时间：2023-03-23 15:17:55
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关键词：无线远程监控系统实现方式操作系统选择无线通信网
无线远程监控系统是在传统监测监控系统的基础上，结合当前无线通信技术和信息处理技术而发展起来的新型测控系统。
一般而言，现有的无线远程监控系统，大都符合“控制中心—监测站”的构建模式。控制中心是整个系统运作的核心，负责收集各监测站上传的监测信息，发送各种操作命令以控制监测站的行业。监测站被布放于远离控制中心的各监测点处，负责完成信息的采集和响应控制中心发出的控制命令。控制中心可用普通微机、工作站或工控机实现，软件开发可靠基于现有的Windows或Unix操作系统。监测站的设计实现可根据不同的应用目的和应用环境，采用特定的技术形式，比如单片机、DSP或者IntelX86系列的微处理器等。无线远程监控系统的组网方式也很灵活，可利用现有的无线通信网，如GSM/GPRS网络，CDMA移动网络等，也可单独搭建专门的无线局域网。下面系统地讨论无线远程监控系统设计开发时涉及到的一些核心技术，主要包括三个方面：监测站的设计开发、无线网络的组建和控制中心的软件设计。
1监测站的设计实现
监测站的设计与实现是整个无线远程监控系统研制开发的重点，监测站对信息数据处理的能力和精度将影响整个系统的最终性能。在整个开发过程中，监测站的设计是工作量最大、所需时间最长的一部分。监测站处于工作现场，只完成数据的采集、处理和控制，任务相对单一、固定，无须用詙大的台式机来完成；考虑到节能和布放方便，监测站多为嵌入式系统。根据整个无线远程监控系统所要实现的功能，和对数据处理与对传感器控制能力的要求，监测站设计的复杂程度和采用的具体技术是不一样的。
1.1基于单片机的设计实现方式
采用单片机是大多数嵌入式系统设计时的首选方案。由于在片上集成有丰富的外设，具有良好的控制能力，单片机天生就是为嵌放式系统度身定做的，在嵌入式市场上占据了最大的份额。
基于单片机的设计方案一般适用于对数据处理要求不高，运算量不大的远程监控系统。根据需要，单片机可以选用较为低端的4位机或8位机，如8051等，也可选用功能较强的专用芯片，如MSP430FE42X系列。单片机主要用于监测站端的系统控制。片外存储器一般为RAM、EEPROM和Flash等存储器；I/O设备一般为键盘、LCD等供设计调试用的人机交互接口；传感器一般为话筒、摄像头、扬声器和伺服马达一类的设备。无线通信接口实现相对较为复杂。编解码器是可取舍的，对于低速率数据一般没有必要。根据系统的处理任务和信息的类别，编解码器可选用不同的芯生，如CMX639（用于音频）或LD9320等，也可用编程逻辑器件实现。监测站软件可直接通过C或汇编语言实现，也可在实时操作系统上开发应用软件。对于低档的4位或8位单片机，控制能力较低，系统简单，一般采用直接编写控制程序的方法。对于功能较强大，各设备间交互复杂的系统而言，大多数是利用操作系统来进行任务管理、设备交互，应用软件只是完成上层的数据处理等工作。
1.2基于DSP的设计实现方式
众所周知，DSP的数字处理方面能力较强，技术已经很成熟，能处理各种运算的通用、专用芯片也很多。以DSP为核心设计开发的监测站，可以完成高速率数据处理，保证系统实时性方面的要求。
这类设计方案一般适用于数据处理运算量比较大，实时性要求高而对控制能力要求相对较低的监控系统。与以单片机为基础的监控系统不同的是，DSP除了作控制器以外，还可兼作数据计算、编/解码之用。对于较复杂的编/解码以及压缩解压运算（比如对图像视频数据的处理等）是否仍由DSP完成，须综合考虑。若DSP在系统控制和实现传输协议方面负担太重，则这部分运算需要由专门的处理芯片完成；若系统控制和传输协议较简单，或根本没有到上层协议栈，则这部分复杂的运算可由DSP完成。
1.3基于MCU+DSP的设计实现方式
显然，这种设计方式吸取了单片机和DSP各自的优点：单片机的特点决定其擅长于控制，DSP的内部结构保证较强的数据处理能力。两者的组合可实现一些相当复杂的系统功能，但由于系统中采用了两个处理器，其间的信息交互是设计这类监测站时须着重考虑的问题。只有单片机和DSP之间较好地协同工作，才能充分发挥各自的优点；否则，由于两者间的协调而耗费了大量资源，整体性能未必高于采用单一处理器的系统。实现单片机和DSP间通信协调的常用方法是采用双口RAM。
目前，有些DSP或单片机厂家为了扩大芯片的适用范围，在原有基础上进行扩展，相互间容入了对方的特点，使同一芯片在数据处理和控制方面同时具有较好的性能。比如Microchip公司推出的dsPIC，使客户能方便地将单片机的功能转移到DSP上，目前推出的产品有dsPIC30FXXX系列。由于DSP和MCU两个功能模块在同一芯片内实现，提高了系统的可靠性、降低了监测站的设计难度并节省印制板空间。这类芯片得到广大用户的青睐。
1.4基于MPU的设计实现方式
设计嵌入式产品的另一可选方案是采用基于微处理器的设计方式。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点；同时，在该领域技术成熟、产品类型多、选择空间大，满足各种性能需求的处理器比较容易获得。随着采用RISC体系的高性能MPU（比如采用ARM构架的处理器芯片等）的出现，MPU在嵌入式领域中的地位经久不衰；但是，由于在设计监测站时，电路板上必须包括ROM、RAM、Flash、总线接口和各种外设等器件，系统的可靠性将有所下降，技术保密性差，实现难度也较大。
