如何基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)研究與設(shè)計(jì)？

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，Internet 已經(jīng)成為信息時(shí)代的主要信息載體，并在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)獲得了一定的應(yīng)用。

而現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)的興起，改變了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使其向著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。一方面，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)從工業(yè)設(shè)備底層向上發(fā)展，逐步擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放性和分布性;另一方面，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從互連網(wǎng) Internet 頂層向下滲透，直至和底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以通信。由此，具有遠(yuǎn)程監(jiān)視功能的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)應(yīng)用而生，它通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)(或現(xiàn)場(chǎng)總線)和 Internet 把分散于各局部現(xiàn)場(chǎng)、獨(dú)立完成特定功能的控制計(jì)算機(jī)互連起來(lái)，以達(dá)到資源共享、協(xié)同工作、遠(yuǎn)程監(jiān)視和集中管理的目的，并形成全分布式設(shè)備控制和遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)。

由此可見(jiàn)，由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)適應(yīng)了控制系統(tǒng)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化的發(fā)展趨勢(shì)，顯示了強(qiáng)大的生命力，得到了迅速發(fā)展，成為控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)。從工業(yè)控制領(lǐng)域來(lái)講，由于現(xiàn)在的工廠和生產(chǎn)在地域上越來(lái)越分散，要總攬現(xiàn)場(chǎng)控制信息和生產(chǎn)狀況，或要實(shí)現(xiàn)對(duì)分散在個(gè)工廠和生產(chǎn)線上的控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，只有通過(guò) Internet,特別是對(duì)一些大型的跨省或跨國(guó)公司，要實(shí)現(xiàn)對(duì)分散在各地的下屬公司，進(jìn)行經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)概況的數(shù)據(jù)、曲線總覽，同時(shí)監(jiān)視工廠生產(chǎn)裝備的運(yùn)行狀態(tài)，更是迫切要求控制網(wǎng)絡(luò)和 Internet 相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。所以，將控制網(wǎng)絡(luò)與 Internet 結(jié)合將成為控制領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

本文主要研究基于 Internet 對(duì)被控對(duì)象實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控的有關(guān)方法、技術(shù)和實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，遠(yuǎn)程監(jiān)控體系的具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。其中處于最高層的是用戶(hù)服務(wù)層，數(shù)據(jù)服務(wù)層，用于提供信息瀏覽、服務(wù)定位及匯總管理本層上下的數(shù)據(jù)源。處于底層的是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 自制多現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的改造

本課題組已經(jīng)自制了多現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)，底層設(shè)備主要由基于現(xiàn)場(chǎng)總線的信息監(jiān)控軟件、多協(xié)議轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場(chǎng)智能單元、Modbus 多現(xiàn)場(chǎng)總線接口可選協(xié)議轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成。

iFIX是Intellution Dynamics自動(dòng)化軟件產(chǎn)品家族中的HMI/SCADA最重要的組件，它是基于Windows NT/2000平臺(tái)上功能強(qiáng)大的自動(dòng)化監(jiān)視與控制的軟件解決方案。iFIX可以精確地監(jiān)視、控制現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程。

測(cè)控平臺(tái)中上位機(jī)監(jiān)控軟件采用 Intellution 公司的 iFIX2.26 組態(tài)軟件作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，并通過(guò) ActiveX 控件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了三維控件與自動(dòng)化軟件的無(wú)縫集成，使系統(tǒng)同時(shí)具有了二維和三維的監(jiān)控功能。現(xiàn)場(chǎng)智能單元具有液晶和鍵盤(pán)人機(jī)接口、參數(shù)設(shè)定和修改、本地/ 遠(yuǎn)程切換等功能，具有多路模擬量、數(shù)字量輸入、輸出通道，可用于如閥、泵等現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行裝置和測(cè)量流量、壓力、溫讀、液位等過(guò)程量的傳感裝置?，F(xiàn)場(chǎng)控制單元一般由遠(yuǎn)程控制接口、現(xiàn)場(chǎng)控制模塊、中心控制模塊和參數(shù)配置模塊等部分組成，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制模塊可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的本地控制，遠(yuǎn)程控制接口和現(xiàn)場(chǎng)主監(jiān)控機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作。

1.2 iFIX 與多現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互

iFIX 的最重要的功能之一就是數(shù)據(jù)采集及處理。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集主要依靠 iFIX 的掃描、報(bào)警、控制程序SAC(scan alarm control)從 DIT 驅(qū)動(dòng)程序映像(driver image table)讀數(shù)據(jù)，并送到過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)以及通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)訪問(wèn)函數(shù)或通過(guò) VBA 和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和處理。

