如何基于Internet的遠程監(jiān)控系統(tǒng)架構研究與設計？

0 引言

隨著網絡技術的迅速發(fā)展，Internet 已經成為信息時代的主要信息載體，并在工業(yè)現場獲得了一定的應用。

而現場控制技術的興起，改變了控制系統(tǒng)的結構，使其向著網絡化的方向發(fā)展。一方面，現場總線技術從工業(yè)設備底層向上發(fā)展，逐步擴展到網絡化、開放性和分布性;另一方面，計算機網絡從互連網 Internet 頂層向下滲透，直至和底層的現場設備可以通信。由此，具有遠程監(jiān)視功能的現場總線控制系統(tǒng)應用而生，它通過現場控制網絡(或現場總線)和 Internet 把分散于各局部現場、獨立完成特定功能的控制計算機互連起來，以達到資源共享、協同工作、遠程監(jiān)視和集中管理的目的，并形成全分布式設備控制和遠程狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)。

由此可見，由于現場總線技術適應了控制系統(tǒng)向智能化、網絡化、分散化的發(fā)展趨勢，顯示了強大的生命力，得到了迅速發(fā)展，成為控制領域的熱點技術。從工業(yè)控制領域來講，由于現在的工廠和生產在地域上越來越分散，要總攬現場控制信息和生產狀況，或要實現對分散在個工廠和生產線上的控制網絡進行狀態(tài)監(jiān)控，只有通過 Internet,特別是對一些大型的跨省或跨國公司，要實現對分散在各地的下屬公司，進行經營、生產概況的數據、曲線總覽，同時監(jiān)視工廠生產裝備的運行狀態(tài)，更是迫切要求控制網絡和 Internet 相結合來實現遠程控制。所以，將控制網絡與 Internet 結合將成為控制領域的一個發(fā)展趨勢。

1 系統(tǒng)體系結構

本文主要研究基于 Internet 對被控對象實施遠程監(jiān)控的有關方法、技術和實現問題，遠程監(jiān)控體系的具體結構示意圖如圖 1 所示。其中處于最高層的是用戶服務層，數據服務層，用于提供信息瀏覽、服務定位及匯總管理本層上下的數據源。處于底層的是現場設備層。

圖1 系統(tǒng)結構示意圖

1.1 自制多現場總線控制系統(tǒng)的改造

本課題組已經自制了多現場總線的控制系統(tǒng)，底層設備主要由基于現場總線的信息監(jiān)控軟件、多協議轉換器、現場智能單元、Modbus 多現場總線接口可選協議轉換器等構成。

iFIX是Intellution Dynamics自動化軟件產品家族中的HMI/SCADA最重要的組件，它是基于Windows NT/2000平臺上功能強大的自動化監(jiān)視與控制的軟件解決方案。iFIX可以精確地監(jiān)視、控制現場過程。

測控平臺中上位機監(jiān)控軟件采用 Intellution 公司的 iFIX2.26 組態(tài)軟件作為開發(fā)環(huán)境，并通過 ActiveX 控件技術，實現了三維控件與自動化軟件的無縫集成，使系統(tǒng)同時具有了二維和三維的監(jiān)控功能。現場智能單元具有液晶和鍵盤人機接口、參數設定和修改、本地/ 遠程切換等功能，具有多路模擬量、數字量輸入、輸出通道，可用于如閥、泵等現場執(zhí)行裝置和測量流量、壓力、溫讀、液位等過程量的傳感裝置。現場控制單元一般由遠程控制接口、現場控制模塊、中心控制模塊和參數配置模塊等部分組成，通過現場控制模塊可實現設備的本地控制，遠程控制接口和現場主監(jiān)控機通過現場總線控制網絡進行數據信息交換，進而可以實現設備的遠程操作。

1.2 iFIX 與多現場總線控制系統(tǒng)之間的實時數據交互

iFIX 的最重要的功能之一就是數據采集及處理。對現場數據的采集主要依靠 iFIX 的掃描、報警、控制程序SAC(scan alarm control)從 DIT 驅動程序映像(driver image table)讀數據，并送到過程數據庫以及通過內部數據訪問函數或通過 VBA 和關系數據庫進行數據交換和處理。