1.5实时操作系统选择和嵌入式实时软件开发
目前已有的实时操作系统（RTOS）种类繁多，软件结构各异，可适用于复杂程度不同的各种环境，包括循环查询系统、前后台系统、实时多任务系统和多处理机系统等。具体实例有VxWorks、pSOS、QNX、PalmOS、WindowsCE、lynxOS和嵌入式Linux等。选择适合监测站乃至整个无线远程监控系统的RTOS的重要性是不言而喻的，它可能关系到整个系统研制的成败。选择过程杂而又需要耐心：要了解各RTOS的特点和适用范围，比较其间的区别，才能找到最为合适的一种。选择比较时，需要考虑的因素主要有：
①RTOS能否支持在项目中使用的语言和微处理器；
②RTOS能否与ICE、编译器、汇编器、连接器及源代码调制器共同工作；
③RTOS是否支持设计中要用到的服务，如消息队列、定时和信号量等；
④RTOS能否达到应用产品的性能需求，比如实时性需求；
⑤能否获得产品开发时必要的组件，比如协议栈、能信服务、实时数据库、Web服务等；
⑥RTOS是否能为公开出售的硬件提供设备驱动程序；
⑦使用RTOS是否免费；
⑧能否获得目标代码；
⑨获得的技术支持有多少；
⑩对于需要授权的RTOS，授权方式是怎样的。
嵌入式实时软件的开发与传统软件的开发有许多相似之处，继承了许多传统软件的开发习惯；但由于嵌入式实时软件的功能和运行环境特殊，决定其与传统软件的开发有所区别。嵌入式实时软件的开发使用交叉开发方式。所谓交叉开发是指，程序代码的实现、编译和连接的环境与对其进行调试和运行的环境不同。前者基于普通微机平台，后者则基于嵌入式系统的硬件平台。调试过程多是在有通信连接的宿主机与目标机的配合下进行的，开发完成后需要进行固化和固化测试。另外，开发过程还需要相应的开发工具，包括交叉编译器、交叉调试器和一些仿真软件。嵌入式应用系统以任务为基本执行单元，用多个并发的任务代替通用软件的多个模块，并定义了应用软件任务间的接口。由于整个无线远程监控系统的实时性能受RTOS和应用软件的影响，所以，在软件的需求分析阶段就充分考虑其实时性要求。再加之嵌入式应用软件对稳定性、可靠性、抗干扰等性能的要求都比较严格，所以嵌入式实时软件的开发难度较大。
2无线通信的设计实现
无线通信的设计相对于监测站而言较简单，有许多现有的产品和通信系统可以利用，重点只是在于从多种实现方式中作出最优的选择。
常用的实现方式有：利用现有的通信网络（GSM/GPRS、CDMA移动网等）和相应的无线通信产品；通过无线收发设备，如无线Modem，无线网桥等专门的无线局域网；利用收发集成芯片在监测站端实现电路板级与监控中心的无线通信。
2.1利用现有网络实现监测站与监控中心的无线通信
现有的通信网络较多，按业务建网是3G以前通信网络的特点，无线网络也不例外。设计无线远程监控系统可以借用的无线网络主要有：全球数字移动电话系统（GSM）、通用分组无线业务（GPRS）、采用码分多址（CDMA）技术的移动网、蜂窝式数字分组数据（CDPD）系统。
GSM（GlobemSystemforMobile）是全球最主要的2G标准，能够在低服务成本、低终端成本条件下提供较高的通信质量。就其业务而言，GSM是一个能够提供多种业务的移动ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork，综合业务数字网络）。
GPRS（GeneralPacketPacketRadioService）在现有的GSM网络基础上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。它以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，提高了现有的GSM网的数据业务传输速率，最高可达170kb/s。GPRS把分组交换技术引入现有GSM系统，使得移动通信和数据网络合二为一，具有“极速传送”、“永远在线”、“价格实惠”等特点。
CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）网络采用扩展频谱技术，使用多种分集接收方式，使其具有容量大、通信质量好、保密性高和抗干扰能力强等特点。
CDPD（CellularDigitalData）无线移动数据通信基于数字分组数据通信技术，以蜂窝移动通信为组网形式，是数据朎与移动通信的结合物。这种通信方式基于TCP/IP，系统结构为开放式，提供同层网络无缝连接和多协议网络服务。CDPD网络具有速度快、数据安全性高等特点，可与公用有线数据网络互联互通，非常适合传输实时、突发性和在线数据。
对使监控中心与监测站间的无线通信能利用现有的网络，对于特定的无线网需用相应的接入设备。这类设备市面上有现成的产品可供选择。接入GSM网络的通信模块有西门子的SIEMENSTC35i，接入GPRS可用西门子的MC35GPRS模块，接入CDMA网络的有华立H110CDMA模块和AnyDATA公司的CDMAModem(DTS-800/1800)，遵循CDPD方式的无线调制解调器（Modem）有OmniSky和NovatelMinstrel。
利用现有的网络组建无线远程监控系统，网络连接如图1所示。其中无线接入模块产品一般都提供有RS232作为外通信接口，有些天线是内置的。利用现有的网络覆盖面广和可漫游等特点，使监测站和控制中心的位置不受距离的限制；但由于利用公网，安全性会有所降低。
2.2通过专用无线收发设备建立无线局域网
