打开文本图片集
【摘 要】 在介绍生产过程的可靠性、智能化、实时性、安全性和维护性的特点基础上，分析了现代生产对远程监控系统的要求和功能，提出了基于功能和层次结构的生产过程远程监控系统总体框架模型。从系统集成的角度出发，研究了该系统模型所涉及应用程序开发、Socket数据通信、数据采集、控制策略等关键技术。最后给出了实现这些关键技术的有效方法与具体技术。
【关键词】 生产过程 远程监控 功能 层次结构 系统设计
1 引言
随着工业生产的发展，生产规模日益朝着大型、高速、高效、连续、集成与自动化方向发展，对工业过程控制的要求越来越高，尤其对生产过程的监控系统提出了更高的要求。生产过程远程监控系统主要是通过对现场设备进行标定，对操作参数进行修改，实现各种先进控制，完成对控制系统的组态、下装、监视、设置参数等功能[1，2]。还必须保证系统本身具备的特性：实时性、可靠性、安全性、智能性、易用性、易维护性等特点[3，4]。
因此本文提出以软件功能和层次结构为基础的生产过程远程监控系统是一种能够适用于不同类型监控生产过程的软件平台，能根据用户对被控对象和控制目的的要求在模块间进行不同生产过程需求的远程监控系统，实现统架构设计、数据通信与接口、中间件开发等关键技术。
2 远程监控系统总体框架
2.1 设计原则
根据实际企业生产过程的分析，远程监控系统的设计应该具备如下原则[5]：（1）应该在充分了解生产过程的特性，明确要达到的监控任务目标，将整个监控目标系统逐渐分解直至确定出需要监测的生产过程设备、环境和参数等。（2）根据生产过程实际环境，选择合适的信号采集方法，使采集到的数据既能够保证监控，又不至于过多的硬件。（3）根据采集的数据，选择适合的数据处理方法，减少计算量，避免延时。（4）远程监控系统应该优先考虑采用网络化控制体系结构，这种结构不仅便于实现远程监控，而且还易于实现不同地域多点同时监控。
2.2 远程监控系统总体框架
生产过程远程监控系统通常分为生产现场模块（现场监测与控制）、中间层模块（数据存储与转发）和监控端模块（数据接收与命令发）[6]。生产现场模块是负责采集各个现场控制节点的运行状况数据、预处理数据，接收发来的控制命令，并进行解析、验证，采取相应的动作。中间层模块是由Web服务器和实时数据库服务器组成，Web服务器通过CGI、NSAPI、等扩展技术与生产现场模块和监控室模块进行信息的交互。监控端模块是监控人员直接与之交互的部分，主要功能是接收监控人员的输入，从中间层子模块获取监测数据或向其发送控制命令[7]。因此基于功能和层次结构的生产过程远程监控系统总体框架如（图1）所示。
3 生产过程远程监控系统设计
3.1 硬件设计
根据企业生产过程远程监控为目标和系统总体框架，构建生产过程远程监控系统。其中服务器均采用戴尔PowerEdge T620，Web服务器采用ASP技术和ODBC技术实现动态网页的设计和访问SQL Server 2005数据库。监控计算机采用无风扇工控机HICS980，处理与底层控制器、Java服务器端以及实时数据服务器端的通信。生产过程远程监控系统硬件结构设计如（图2）所示。
3.2 软件设计
生产过程远程监控系统应用程序可分为三个层次：即服务提供层、服务控制层和用户界面及系统功能定义层。服务提供层由数据处理、视频处理、音频处理、网络接入构成；服务控制层主要完成消息管理、流量控制、线程同步等功能。而其核心为服务器和客户端两部分程序。服务器应用程序采用Java语言编写，主要实现监督连接、数据传输、采样和控制。客户端应用程序采用ASP编写，主要负责参数的输入、数据接收和画图等功能。生产过程远程监控系统软件总体流程如（图3）所示。
3.3 现场生产过程应用程序设计
企业生产现场应用程序通常包括现：（1）场监控组态软件（2）远程操作代理（3）与现场设备和执行机构进行通信的各种驱动程序。在这些应用程序中，组态监控软件设计是最为核心的，而实现远程监控代理的功能代理软件是在生产现场监控PC上运行的一个软件模块。这些应用程序主要实现生产现场实时数据的采集与控制回写、管理和维护、为其它应用提供访问接口等功能。
3.4 远程监控软件设计
该软件的设计是生成各种动态网页，用于实现远程客户端与生产现场监控站交互的“中介”，把远程监控软件部署到Web服务器上，供登录Web服务器的客户端下载。同时实现采用Web应用程序完成用户信息的管理和历史数据的查询。远程监控软件是位于Web服务器的Web网页的基于TCP/IP和HTTP通信协议。通过通信服务程序与现场进行数据通信，实现远程访问本地的数据，达到远程监控生产现场的动态工艺流程、生产设备状态等目的。
4 结语
在分析应用十分广泛的远程监控系统基础上，利用数据通信、网络控制、互联网和数据等先进技术，提出一种基于功能和层次结构的生产过程远程监控系统。该系统以Java作为应用服务器的实现语言，客户端采用通用浏览器界面对企业生产现场进行监控，基于浏览器运行平台和服务器运行平台的独立性，实现了跨平台远程监控，可对生产过程、设备状态、环境等信息进行有效的监控。
参考文献：
[1]王英华，冯华，叶允明 等.基于Web的远程监控系统的一种新方案[J].济南大学学报（自然科学版），2001，15（3）：227-229.
[2]吴锋，李成铁，何风行，顾德英.基于Web 技术的远程监控系统研究[J].仪器仪表学报，2005，8：241-243.
[3]冯建新，王光兴，张大波.基于网络的设备远程监控系统的设计与实现[J].东北大学学报（自然科学版），2002，23（7）：617-620.
[4]Alexander S M. Monitoring ， diagnosis and control of industrial process[J]. Computer Ind. Eng.，1998，35（1，2）：193-196.
[5]张国辉.可重构的工业过程远程监控系统[J].机械设计与制造，2006，10：123-125.
[6]刘志成，颜谦和.数据库系统原理与应用（SQL Sever2005）[M].北京：机械工业出版社，2011.
[7]武生玉，孙川.工业过程远程监控系统的设计与实现[J].计量与测试技术，2004，69：21，30.
[8] Ko C C，Ben M C.Development of a Web-based Laboratory for control Experiments on a Coupled Tank Apparatus[C].IEEE Trans.Educ，2001，44：76-86.