1.3 iFIX 與遠(yuǎn)程監(jiān)控用戶(hù)之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互

基于Internet構(gòu)架的iFIX 的數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布就是利用組態(tài)軟件iFIX和Webserver 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)發(fā)布兩部分完成:①數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分是在遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)上部署數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，監(jiān)聽(tīng)上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的連接請(qǐng)求，在與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)建立連接后，遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，通過(guò) ODBC(開(kāi)放式數(shù)據(jù)互聯(lián))把數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)表;②數(shù)據(jù)發(fā)布部分完成的功能主要是部署 Web 應(yīng)用服務(wù)器，建立 Web 應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的連接，對(duì) Web 服務(wù)器進(jìn)行開(kāi)發(fā)使之具有動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的發(fā)布功能。Web 服務(wù)器通過(guò) ADO(activeX data object)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器建立連接，不斷從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器取得最新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用 ASP 編寫(xiě)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)。動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)建立綁定后，客戶(hù)端通過(guò)瀏覽器就可以監(jiān)視最新的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

2.1 應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)

用戶(hù)服務(wù)層是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的最前端，它是面向監(jiān)控者的界面，其它層次提供的服務(wù)在這里的具體應(yīng)用中得以體現(xiàn)。在遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)上，配置好 Web 服務(wù)器并完成相應(yīng)的 Web 服務(wù)器開(kāi)發(fā)。使得 Web 服務(wù)器能從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器得到最新的數(shù)據(jù)并具有發(fā)布實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的能力。

在本監(jiān)控系統(tǒng)中，首先要連接數(shù)據(jù)庫(kù)，采用 ADO 通過(guò) ODBC 進(jìn)行連接，其相關(guān)腳本程序分析如下：

① 通過(guò) ADO 建立與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，用 OPEN 命令打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò) SQL 語(yǔ)言執(zhí)行對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表的查詢(xún)，查詢(xún)結(jié)果放在結(jié)果集對(duì)象(recordsets)中，即程序中的 rs.ASP 腳本程序如下：

② 對(duì)返回的查詢(xún)結(jié)果進(jìn)行 Web 顯示，通過(guò) WHILE 循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)所有記錄的遍歷。對(duì)于每一個(gè)記錄，顯示其所有字段：

2.2 監(jiān)控參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示

參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的首要問(wèn)題是參數(shù)顯示的自動(dòng)更新，在本系統(tǒng)中采用網(wǎng)頁(yè)自動(dòng)刷新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。解決網(wǎng)頁(yè)自動(dòng)刷新的關(guān)鍵是確定刷新的地址，也可以用固定的網(wǎng)頁(yè)地址作為要執(zhí)行的網(wǎng)頁(yè)，用自動(dòng)確定刷新的網(wǎng)頁(yè)地址，通過(guò) Request 對(duì)象首先動(dòng)態(tài)得到本網(wǎng)頁(yè)的實(shí)際地址，并把地址用一個(gè)變量記錄(如 URL)，然后刷新這個(gè)地址，其腳本程序如下：[!--empirenews.page--]

2.3 網(wǎng)絡(luò)安全

對(duì)于遠(yuǎn)程控制中的網(wǎng)絡(luò)安全性問(wèn)題，可以采用如下方法來(lái)加以解決：

① 加裝防火墻，保護(hù)控制系統(tǒng)的 Web 服務(wù)器;② 采用適當(dāng)?shù)募用芊椒ǎ瑢?duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密;③ 加強(qiáng)身份確認(rèn)，防止有人盜用身份進(jìn)行控制。

2.4 系統(tǒng)構(gòu)造以后的實(shí)驗(yàn)研究與驗(yàn)證

在基于 Web 的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控中，遠(yuǎn)程用戶(hù)登陸監(jiān)控系統(tǒng)主頁(yè)后，需進(jìn)行身份認(rèn)證，只有合法的用戶(hù)方可進(jìn)入控制站主頁(yè)。在控制站主頁(yè)中，用戶(hù)可以很方便地查詢(xún)各種控制參數(shù)，實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，如可在計(jì)算機(jī)屏幕上看到壓力控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的日益提高，以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的成熟，組態(tài)軟件今后應(yīng)用的成長(zhǎng)空間還相當(dāng)廣闊，必將拓展更多的應(yīng)用領(lǐng)域。Internet是信息技術(shù)中技術(shù)最為成熟、有眾多硬件供應(yīng)商支持的信息高速通道，它把大量的局域網(wǎng)聯(lián)成了廣域網(wǎng)，將其應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中內(nèi)置Web服務(wù)器，使之具備網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能，又能與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相互滲透。采用Internet將是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。