这种设计实现方式结构简单，且无须向网络运营商付费；利用专网，安全性高。无线传输以微波作传输媒体，根据调制方式的不同，可分为扩展频谱方式和窄带调制方式两种。扩展频谱方式系统的抗干扰能力和安全性高，对其它电子设备的干扰小。窄带调制方式占用频带少，频带利用率高；通常选择专用频段，需要申请；相邻频道间影响大，通信质量、通信可靠性无法保障。
采用专用无线收发设备建立无线局域网的拓扑结构如图2所示。无线收发设备包括无线Modem和无线网桥等。无线Modem与监测站和控制中心之间采用RS232通信。若采用网桥为网络组建设备，网络拓扑结构将更为灵活，如图3所示。其中在无线网两端的有线网络是可取舍的，可以是以太网、令牌环网或点对点网络等本地局域网。也可以城域网，甚至是因特网，但使用公网时须考虑安全性和费用问题。
2.3利用收发集成芯片在监测站端实现的无线通信
前两种组网方式的一个特点是采用现有的网络系统和产品，无线通信部分不须专门开发，实现较为容易。但由于所购买的产品均是独立器件，使整个系统特别是监测站一端结构复杂、体积庞大，往往在系统推广时会带来不利，且外购产品会增加系统的成本。若能将外购产品的功能与监测站集成在一起，在电路板级实现，将可以避免上述不利因素；但这会增加系统开发的难度，延长研制周期。须权衡利弊，根据项目组的开发实力和系统生命周期作最有利的选择。
采用此方法设计监测站需要实现的部分只是图1、2和3中的无线通信接口（可参看本文的网络版全文）。这部分的硬件实时框图以及处理器、存储器的关系大致如图4所示。各个子模块都有多种芯片可供选择，比如射频前端可用ML2751和RTF6900，实现调制/解调的有ML2722，扩频、解扩可用LD9002DX2和Stel-2000A等。
3控制中心的设计实现
控制中心的设计相对于监测站的设计开发来讲较为简单，硬件设计少，除了普通微机（或工作站、工控机）外，还需要网络接入设备（若无线通信采用自行设计的模块实现，则须开发专用的无线网卡插入微机主板的预留总线插槽中）。控制中心的设计开发主要集中在应用软件的设计开发上，一般是基于Windows和Unix等常用操作系统的。当前用于此类软件开始、调试的工具较多，且功能强大，给控制中心软件的设计带来便利。
关键词:电厂安全生产;远程监控;自动控制;远程监控
中图分类号:TM764
文献标识码:A
文章编号:1009-2374(2009)19-0033-02
随着计算机技术、控制技术、通信技术、网络技术等的快速发展,逐渐形成了工业控制的数字化、智能化与网络化,使计算机控制系统逐步从集散控制系统(Distributed Control System,DCS)走向以现场总线为基础的分布式现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS)。FCS是集当今计算机技术、网络通信技术和自动控制技术为一体的当代最先进的数字化网络计算机控制技术,是一种全分散、全数字、全开放的控制系统,是自动控制技术发展的焦点和热点,被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。
目前全国很多电厂都在实施生产系统的远程自动化控制改造,采用FCS技术构建环绕全电厂的安全生产远程监控系统是必然趋势,因此,本论文将主要针对电厂内安全生产远程监控系统的构建进行分析,以期和同行共同讨论。
一、基于CSS架构的远程监控系统设计
(一)系统的架构模式选择
按照系统终端情况的不同,可将该数据采集监控系统的开发模式总的分为B/S(浏览器/服务器)和C/S(客户端/服务器)两种结构模式。B/S结构的系统以服务器为核心,程序处理和数据存储基本上都在服务器端完成,用户使用IE浏览器就可以进行事务处理。C/S结构的系统以服务器作为数据处理和存储平台,用户在终端安装特定的程序来进行事务处理,然后再将数据传递到服务器端。
结合上述分析,本论文采用C/S/S模式结构。C/S/S模式也叫客户/应用服务器/数据库服务器结构Client/Application Server/Database Server(C/S/S)模式,是从C/S模式发展而来的。这种模式中的三层架构“分工”明确。客户端负责程序的应用和数据的读取、分析等前台操作,应用服务器存放并运行信息系统的业务逻辑,数据库服务器存放并管理信息系统的数据。由于在客户端和数据库服务器之间使用了应用服务器来处理业务逻辑,大大减轻了数据库服务器的压力,极大地提高了系统的并发处理能力;另外,由于用户的请求是发向应用服务器而不是数据库服务器,使得数据的安全性大大提高,数据库服务器的主要职责由应付客户端的数据请求,也为了实现数据的网络共享,故这种结构非常适合实时响应性、安全性、数据吞吐率等性能要求较高的系统,同时它也继承了C/S结构的优点,目前这种方式是最可靠、最能完美体现电厂大范围内的远程监控系统的控制特点及要求。
(二)系统层次结构设计
1.上位机系统层次分析。电厂安全生产远程监控系统采用三层C/S/S体系结构,使得用户只需要通过客户端即可轻松完成和实现丰富的信息管理等多种功能,整个上位机系统由客户端应用程序、应用程序服务器和数据库服务器三个层次构成,其中客户端应用程序主要完成对电厂远程监控系统的信息管理及控制等操作;应用程序服务器主要集成对全电厂安全生产管理系统的控制、管理程序;数据库服务器主要是用于存储电厂安全监控系统的生产、监测监控数据,以备查用。
