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第1篇

關鍵詞:電廠安全生產;遠程監控;自動控制;遠程監控

中圖分類號:TM764

文獻標識碼:A

文章編號:1009-2374(2009)19-0033-02

隨著計算機技術、控制技術、通信技術、網絡技術等的快速發展,逐漸形成了工業控制的數字化、智能化與網絡化,使計算機控制系統逐步從集散控制系統(Distributed Control System,DCS)走向以現場總線為基礎的分布式現場總線控制系統(Fieldbus Control System,FCS)。FCS是集當今計算機技術、網絡通信技術和自動控制技術為一體的當代最先進的數字化網絡計算機控制技術,是一種全分散、全數字、全開放的控制系統,是自動控制技術發展的焦點和熱點,被譽為工業自動化領域具有革命性的新技術。

目前全國很多電廠都在實施生產系統的遠程自動化控制改造,采用FCS技術構建環繞全電廠的安全生產遠程監控系統是必然趨勢,因此,本論文將主要針對電廠內安全生產遠程監控系統的構建進行分析,以期和同行共同討論。

一、基于CSS架構的遠程監控系統設計

(一)系統的架構模式選擇

按照系統終端情況的不同,可將該數據采集監控系統的開發模式總的分為B/S(瀏覽器/服務器)和C/S(客戶端/服務器)兩種結構模式。B/S結構的系統以服務器為核心,程序處理和數據存儲基本上都在服務器端完成,用戶使用IE瀏覽器就可以進行事務處理。C/S結構的系統以服務器作為數據處理和存儲平臺,用戶在終端安裝特定的程序來進行事務處理,然后再將數據傳遞到服務器端。

結合上述分析,本論文采用C/S/S模式結構。C/S/S模式也叫客戶/應用服務器/數據庫服務器結構Client/Application Server/Database Server(C/S/S)模式,是從C/S模式發展而來的。這種模式中的三層架構“分工”明確。客戶端負責程序的應用和數據的讀取、分析等前臺操作,應用服務器存放并運行信息系統的業務邏輯,數據庫服務器存放并管理信息系統的數據。由于在客戶端和數據庫服務器之間使用了應用服務器來處理業務邏輯,大大減輕了數據庫服務器的壓力,極大地提高了系統的并發處理能力;另外,由于用戶的請求是發向應用服務器而不是數據庫服務器,使得數據的安全性大大提高,數據庫服務器的主要職責由應付客戶端的數據請求,也為了實現數據的網絡共享,故這種結構非常適合實時響應性、安全性、數據吞吐率等性能要求較高的系統,同時它也繼承了C/S結構的優點,目前這種方式是最可靠、最能完美體現電廠大范圍內的遠程監控系統的控制特點及要求。

(二)系統層次結構設計

1.上位機系統層次分析。電廠安全生產遠程監控系統采用三層C/S/S體系結構,使得用戶只需要通過客戶端即可輕松完成和實現豐富的信息管理等多種功能,整個上位機系統由客戶端應用程序、應用程序服務器和數據庫服務器三個層次構成,其中客戶端應用程序主要完成對電廠遠程監控系統的信息管理及控制等操作;應用程序服務器主要集成對全電廠安全生產管理系統的控制、管理程序;數據庫服務器主要是用于存儲電廠安全監控系統的生產、監測監控數據,以備查用。

2.下位機系統層次分析。既然要實現全電廠安全生產的遠程監控,就必須要借助網絡層實現對底層電廠生產設備、生產過程的遠程監測監控,如對鍋爐設備、水輪發電機組等生產設備的遠程監測及監控,因此對于下位機系統的層次構成,主要是由傳感采集設備(即傳感器)完成對生產設備的特征數據的采集,通過數據采集卡加載網絡通信模塊完成數據的網絡遠程傳輸,傳輸到上位機系統的數據庫服務器,并由用戶通過客戶端應用程序,通過調用應用程序服務器中的遠程管理控制程序,實現對底層設備的遠程監測與監控。

