wù)器保存和轉(zhuǎn)發(fā)。遠(yuǎn)程通信帶來(lái)的主要問題體現(xiàn)在兩方面，就是網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和數(shù)據(jù)的有效性的問題。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，服務(wù)器會(huì)職能判斷設(shè)備的工作情況，來(lái)根據(jù)工作情況來(lái)代替管理者傳輸測(cè)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(jìn)程互斥，這樣盡可能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有效性!出了安令性考慮，可以考慮對(duì)服務(wù)器和家電設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)加密處理。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)主要功能是存儲(chǔ)客戶端的信息，保存信息家電運(yùn)行數(shù)據(jù)和操作的歷史記錄，方便技術(shù)人員對(duì)信息家電的維護(hù)工作。數(shù)據(jù)庫(kù)采用MYSQL開發(fā)服務(wù)器端免費(fèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)，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(jī)軟件設(shè)計(jì)

作為一個(gè)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，服務(wù)器端應(yīng)具備提供遠(yuǎn)程登錄、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)操作設(shè)備的實(shí)時(shí)測(cè)量和控制等基本功能。遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，應(yīng)使其數(shù)據(jù)庫(kù)中紛繁的數(shù)據(jù)對(duì)干用戶來(lái)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(cè)軟件除了提供實(shí)時(shí)監(jiān)側(cè)外，及時(shí)給出報(bào)警信息也是很重要的一個(gè)方面口當(dāng)檢測(cè)到有異常數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。報(bào)警也可以采用分級(jí)機(jī)制，以信號(hào)燈提示、響鈴提示、強(qiáng)行斷電保護(hù)等方式實(shí)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(kù)中存儲(chǔ)的參數(shù)規(guī)范表。當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備運(yùn)行參數(shù)越界時(shí)，本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采取與設(shè)備自身歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，和管理者設(shè)定的定限值來(lái)進(jìn)行綜合比較的方式完成數(shù)據(jù)分析，然后再做出報(bào)警決斷。

4 結(jié) 語(yǔ)

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(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，使用基于LabVIEW的虛擬儀器軟件來(lái)模擬設(shè)備硬件，通過(guò)串口協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信。利用B/S與C/S服務(wù)模式和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，這樣設(shè)備管理人員就可以輕松通過(guò)Internet便捷的實(shí)現(xiàn)跨地域設(shè)備檢側(cè)，分析和維護(hù)，達(dá)到資源共享、數(shù)據(jù)可比和節(jié)省維護(hù)費(fèi)用的目的。