2.下位机系统层次分析。既然要实现全电厂安全生产的远程监控,就必须要借助网络层实现对底层电厂生产设备、生产过程的远程监测监控,如对锅炉设备、水轮发电机组等生产设备的远程监测及监控,因此对于下位机系统的层次构成,主要是由传感采集设备(即传感器)完成对生产设备的特征数据的采集,通过数据采集卡加载网络通信模块完成数据的网络远程传输,传输到上位机系统的数据库服务器,并由用户通过客户端应用程序,通过调用应用程序服务器中的远程管理控制程序,实现对底层设备的远程监测与监控。
3.网络传输层分析。根据电厂生产设备分布式的特点,以及对电厂生产过程远程监控的要求,本论文采用现场总线技术,同时借鉴工业以太网的统一通信协议的特点,对面向全电厂布置的分布式安全生产系统实施远程监控。远程通信网络布置要合理,这是在网络传输层布置时必须遵守的。
(三)远程监控系统的控制实现方式
电厂的远程控制系统的控制方式采用远程控制与现场手动控制相结合的方式。首先要实现相关生产设备及生产过程的远程控制功能,这主要依赖于对底层设备的控制数据的组态而实现,通过上位机的客户端程序,实现对电厂安全生产的远程控制功能;其次,是要在相应的生产设备或生产过程现场配备手动控制开关,以满足不同的优先级控制需求,也有利于对相关生产设备的现场检修、维护和系统改造升级等。
二、电厂安全生产远程监控系统的实现
(一) 远程视频监视系统设计
1.视频信号传输方式。工业电视系统的信号传输有两种方式:电缆传输和光纤网络传输。这里选定光纤作为电厂远程视频监控系统的传输介质,结合目前现场总线发展的新技术,依靠最先进的工业以太网通信技术实现电视监控系统的联网传输。
2.系统设计。电厂生产远程视频监控系统主要由前端摄像设备、视频控制设备、光纤数据传输设备和视频输出设备等部分组成。(1)前端摄像设备。前端摄像设备即为安装在社区内的各个布点场所的摄像机。地面使用的摄像机由于监控范围较大,大部分使用的是云台摄像机,云台是一个能进行水平和垂直两个方面运动的装置,安装于其上的摄像头能够实现水平350°,垂直90°全方位摄像,因此选用彩色全方位摄像仪。(2)视频控制设备。视频控制设备是监控系统的心脏,可以分前向设备与后向设备,前向设备主要包括视频服务器,主要功能是实现视频信号的联网;后向设备主要由光发射机、光接收机、视频分配器、视频矩阵控制切换系统、处理器、云台控制器等组成,一般安装在总调度室,完成视频图像的接收与处理,遥控云台的全方位移动,调节镜头焦距的变化以及各种输出信号的控制。(3)光纤数据传输设备。数据传输设备主要采用光纤进行传输,同时需要为整个传输系统配备交换机及流媒体服务器等设备,实现视频信号的全数字化传输。采用光纤的最大优势就在于可以远距离而无失真的传输视频数据信号。(4)视频输出设备。视频输出设备主要包括监视器、DLP大屏幕和硬盘录像机,调度室的工作人员可以通过监视器、DLP大屏幕对控点进行24h监控,也可通过硬盘录像机将摄像机图像保存下来,为电厂安全生产提供必要的数据信息。
(二)远程数据传输通信协议设计
通信应用服务程序和监控终端间的通信方式是基于TCP/IP网络的Windows Socket通信,因为这种通信协议是目前现场总线中最为主流和应用最为广泛的通信协议之一,用来传送各种监控数据、信息和控制命令等,具体的通信协议如下:
帧组成字段的意义:
1.IP地址用来标识发送者的网络地址,用long表示。
2.类型表示通信类型,共分为2种,即:查询和应答,用byte表示,其中0x01表示查询,0x02表示应答。
3.时间指当前系统时间,表示帧发出时的本机系统时间,在中心服务器发向端局监控机的查询帧中用于校对监控机的系统时间,用time_t表示,即精确到秒级。
4.数据长度用来表示后跟数据的总长(字节,不包括长度本身及以前数据),用long表示。
5.数据是指具体的数据,其组成及解释随类型不同而变化。只要在需要实现远程监控的设备或机房内布置了采用该通信协议的现场总线,那么该生产设备或生产过程就可以被集成到全电厂安全生产监控系统的平台上,实现安全生产的远程监测与监控。
(三)远程监控系统的接口设计
接口是指通信服务器和底层的远程监控终端之间的通信接口。
通信服务器和监控终端之间的通信接口,采用基于TCP/IP网络的Windows Socket通信方式,包括以下部分:
1.系统对时:监控终端定时向通信服务器查询系统时间,把本机时间和通信服务器时间进行同步。
2.查询一个机房运行状态。
3.查询一个班组:当监控终端主机监控一个班组时,定时向通信服务器发查询本班组所有机房运行状态的命令。对获得的机房数据进行处理。
4.查询所有机房:当监控终端主机监控所有机房时,定时向通信服务器发查询所有机房运行状态的命令。对获得的机房数据进行处理。
5.查询通信状态:监控终端主机定时发送查询交换机当前通信是否正常的命令。
6.接收报警:监控终端主机接受通信服务器发送的报警信息并进行处理、显示。
三、结语
电厂是我国重要的电力能源输出基地,对于全国数千个电厂而言,实现生产过程的远程自动化控制,是提高我国工业生产自动化、智能化水平的重要要求,同时对于生产设备和生产过程的远程安全监控,也是不可缺少的。本论文对电厂安全生产远程监控系统进行了分析设计和讨论,给出了完整的远程控制方案和远程监控的实现手段,对于提高自动化水平和计算机自动控制在电厂安全生产远程监控系统中的应用具有一定的指导和推广意义。
参考文献
[1]刘桂芝.智能社区网络视频监控报警联动系统的设计[J].微计算机信息,2005,(28).
[2]倪海燕,马常旺,胡超.基于多线程技术的智能小区管理服务系统构建[J].宁波大学学报(理工版),2006,19(1).