3.網絡傳輸層分析。根據電廠生產設備分布式的特點,以及對電廠生產過程遠程監控的要求,本論文采用現場總線技術,同時借鑒工業以太網的統一通信協議的特點,對面向全電廠布置的分布式安全生產系統實施遠程監控。遠程通信網絡布置要合理,這是在網絡傳輸層布置時必須遵守的。

(三)遠程監控系統的控制實現方式

電廠的遠程控制系統的控制方式采用遠程控制與現場手動控制相結合的方式。首先要實現相關生產設備及生產過程的遠程控制功能,這主要依賴于對底層設備的控制數據的組態而實現,通過上位機的客戶端程序,實現對電廠安全生產的遠程控制功能;其次,是要在相應的生產設備或生產過程現場配備手動控制開關,以滿足不同的優先級控制需求,也有利于對相關生產設備的現場檢修、維護和系統改造升級等。

二、電廠安全生產遠程監控系統的實現

(一) 遠程視頻監視系統設計

1.視頻信號傳輸方式。工業電視系統的信號傳輸有兩種方式:電纜傳輸和光纖網絡傳輸。這里選定光纖作為電廠遠程視頻監控系統的傳輸介質,結合目前現場總線發展的新技術,依靠最先進的工業以太網通信技術實現電視監控系統的聯網傳輸。

2.系統設計。電廠生產遠程視頻監控系統主要由前端攝像設備、視頻控制設備、光纖數據傳輸設備和視頻輸出設備等部分組成。(1)前端攝像設備。前端攝像設備即為安裝在社區內的各個布點場所的攝像機。地面使用的攝像機由于監控范圍較大,大部分使用的是云臺攝像機,云臺是一個能進行水平和垂直兩個方面運動的裝置,安裝于其上的攝像頭能夠實現水平350°,垂直90°全方位攝像,因此選用彩色全方位攝像儀。(2)視頻控制設備。視頻控制設備是監控系統的心臟,可以分前向設備與后向設備,前向設備主要包括視頻服務器,主要功能是實現視頻信號的聯網;后向設備主要由光發射機、光接收機、視頻分配器、視頻矩陣控制切換系統、處理器、云臺控制器等組成,一般安裝在總調度室,完成視頻圖像的接收與處理,遙控云臺的全方位移動,調節鏡頭焦距的變化以及各種輸出信號的控制。(3)光纖數據傳輸設備。數據傳輸設備主要采用光纖進行傳輸,同時需要為整個傳輸系統配備交換機及流媒體服務器等設備,實現視頻信號的全數字化傳輸。采用光纖的最大優勢就在于可以遠距離而無失真的傳輸視頻數據信號。(4)視頻輸出設備。視頻輸出設備主要包括監視器、DLP大屏幕和硬盤錄像機,調度室的工作人員可以通過監視器、DLP大屏幕對控點進行24h監控,也可通過硬盤錄像機將攝像機圖像保存下來,為電廠安全生產提供必要的數據信息。

(二)遠程數據傳輸通信協議設計

通信應用服務程序和監控終端間的通信方式是基于TCP/IP網絡的Windows Socket通信,因為這種通信協議是目前現場總線中最為主流和應用最為廣泛的通信協議之一,用來傳送各種監控數據、信息和控制命令等,具體的通信協議如下:

幀組成字段的意義:

1.IP地址用來標識發送者的網絡地址,用long表示。

2.類型表示通信類型,共分為2種,即:查詢和應答,用byte表示,其中0x01表示查詢,0x02表示應答。

3.時間指當前系統時間,表示幀發出時的本機系統時間,在中心服務器發向端局監控機的查詢幀中用于校對監控機的系統時間,用time_t表示,即精確到秒級。

4.數據長度用來表示后跟數據的總長(字節,不包括長度本身及以前數據),用long表示。

5.數據是指具體的數據,其組成及解釋隨類型不同而變化。只要在需要實現遠程監控的設備或機房內布置了采用該通信協議的現場總線,那么該生產設備或生產過程就可以被集成到全電廠安全生產監控系統的平臺上,實現安全生產的遠程監測與監控。

