基于網絡的遠程測控系統(tǒng)的研究

1 引 言

隨著電子通信技術和計算機網絡技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的結構逐步由集中控制系統(tǒng)轉向以網絡技術為核心的網絡控制系統(tǒng)。通過使用專用或者通用的計算機網絡代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制系統(tǒng)中的點對點結構，實現數據庫，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據庫的數據可以都通過計算機網絡傳輸，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絡節(jié)點中分布執(zhí)行。基干Internet的遠程測控系統(tǒng)實現了數據共享，具有信息傳遞快捷和交互性強等特點，推動著控制技術向著網絡化、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)從結構上分為三部分，一部分是網絡部分，用戶通過手機或瀏覽器訪問服務器它們之間通過Internet進行通信，第二部分是遠程工業(yè)設備與服務器的通信部分，第三部分就是服務器以及數據庫資料部分，其系統(tǒng)結構示意圖見圖1：

圖1 系統(tǒng)工作原理

2.2 遠程測控系統(tǒng)功能特性

服務器側控系統(tǒng)以客戶端/服務器的模式組成，服務器負責和用戶的網絡請求及工業(yè)設備硬件的通信，同時還在服務器端開發(fā)數據庫系統(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器發(fā)送請求命令，獲取正在運行的設備的各項實時參數并且可以讓服務器根據各項數據來判斷此設備是否運轉正常。而管理者還可以根據不同的目的執(zhí)行不同的操作，對干熟悉當前設備的管理者可以對數據庫進行判斷，維護和修改。

2.3 遠程測控系統(tǒng)通信方案

在服務器與設備的連接方面，擬通過串口線來完成服務器與設備之間的連接。串行口不同于并行口之處在于它的數據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使用串行口。管理員進入服務器的測控系統(tǒng)軟件后可以選擇被控對象，此時服務器已經在定期為數據庫更新各項數據的數值，人們就可以查看到數據庫中取出的該設備的各項參數值。通信服務器系統(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，服務器管理端程序即可分析各項數值，同時也啟動了數據接收線程以定期獲得遠程被控對象的相關數據，從而可以通過網絡構成閉環(huán)，為高效分析與控制服務提供了保障。

3 遠程測控系統(tǒng)軟件設計

遠程側控系統(tǒng)軟件設計按照功能劃分主要有兩個部分：服務器響應網絡的相關軟件設計，基于LabVIEW虛擬儀器的控制器設計。網絡部分的核心，是服務器子系統(tǒng)。服務器端負責完成三方面功能，一是響應用戶的網絡請求、數據的讀取與通信，二是數據獲取，分析與監(jiān)測，發(fā)現異常數據出現時進行報警或關閉設備等處理工作，三是數據庫設計、管理與維護。被控設備上軟件方面除了對控制指令進行解碼、執(zhí)行外，主要實現遠程服務器端和設備以硬件之間的串口協議與控制功能。這種信息編碼是建立在雙方都可識別的基礎之上，雙方都向對方提供可靠的編碼，以滿足網絡控制系統(tǒng)對數據的可靠性和正確性的要求。同時兩端的串口還可以設定流量，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據量，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 數據通信模塊

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

3.2 數據庫管理模塊

數據庫主要功能是存儲客戶端的信息，保存信息家電運行數據和操作的歷史記錄，方便技術人員對信息家電的維護工作。數據庫采用MYSQL開發(fā)服務器端免費的數據庫管理系統(tǒng)。根據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，包括技術人員的用戶名、密碼、操作權限等信息，另一部分則是面向設備管理者的設備參數及設備使用情況的信息。

3.3 局域網管理機軟件設計

作為一個遠程測控系統(tǒng)，服務器端應具備提供遠程登錄、遠程數據庫操作設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，應使其數據庫中紛繁的數據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據時進行實時報警。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。信息家電設備故障的斷定，主要是依賴于數據庫中存儲的參數規(guī)范表。當檢測到設備運行參數越界時，本監(jiān)測系統(tǒng)采取與設備自身歷史運行數據，和管理者設定的定限值來進行綜合比較的方式完成數據分析，然后再做出報警決斷。

4 結 語

本文擬為工業(yè)設備生產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備硬件，通過串口協議實現通信。利用B/S與C/S服務模式和數據庫技術，這樣設備管理人員就可以輕松通過Internet便捷的實現跨地域設備檢側，分析和維護，達到資源共享、數據可比和節(jié)省維護費用的目的。