关键词：因特网 局域网 远程监控
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）（03）（c）-0014-02
最近几十年，科学技术突飞猛进的发展，企业联盟和虚拟企业也相继出现，因此对自动控制领域有了更深层次的要求，于是，远程监控技术这一新的技术诞生了。远程控制技术就是将Internet技术和现场监测控制结合起来的一种技术，通俗的说就是将现场采集到的信息通过因特网传输的控制中心的一种复合型技术。远程监控技术的出现也在很大程度上解决了很多大型企业的管理和安全问题，一定程度上提高了企业的时效性。本课题是基于Internet网络的远程监控技术，由于该系统具有简单易用、可实现无限互联、易于再次扩展、覆盖范围广等特点，因此在高新开发技术中具有巨大潜能。
1 远程监控系统的总体结构
本课题是一种把嵌入式智能体、远程监控、网络传感器等相关技术集于一体的综合管理系统，在工业装备的控制和监测中体现的尤为明显。从组成结构上主要包括监控中心（上位机）、网络服务器以及现场信息采集终端（CAN节点）。其结构图如图1所示。
监控中心（上位机）是由VC++结合数据库技术编写，主要功能是监测现场设备，将现场采集到的数据信息通过Internet网络存储到数据库中，并进一步根据需要对向终端发送控制指令。网络服务器主要的作用是完成以太网和CAN总线之间的协议转换工作。数据采集终端，即CAN节点的作用是采集现场的数据，并负责将采集到的信息发送到因特网进而发送到上位机，同时响应应来自上位机的控制指令，并完成相应的动作。
本系统的硬件组成上，主要包括：局域网设备、基于CAN/TCP协议的网络服务器、监控终端以及CAN节点。从软件的角度本系统主要分为：上位机控制程序、设备的驱动程序、数据采集程序、网络通信程序、数据库程序。
2 系统硬件设计
嵌入式系统的硬件主要包括处理器、存储器和设备三部分，它具有复杂性和多样性等特点。由于嵌入式开发的对象是具体的应用，并且各个项目实现的硬件环境也具有针对性的特点，所以开发嵌入式必须根据具体的应用环境配置、设计和调试[1]。
核心板主要包括微处理器S3C2410A、随机存储器（SDRAM）和FLASH。其中，SDRAM即为操作系统和运行程序的空间，FLASH用来保存移植的操作系统和应用程序的代码。板包括系统电源、CAN模块、以太网模块、JTAG模块和串口。电源模块用于输入5 V电压，提供3.3 V和1.8 V输出的直流供电。CAN模块用来收集和发送CAN总线上传输的数据，以太网模块用来连接互联网和硬件系统，JTAG和串口用来开发、调试和后期维护嵌入式服务器电路板，这些模块都是为了满足后续软件实现交叉编译方式而加入的。嵌入式服务器的硬件系统结构图如图2所示。
3 系统软件设计
本课题在设计远程监控平台的过程中，涉及到很多步骤，综合起来主要有五大阶段，分别为。
（1）需求分析阶段。在该阶段中，可以比较准确、及时地了解并分析用户的某些需求，因此它是远程监控平台设计过程中最基础的阶段，同时也是必不可少的。
（2）总体设计阶段。通过对前一阶段获取的用户需求加以综合、归纳与整理，形成一个与具体系统相独立的总概念模型，它是整个远程监控平台设计的关键阶段。
（3）各个部分具体实现阶段。在该阶段中，借助具体的开发语言、工具及运行环境，并依据总体设计的结构达到预期目标，同时建立各部分对应实现的功能，并对应用程序进行多次运行和调试，直到无误为止。
（4）系统集成阶段。这部分的主要工作是是对各部分实现的功能进行系统集成和整体测试，并根据测试所得结果进行相应的修改和完善，修改完毕之后再次试运行。
（5）系统运行与维护阶段。再次试运行成功以后，即可进行正式运行操作，整个系统在运行的过程中，很可能会出现一系列错误或非错误但不完善的问题，必须针对这些问题进行修改和调整将其全部解决。如图3所示。
在连接创建的过程中，必须与嵌入式服务器的网络进行连接，只有这样，这两者之间才有可能正常通信，如果两者未建立连接关系，则通信失败。正确连接之后，下一步的工作是获取现场设备的运行状态信息，这样正确设计接收模块就显得尤为重要，使用Socket来接收数据需要下面三个步骤：（1）监听网络，同意网络连接申请（即连接）。（2）获取用于接收数据的Socket实例以接收远程主机发送来的控制码等数据信息。（3）根据远程主机发送来的控制码，断开网络连接，并将资源进行清除。接收数据流程图如图4所示。
4 结语
在课题中，把CAN总线和嵌入式因特网技术结合之后应用到远程监控系统中，从而使得测控网络的全分散、全数字化得以实现，此外，它还解决了因特网和现场底层设备的无缝连接问题。在此过程中，远程监控平台通过嵌入式服务器对CAN总线上的智能设备进行访问，记录其在各个时刻的控制运行状态和参数，并把所获得的数据录入到数据库中以便于后续访问和获取。此外，网络数据库还支持智能CAN节点的动态配置与重构。
参考文献
[1]任明伟.基于ARM的嵌入式视频采集与远程传输系统的设计与实现[D].河北大学硕士论文，2011.