(三)遠程監控系統的接口設計

接口是指通信服務器和底層的遠程監控終端之間的通信接口。

通信服務器和監控終端之間的通信接口,采用基于TCP/IP網絡的Windows Socket通信方式,包括以下部分:

1.系統對時:監控終端定時向通信服務器查詢系統時間,把本機時間和通信服務器時間進行同步。

2.查詢一個機房運行狀態。

3.查詢一個班組:當監控終端主機監控一個班組時,定時向通信服務器發查詢本班組所有機房運行狀態的命令。對獲得的機房數據進行處理。

4.查詢所有機房:當監控終端主機監控所有機房時,定時向通信服務器發查詢所有機房運行狀態的命令。對獲得的機房數據進行處理。

5.查詢通信狀態:監控終端主機定時發送查詢交換機當前通信是否正常的命令。

6.接收報警:監控終端主機接受通信服務器發送的報警信息并進行處理、顯示。

三、結語

電廠是我國重要的電力能源輸出基地,對于全國數千個電廠而言,實現生產過程的遠程自動化控制,是提高我國工業生產自動化、智能化水平的重要要求,同時對于生產設備和生產過程的遠程安全監控,也是不可缺少的。本論文對電廠安全生產遠程監控系統進行了分析設計和討論,給出了完整的遠程控制方案和遠程監控的實現手段,對于提高自動化水平和計算機自動控制在電廠安全生產遠程監控系統中的應用具有一定的指導和推廣意義。

參考文獻

[1]劉桂芝.智能社區網絡視頻監控報警聯動系統的設計[J].微計算機信息,2005,(28).

[2]倪海燕,馬常旺,胡超.基于多線程技術的智能小區管理服務系統構建[J].寧波大學學報(理工版),2006,19(1).

第2篇

關鍵詞：因特網 局域網 遠程監控

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）（03）（c）-0014-02

最近幾十年，科學技術突飛猛進的發展，企業聯盟和虛擬企業也相繼出現，因此對自動控制領域有了更深層次的要求，于是，遠程監控技術這一新的技術誕生了。遠程控制技術就是將Internet技術和現場監測控制結合起來的一種技術，通俗的說就是將現場采集到的信息通過因特網傳輸的控制中心的一種復合型技術。遠程監控技術的出現也在很大程度上解決了很多大型企業的管理和安全問題，一定程度上提高了企業的時效性。本課題是基于Internet網絡的遠程監控技術，由于該系統具有簡單易用、可實現無限互聯、易于再次擴展、覆蓋范圍廣等特點，因此在高新開發技術中具有巨大潛能。

1 遠程監控系統的總體結構

本課題是一種把嵌入式智能體、遠程監控、網絡傳感器等相關技術集于一體的綜合管理系統，在工業裝備的控制和監測中體現的尤為明顯。從組成結構上主要包括監控中心（上位機）、網絡服務器以及現場信息采集終端（CAN節點）。其結構圖如圖1所示。

監控中心（上位機）是由VC++結合數據庫技術編寫，主要功能是監測現場設備，將現場采集到的數據信息通過Internet網絡存儲到數據庫中，并進一步根據需要對向終端發送控制指令。網絡服務器主要的作用是完成以太網和CAN總線之間的協議轉換工作。數據采集終端，即CAN節點的作用是采集現場的數據，并負責將采集到的信息發送到因特網進而發送到上位機，同時響應應來自上位機的控制指令，并完成相應的動作。

本系統的硬件組成上，主要包括：局域網設備、基于CAN/TCP協議的網絡服務器、監控終端以及CAN節點。從軟件的角度本系統主要分為：上位機控制程序、設備的驅動程序、數據采集程序、網絡通信程序、數據庫程序。