1.3 iFIX 與遠程監(jiān)控用戶之間實時數據交互

基于Internet構架的iFIX 的數據庫的實時數據發(fā)布就是利用組態(tài)軟件iFIX和Webserver 來實現的。

遠程監(jiān)控軟件由數據存儲和數據發(fā)布兩部分完成:①數據存儲部分是在遠程控制計算機上部署數據庫服務器，監(jiān)聽上位監(jiān)控計算機的連接請求，在與上位監(jiān)控計算機建立連接后，遠程控制計算機對現場上位機發(fā)送過來的數據進行分類，通過 ODBC(開放式數據互聯)把數據存入數據庫中的相應數據表;②數據發(fā)布部分完成的功能主要是部署 Web 應用服務器，建立 Web 應用服務器和數據庫服務器的連接，對 Web 服務器進行開發(fā)使之具有動態(tài)網頁的發(fā)布功能。Web 服務器通過 ADO(activeX data object)與數據庫服務器建立連接，不斷從數據庫服務器取得最新的實時數據，用 ASP 編寫動態(tài)網頁。動態(tài)網頁和實時數據建立綁定后，客戶端通過瀏覽器就可以監(jiān)視最新的現場實時數據。

2 系統(tǒng)構架設計

2.1 應用平臺設計

用戶服務層是遠程監(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在這里的具體應用中得以體現。在遠程控制計算機上，配置好 Web 服務器并完成相應的 Web 服務器開發(fā)。使得 Web 服務器能從數據庫服務器得到最新的數據并具有發(fā)布實時動態(tài)網頁的能力。

在本監(jiān)控系統(tǒng)中，首先要連接數據庫，采用 ADO 通過 ODBC 進行連接，其相關腳本程序分析如下：

① 通過 ADO 建立與數據庫的連接，用 OPEN 命令打開數據庫，并通過 SQL 語言執(zhí)行對數據庫表的查詢，查詢結果放在結果集對象(recordsets)中，即程序中的 rs.ASP 腳本程序如下：

② 對返回的查詢結果進行 Web 顯示，通過 WHILE 循環(huán)來實現所有記錄的遍歷。對于每一個記錄，顯示其所有字段：

2.2 監(jiān)控參數的實時顯示

參數實時監(jiān)控系統(tǒng)的首要問題是參數顯示的自動更新，在本系統(tǒng)中采用網頁自動刷新技術來實現。解決網頁自動刷新的關鍵是確定刷新的地址，也可以用固定的網頁地址作為要執(zhí)行的網頁，用自動確定刷新的網頁地址，通過 Request 對象首先動態(tài)得到本網頁的實際地址，并把地址用一個變量記錄(如 URL)，然后刷新這個地址，其腳本程序如下：[!--empirenews.page--]

2.3 網絡安全

對于遠程控制中的網絡安全性問題，可以采用如下方法來加以解決：

① 加裝防火墻，保護控制系統(tǒng)的 Web 服務器;② 采用適當的加密方法，對傳輸數據進行加密;③ 加強身份確認，防止有人盜用身份進行控制。

2.4 系統(tǒng)構造以后的實驗研究與驗證

在基于 Web 的數據遠程監(jiān)控中，遠程用戶登陸監(jiān)控系統(tǒng)主頁后，需進行身份認證，只有合法的用戶方可進入控制站主頁。在控制站主頁中，用戶可以很方便地查詢各種控制參數，實時狀態(tài)信息，如可在計算機屏幕上看到壓力控制系統(tǒng)動態(tài)網頁，進行遠程監(jiān)控。

3 結束語

隨著工業(yè)自動化程度的日益提高，以及現場總線技術的成熟，組態(tài)軟件今后應用的成長空間還相當廣闊，必將拓展更多的應用領域。Internet是信息技術中技術最為成熟、有眾多硬件供應商支持的信息高速通道，它把大量的局域網聯成了廣域網，將其應用到工業(yè)控制領域，在現場設備中內置Web服務器，使之具備網絡發(fā)布功能，又能與現場總線技術相互滲透。采用Internet將是工業(yè)控制網絡發(fā)展的必然趨勢。