【关键词】水汽品质;监控;网络;可靠性
各行各业的发展都离不开电力的支持，为了保证电厂的安全生产，电厂远程监控系统的设计与实现就非常必要。起初远程监控功能用于PC用户在离开办公室的时候能访问台式PC硬盘中的信息，甚至可以通过其台式PC访问企业网络资源。但随着通信技术、控制技术、计算机技术的飞速发展，远程监控技术愈来愈完善，Internet技术已经渗透到日常生活和工业生产的各个领域，包括工业控制方面，这使得电厂远程监控成为可能。
1.热电厂远程监控
热电厂实质上是一个能量转化工厂，由于电能尚且不能大量存储，而且热力设备众多、热力系统庞大、生产过程复杂。在这个过程中，应充分发挥计算机在机组运行检测、控制和管理上的作用，控制发电机组及其辅助设备在优良的状态下运行，最大限度地发挥机组设计效率。由于各局部生产过程之间的状态相互影响较大，而且各主要生产设备的动态特性之间存在很大的差异，发电机组的运行状态控制，必须具备协调不同运行设备工作的功能。
远程监控系统是集计算机技术、控制技术、通信技术、网络技术为一体的产品，是指具有数据采集、监视、控制功能的计算机系统，即监控和数据采集系统，也就是人们常说的SCADA系统。具有功能强大、操作简便和可靠性高等特点，它可以方便地用于工业装置的生产控制和经营管理。在这个系统中，计算机直接参与被监控对象的检测、监督和控制。由于远程监控的对象是现场设备，这就要求整个远程监控系统应该完备的考虑以下几点：首先，要可靠性和容错性，即要求在系统出现故障的情况下，能够自动或半自动地（需人工干预）采取相应的措施，保证系统恢复正常运行。
2.系统功能分析与设计
水汽品质的远程监控系统通过现场传感器取得采样值，然后经过现场控制测量设备对采样值进行一系列的数学处理，再通过网络把处理后的数据传送到远端监控站与服务器，从而使远端监控站和远程服务器可以对数据和状态值进行集中的管理。
2.1 水汽系统水处理流程
图1 发电厂水处理流程
图1是电厂水汽系统流程图，补给水是在原水经各种工艺处理后，补充因锅炉汽水损失的水。由于给水直接进入锅炉，故对其水质必须加以严格控制，以防止设备的结垢与腐蚀。然后进入锅炉，在锅炉本体蒸发系统中运行的水，则称为炉水。给水经省煤器提高温度后进入蒸发管（炉堂内侧的上升管），然后由下降管（炉堂外测）经下联箱进入蒸发管。在蒸发过程中，水吸热成为水汽混合物，又返回汽包形成循环回路，这就是锅炉的炉水系统。如炉水的水质不严格控制，就会导致水汽系统的结垢与腐蚀。水与汽在气包中得到分离后，产生的饱和蒸汽经过热器转为过热蒸汽进入气轮机。整个流程是由原水经处理后->补给水经给水泵使给水进入锅炉后，依次经过预热段->蒸发段->过热段->过热蒸汽->汽轮机排汽经凝汽器->凝结水->经处理后返回给水系统。
2.2 功能分析
远程监控系统有两种类型，一种是在生产现场没有现场监控系统，而是将数据采集后直接送到远程计算机进行处理;另一种是现场监控和远程监控并存，这里选择采用后一种方式，即有现场监控系统。水汽品质远程监控系统能实现以下一些功能：
1）数据传输与处理功能：主要是把生产过程中采集的各种模拟或数字量，通过串口和网络传输到数据处理器和远程监控站与服务器并进行相应处理，同时通过EXCEL表把数据显示给用户。
2）管理功能：管理人员能够通过IE浏览器监测到系统的运行状态、现场工作人员的工作记录等。
3）存储功能：对实时数据和历史数据加以存储。
4）冗余容错技术：使用双网、双机热备、冗余等技术保证系统可靠运行。
5）安全与报警功能：利用己有的有效数据、图像、报表等对工况进行分析、故障诊断、险情预测，并以声、光、电的形式对故障和突发事件报警。
2.3 结构设计
完整的基于Intranet的远程监控系统可划分现场设备层、现场监控层和远程监控层，它们相互独立，通过网络技术和数据交换技术有机的结合起来，如图2所示。
图2 远程监控系统拓扑分层
现场设备层是由安装在工业现场的智能仪表、采集器等各种具有数据采集功能的智能设备以及其采用的总线和协议组成。与现场监控层采用RS-485总线进行串口传输，现场模块不断的采集现场原始数据，在它们不发送数据时处于监听模式，主机对一个模块发出一个带地址的命令，然后等待模块的相应。现场监控层从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警等功能，另外还包括控制组态的设计。可以说现场监控层是整个远程监控系统的核心，由多个数据处理器子站构成，通过控制网络与现场设备层进行数据交换。现场监控层对数据的实时性要求比较高，它要保证系统采样的实时性以及系统对各种操作的响应时间要求，而采用RS-485串口通信可以满足水汽品质系统对实时性的要求。远程监控层以现场监控层为基础的信息系统，通过通信对现场数据分类管理，并通过企业管理信息系统（MIS）数据，这一部分的实现使得远程监控系统的功能得到延伸和完善。
3.软件开发与可靠性研究
系统采用C/S与B/S编程模式相结合的软件结构进行设计，它不仅能够实现对水汽品质现场数据的采集与监控，而且能够通过浏览器实现数据的远程网络查询和共享。
3.1 程序设计
C/S模式的软件设计实现的功能是：远端用户可以通过客户端应用程序在线监测系统现场设备层的工作情况，实现远程监测;远程用户可以通过虚拟界面向现场设备层发送控制命令，实现远程控制。监控程序需要专门创建一个线程来处理串口数据，接收串口采集来的数据并予以显示。系统必须对端口进行配置，以完成串口的采集。
对于远空间距离的技术人员和厂级管理人员需要观测远程监控系统的数据的变化，可以通过以TCP/IP为核心协议的网络技术来实现。基于B/S方式的远程监控系统是以数据采集层为基础的，而数据采集层实际上包括了设备层和监控层，前面已经对设备层和监控层进行了设计，监控层是实现对采集数据的处理、显示，对设备层的管理、控制，同时将处理过的数据写入数据库中，因而监控层又是数据库与设备层之间的桥梁。ASP技术是Browser/Server模式下编制动态网页的一种很理想的工具，它支持ActiveX控件和动态HTML，能实现用户的编程要求。ASP根据访问数据库的结果集生成HTML语言的主页返回给浏览器端。利用ASP技术实现Web数据库的数据流图如图3所示。
图3 ASP技术实现Web数据库流程
整个系统的运转情况是：用户通过网络浏览器查询网络服务器提供的数据页面并发出请求，网络服务器根据请求查询数据库，并向用户返回查询结果。
3.2 监控系统可靠性分析
热电厂水汽品质远程监控系统的可靠性从总体上考虑主要是四部分，分别是系统结构的可靠性、数据传输网络的可靠性、硬件的可靠性及软件的可靠性。在未采取可靠性措施前，系统都是串联结构的，即系统的每一个部分都相当重要，任何一部分发生故障整个系统都会受到牵连。所以我们必须采取一定的冗余措施，对系统进行备份，热电厂水汽品质远程监控系统系统备份可靠性框图分别如图4所示。
图4 系统备份可靠性框图
适当采取冗余措施，能大大提高系统可靠性，并且采用模块备份能得到比系统备份更大的可靠性。除此之外，远程监控主机部分采用双机热备份方式，从机与主机之间的监听采取请求与应答的方式，从机以一定的时间间隔向主机发出请求，主机应答表示工作正常，主机如果没有作出应答，从机将切断主机的网络数据传输，立即与现场工作站进行握手连接。
4.总结
本文论述的热电厂水汽品质远程监控系统是基于Intranet的远程监控系统，它将网络技术、数据库技术和控制技术结合起来，进行了C/S（Client/Server）和B/S（Browser/Server）相结合的软件设计，不仅实现了水汽品质现场数据的采集与监控，而且能够通过浏览器（比如IE浏览器）实现数据的远程网络查询和共享。同时为提高系统的可靠性，分别对系统体系结构、网络传输结构、软件及硬件这四个方面进行了可靠性设计。工作人员不必亲临现场（尤其在恶劣环境下）就可以对现场的工作情况进行监控，完成参数设置与调整，进行故障恢复等，大大提高了劳动生产率;通过远程监控技术，可以加强企业内部合作，可以更合理的安排生产，加强企业的竞争力。
参考文献
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[5]袁巍.远程监控系统体系结构研究及实现技术[硕士学位论文].南京：南京理工大学.2004.4.