2 系統硬件設計

嵌入式系統的硬件主要包括處理器、存儲器和設備三部分，它具有復雜性和多樣性等特點。由于嵌入式開發的對象是具體的應用，并且各個項目實現的硬件環境也具有針對性的特點，所以開發嵌入式必須根據具體的應用環境配置、設計和調試[1]。

核心板主要包括微處理器S3C2410A、隨機存儲器（SDRAM）和FLASH。其中，SDRAM即為操作系統和運行程序的空間，FLASH用來保存移植的操作系統和應用程序的代碼。板包括系統電源、CAN模塊、以太網模塊、JTAG模塊和串口。電源模塊用于輸入5 V電壓，提供3.3 V和1.8 V輸出的直流供電。CAN模塊用來收集和發送CAN總線上傳輸的數據，以太網模塊用來連接互聯網和硬件系統，JTAG和串口用來開發、調試和后期維護嵌入式服務器電路板，這些模塊都是為了滿足后續軟件實現交叉編譯方式而加入的。嵌入式服務器的硬件系統結構圖如圖2所示。

3 系統軟件設計

本課題在設計遠程監控平臺的過程中，涉及到很多步驟，綜合起來主要有五大階段，分別為。

（1）需求分析階段。在該階段中，可以比較準確、及時地了解并分析用戶的某些需求，因此它是遠程監控平臺設計過程中最基礎的階段，同時也是必不可少的。

（2）總體設計階段。通過對前一階段獲取的用戶需求加以綜合、歸納與整理，形成一個與具體系統相獨立的總概念模型，它是整個遠程監控平臺設計的關鍵階段。

（3）各個部分具體實現階段。在該階段中，借助具體的開發語言、工具及運行環境，并依據總體設計的結構達到預期目標，同時建立各部分對應實現的功能，并對應用程序進行多次運行和調試，直到無誤為止。

（4）系統集成階段。這部分的主要工作是是對各部分實現的功能進行系統集成和整體測試，并根據測試所得結果進行相應的修改和完善，修改完畢之后再次試運行。

（5）系統運行與維護階段。再次試運行成功以后，即可進行正式運行操作，整個系統在運行的過程中，很可能會出現一系列錯誤或非錯誤但不完善的問題，必須針對這些問題進行修改和調整將其全部解決。如圖3所示。

在連接創建的過程中，必須與嵌入式服務器的網絡進行連接，只有這樣，這兩者之間才有可能正常通信，如果兩者未建立連接關系，則通信失敗。正確連接之后，下一步的工作是獲取現場設備的運行狀態信息，這樣正確設計接收模塊就顯得尤為重要，使用Socket來接收數據需要下面三個步驟：（1）監聽網絡，同意網絡連接申請（即連接）。（2）獲取用于接收數據的Socket實例以接收遠程主機發送來的控制碼等數據信息。（3）根據遠程主機發送來的控制碼，斷開網絡連接，并將資源進行清除。接收數據流程圖如圖4所示。

4 結語

在課題中，把CAN總線和嵌入式因特網技術結合之后應用到遠程監控系統中，從而使得測控網絡的全分散、全數字化得以實現，此外，它還解決了因特網和現場底層設備的無縫連接問題。在此過程中，遠程監控平臺通過嵌入式服務器對CAN總線上的智能設備進行訪問，記錄其在各個時刻的控制運行狀態和參數，并把所獲得的數據錄入到數據庫中以便于后續訪問和獲取。此外，網絡數據庫還支持智能CAN節點的動態配置與重構。

參考文獻

[1]任明偉.基于ARM的嵌入式視頻采集與遠程傳輸系統的設計與實現[D].河北大學碩士論文，2011.

第3篇

【關鍵詞】水汽品質;監控;網絡;可靠性

各行各業的發展都離不開電力的支持，為了保證電廠的安全生產，電廠遠程監控系統的設計與實現就非常必要。起初遠程監控功能用于PC用戶在離開辦公室的時候能訪問臺式PC硬盤中的信息，甚至可以通過其臺式PC訪問企業網絡資源。但隨著通信技術、控制技術、計算機技術的飛速發展，遠程監控技術愈來愈完善，Internet技術已經滲透到日常生活和工業生產的各個領域，包括工業控制方面，這使得電廠遠程監控成為可能。

1.熱電廠遠程監控

熱電廠實質上是一個能量轉化工廠，由于電能尚且不能大量存儲，而且熱力設備眾多、熱力系統龐大、生產過程復雜。在這個過程中，應充分發揮計算機在機組運行檢測、控制和管理上的作用，控制發電機組及其輔助設備在優良的狀態下運行，最大限度地發揮機組設計效率。由于各局部生產過程之間的狀態相互影響較大，而且各主要生產設備的動態特性之間存在很大的差異，發電機組的運行狀態控制，必須具備協調不同運行設備工作的功能。

遠程監控系統是集計算機技術、控制技術、通信技術、網絡技術為一體的產品，是指具有數據采集、監視、控制功能的計算機系統，即監控和數據采集系統，也就是人們常說的SCADA系統。具有功能強大、操作簡便和可靠性高等特點，它可以方便地用于工業裝置的生產控制和經營管理。在這個系統中，計算機直接參與被監控對象的檢測、監督和控制。由于遠程監控的對象是現場設備，這就要求整個遠程監控系統應該完備的考慮以下幾點：首先，要可靠性和容錯性，即要求在系統出現故障的情況下，能夠自動或半自動地（需人工干預）采取相應的措施，保證系統恢復正常運行。

2.系統功能分析與設計

水汽品質的遠程監控系統通過現場傳感器取得采樣值，然后經過現場控制測量設備對采樣值進行一系列的數學處理，再通過網絡把處理后的數據傳送到遠端監控站與服務器，從而使遠端監控站和遠程服務器可以對數據和狀態值進行集中的管理。

2.1 水汽系統水處理流程

圖1 發電廠水處理流程

圖1是電廠水汽系統流程圖，補給水是在原水經各種工藝處理后，補充因鍋爐汽水損失的水。由于給水直接進入鍋爐，故對其水質必須加以嚴格控制，以防止設備的結垢與腐蝕。然后進入鍋爐，在鍋爐本體蒸發系統中運行的水，則稱為爐水。給水經省煤器提高溫度后進入蒸發管（爐堂內側的上升管），然后由下降管（爐堂外測）經下聯箱進入蒸發管。在蒸發過程中，水吸熱成為水汽混合物，又返回汽包形成循環回路，這就是鍋爐的爐水系統。如爐水的水質不嚴格控制，就會導致水汽系統的結垢與腐蝕。水與汽在氣包中得到分離后，產生的飽和蒸汽經過熱器轉為過熱蒸汽進入氣輪機。整個流程是由原水經處理后->補給水經給水泵使給水進入鍋爐后，依次經過預熱段->蒸發段->過熱段->過熱蒸汽->汽輪機排汽經凝汽器->凝結水->經處理后返回給水系統。

2.2 功能分析

遠程監控系統有兩種類型，一種是在生產現場沒有現場監控系統，而是將數據采集后直接送到遠程計算機進行處理;另一種是現場監控和遠程監控并存，這里選擇采用后一種方式，即有現場監控系統。水汽品質遠程監控系統能實現以下一些功能：

1）數據傳輸與處理功能：主要是把生產過程中采集的各種模擬或數字量，通過串口和網絡傳輸到數據處理器和遠程監控站與服務器并進行相應處理，同時通過EXCEL表把數據顯示給用戶。