关键词：PLC；远程监控；故障诊断；方法
0前言
PLC远程监控系统的设计从其结构和控制要求上实现了系统工作环境、感染源种类因素分析和电源及软件抗干扰能力的优化，利用串行通讯协议实现前端机与PLC的串行通信强化了系统信息传输的安全性和精准性。近几年随着PLC远程监控的应用范围越来越广泛，如何利用故障诊断方法强化PLC远程监控系统的应用作用，为我国设备运行和使用提供技术保障成为了研究的主要侧重点，具有典型性。
1PLC远程监控
PCL远程监控中主要是利用PLC实现设备远程控制程序编写，进而实现PLC远程故障诊断，完后才能网络技术相关数据的传输和通讯，并且利用设备现场传感信息采集和数据运行来实现数据系统的信号转换和信号处理，利用数据信号的信息分析能力完成及设备的运行情况，及时完成故障的诊断处理[1]。PLC远程监控的应用领域较为广泛，近几年随着4G网络技术的逐渐发展，PLC能够有效的实现远程现场设备的终端信息采集处理，进而完成数据传输工作的数字化和可视化处理，完成设备故障的诊断和维护[2]。PLC远程监控在工业上的应用主要是以工业集成化、自动化、规模化和高效化发展为方向，完成对设备故障诊断的精确性优化。
2PLC远程监控的特诊
从特征性的角度出发对PLC远程监控系统急性分析，其主要包含系统安全可靠性、系统智能化和实时性的特征[3]。系统安全可靠性特征:PLC远程监控利用庞大的有机组合体实现了远程故障信息的集中处理和分析，进而提高了信息的可靠性，强化了设备信息系统的整体故障判定准确性，为设备的使用和维护经济损失带来了可靠性。系统智能化特征:PLC远程监控在设备监控和故障诊断的过程中根据设备的运行数据情况，实现了异常和故障的智能化判定和处理，并且能够及时的采取控制措施，以完成正常系统的智能化运行。实时性特征:PLC远程监控在其工作系统的处理和监控上能够实现监控连续性，始终对设备运行的状态实施整体监控，并且采用无间断反应传输的方式将监控的信息实时的传递给后台的工作人员，进而降低了传统反馈信息传输的延迟性和不稳定性缺陷，进一步奠定了PLC远程监控在设备运行监控中的实时性特征。
3PLC远程监控故障诊断方法分析
3.1数字模型故障诊断方法
数字模型故障诊断方法主要是利用系统的可测量运行信息和数学模型先验知识故障信号对比进行检测，其属于一种分离系统故障的诊断方法。数字模型故障诊断方法主要是包含两个故障处理阶段，残差产生和故障决策。其中残差产生主要是利用被监控系统输出和输入信信号残差反应整个系统可能出现的故障，如果无故障则残差一般为零。故障决策流程主要是当残差被检测出存在故障，利用阙值的设定以及统计决策模型的似然或序贯概率比的方式决定故障决策方案，完成数据模型故障PLC远程监控诊断。
3.2可测信号故障诊断方法
可测信号故障诊断主要是根据直接可测的输入和输出信号变化关系或变化趋势完成故障的整体诊断。可测信号故障诊断的过程中包含输入输出信号小波变化故障诊断以及数学形式表达故障诊断两个流程。第一流程中PLC远程监控系统能够利用系统暑促胡的幅值、频率、相位值等进行信号与故障源之间关系判定。第二流程数学形式表达故障诊断主要是使用批分析法、概率密度法及功率谱分析法的方式对输入和输出信号之间的波动差异性进行基础计算，完成可测信号故障运行诊断。
3.3人工智能故障诊断方法
目前PLC远程监控人工智能故障诊断主要包含故障树诊断、故障专家诊断、模糊识别诊断和模糊数学诊断四种方法。其中故障树诊断主要是利用系统或设备内特定时间及其子系统部件故障之间的逻辑结构关系图完成故障逐层次的故障树分析法。故障专家诊断主要是利用专家视觉、听觉、触觉等客观事实对系统故障进行判定。模糊识别诊断主要是采用离线分析法和在线诊断分析法对系统故障表象特征向量集进行故障模式向量函数识别。模糊数学诊断主要是利用模糊集聚类分析系统不同水平子集之间的关系，作为故障判定的成因向量，利用故障模糊合成法完成对故障的远程诊断和监控。
4总结
通过本文中对PLC远程监控及其故障诊断方法进行分析，能够看出PLC远程监控的应用具有安全可靠性、系统智能化和实时性的特征。就目前我国国内PLC远程监控故障诊断方法来看，其主要包含数字模型故障诊断方法、可测信号故障诊断方法和人工智能故障诊断方法三种类型，在其故障诊断方法构建和优化的过程中必须充分发挥网络远程监控技术的数据共享功能，加强远程监控系统故障诊断信息交流的快速性和交互性，进而为PLC远程监控系统的技术完善奠定基础。
参考文献：
[1]杨文刚.基于PLC的远程设备故障诊断方法研究[J].现代制造技术与装备,2016,05(02):82-83.
[2]周律，，查亮等.基于PLC的远程设备故障诊断方法研究[J].通信电源技术,2015,09(05):29-33.
关键词：PLC；远程监控；故障诊断；方法
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.204
0 前言
PLC远程监控系统的设计从其结构和控制要求上实现了系统工作环境、感染源种类因素分析和电源及软件抗干扰能力的优化，利用串行通讯协议实现前端机与PLC的串行通信强化了系统信息传输的安全性和精准性。近几年随着PLC远程监控的应用范围越来越广泛，如何利用故障诊断方法强化PLC远程监控系统的应用作用，为我国设备运行和使用提供技术保障成为了研究的主要侧重点，具有典型性。
1 PLC远程监控
PCL远程监控中主要是利用PLC实现设备h程控制程序编写，进而实现PLC远程故障诊断，完后才能网络技术相关数据的传输和通讯，并且利用设备现场传感信息采集和数据运行来实现数据系统的信号转换和信号处理，利用数据信号的信息分析能力完成及设备的运行情况，及时完成故障的诊断处理[1]。
PLC远程监控的应用领域较为广泛，近几年随着4G网络技术的逐渐发展，PLC能够有效的实现远程现场设备的终端信息采集处理，进而完成数据传输工作的数字化和可视化处理，完成设备故障的诊断和维护[2]。PLC远程监控在工业上的应用主要是以工业集成化、自动化、规模化和高效化发展为方向，完成对设备故障诊断的精确性优化。
2 PLC远程监控的特诊
从特征性的角度出发对PLC远程监控系统急性分析，其主要包含系统安全可靠性、系统智能化和实时性的特征[3]。
系统安全可靠性特征：PLC远程监控利用庞大的有机组合体实现了远程故障信息的集中处理和分析，进而提高了信息的可靠性，强化了设备信息系统的整体故障判定准确性，为设备的使用和维护经济损失带来了可靠性。
系统智能化特征：PLC远程监控在设备监控和故障诊断的过程中根据设备的运行数据情况，实现了异常和故障的智能化判定和处理，并且能够及时的采取控制措施，以完成正常系统的智能化运行。
实时性特征：PLC远程监控在其工作系统的处理和监控上能够实现监控连续性，始终对设备运行的状态实施整体监控，并且采用无间断反应传输的方式将监控的信息实时的传递给后台的工作人员，进而降低了传统反馈信息传输的延迟性和不稳定性缺陷，进一步奠定了PLC远程监控在设备运行监控中的实时性特征。
3 PLC远程监控故障诊断方法分析
3.1 数字模型故障诊断方法
数字模型故障诊断方法主要是利用系统的可测量运行信息和数学模型先验知识故障信号对比进行检测，其属于一种分离系统故障的诊断方法。数字模型故障诊断方法主要是包含两个故障处理阶段，残差产生和故障决策。其中残差产生主要是利用被监控系统输出和输入信信号残差反应整个系统可能出现的故障，如果无故障则残差一般为零。故障决策流程主要是当残差被检测出存在故障，利用阙值的设定以及统计决策模型的似然或序贯概率比的方式决定故障决策方案，完成数据模型故障PLC远程监控诊断。
3.2 可测信号故障诊断方法
可测信号故障诊断主要是根据直接可测的输入和输出信号变化关系或变化趋势完成故障的整体诊断。可测信号故障诊断的过程中包含输入输出信号小波变化故障诊断以及数学形式表达故障诊断两个流程。第一流程中PLC远程监控系统能够利用系统暑促胡的幅值、频率、相位值等进行信号与故障源之间关系判定。第二流程数学形式表达故障诊断主要是使用批分析法、概率密度法及功率谱分析法的方式对输入和输出信号之间的波动差异性进行基础计算，完成可测信号故障运行诊断。
3.3 人工智能故障诊断方法
目前PLC远程监控人工智能故障诊断主要包含故障树诊断、故障专家诊断、模糊识别诊断和模糊数学诊断四种方法。其中故障树诊断主要是利用系统或设备内特定时间及其子系统部件故障之间的逻辑结构关系图完成故障逐层次的故障树分析法。故障专家诊断主要是利用专家视觉、听觉、触觉等客观事实对系统故障进行判定。模糊识别诊断主要是采用离线分析法和在线诊断分析法对系统故障表象特征向量集进行故障模式向量函数识别。模糊数学诊断主要是利用模糊集聚类分析系统不同水平子集之间的关系，作为故障判定的成因向量，利用故障模糊合成法完成对故障的远程诊断和监控。
4 总结
通过本文中对PLC远程监控及其故障诊断方法进行分析，能够看出PLC远程监控的应用具有安全可靠性、系统智能化和实时性的特征。就目前我国国内PLC远程监控故障诊断方法来看，其主要包含数字模型故障诊断方法、可测信号故障诊断方法和人工智能故障诊断方法三种类型，在其故障诊断方法构建和优化的过程中必须充分发挥网络远程监控技术的数据共享功能，加强远程监控系统故障诊断信息交流的快速性和交互性，进而为PLC远程监控系统的技术完善奠定基础。
参考文献：
[1]杨文刚.基于PLC的远程设备故障诊断方法研究[J].现代制造技术与装备，2016，05（02）：82-83.
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基金项目：广西机电职业技术学院2012年院级科研项目（【2012】KY004）。
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