2）管理功能：管理人員能夠通過IE瀏覽器監測到系統的運行狀態、現場工作人員的工作記錄等。

3）存儲功能：對實時數據和歷史數據加以存儲。

4）冗余容錯技術：使用雙網、雙機熱備、冗余等技術保證系統可靠運行。

5）安全與報警功能：利用己有的有效數據、圖像、報表等對工況進行分析、故障診斷、險情預測，并以聲、光、電的形式對故障和突發事件報警。

2.3 結構設計

完整的基于Intranet的遠程監控系統可劃分現場設備層、現場監控層和遠程監控層，它們相互獨立，通過網絡技術和數據交換技術有機的結合起來，如圖2所示。

圖2 遠程監控系統拓撲分層

現場設備層是由安裝在工業現場的智能儀表、采集器等各種具有數據采集功能的智能設備以及其采用的總線和協議組成。與現場監控層采用RS-485總線進行串口傳輸，現場模塊不斷的采集現場原始數據，在它們不發送數據時處于監聽模式，主機對一個模塊發出一個帶地址的命令，然后等待模塊的相應。現場監控層從現場設備中獲取數據，完成各種控制、運行參數的監測、報警等功能，另外還包括控制組態的設計。可以說現場監控層是整個遠程監控系統的核心，由多個數據處理器子站構成，通過控制網絡與現場設備層進行數據交換。現場監控層對數據的實時性要求比較高，它要保證系統采樣的實時性以及系統對各種操作的響應時間要求，而采用RS-485串口通信可以滿足水汽品質系統對實時性的要求。遠程監控層以現場監控層為基礎的信息系統，通過通信對現場數據分類管理，并通過企業管理信息系統（MIS）數據，這一部分的實現使得遠程監控系統的功能得到延伸和完善。

3.軟件開發與可靠性研究

系統采用C/S與B/S編程模式相結合的軟件結構進行設計，它不僅能夠實現對水汽品質現場數據的采集與監控，而且能夠通過瀏覽器實現數據的遠程網絡查詢和共享。

3.1 程序設計

C/S模式的軟件設計實現的功能是：遠端用戶可以通過客戶端應用程序在線監測系統現場設備層的工作情況，實現遠程監測;遠程用戶可以通過虛擬界面向現場設備層發送控制命令，實現遠程控制。監控程序需要專門創建一個線程來處理串口數據，接收串口采集來的數據并予以顯示。系統必須對端口進行配置，以完成串口的采集。

對于遠空間距離的技術人員和廠級管理人員需要觀測遠程監控系統的數據的變化，可以通過以TCP/IP為核心協議的網絡技術來實現。基于B/S方式的遠程監控系統是以數據采集層為基礎的，而數據采集層實際上包括了設備層和監控層，前面已經對設備層和監控層進行了設計，監控層是實現對采集數據的處理、顯示，對設備層的管理、控制，同時將處理過的數據寫入數據庫中，因而監控層又是數據庫與設備層之間的橋梁。ASP技術是Browser/Server模式下編制動態網頁的一種很理想的工具，它支持ActiveX控件和動態HTML，能實現用戶的編程要求。ASP根據訪問數據庫的結果集生成HTML語言的主頁返回給瀏覽器端。利用ASP技術實現Web數據庫的數據流圖如圖3所示。

圖3 ASP技術實現Web數據庫流程

整個系統的運轉情況是：用戶通過網絡瀏覽器查詢網絡服務器提供的數據頁面并發出請求，網絡服務器根據請求查詢數據庫，并向用戶返回查詢結果。

3.2 監控系統可靠性分析

熱電廠水汽品質遠程監控系統的可靠性從總體上考慮主要是四部分，分別是系統結構的可靠性、數據傳輸網絡的可靠性、硬件的可靠性及軟件的可靠性。在未采取可靠性措施前，系統都是串聯結構的，即系統的每一個部分都相當重要，任何一部分發生故障整個系統都會受到牽連。所以我們必須采取一定的冗余措施，對系統進行備份，熱電廠水汽品質遠程監控系統系統備份可靠性框圖分別如圖4所示。

圖4 系統備份可靠性框圖

適當采取冗余措施，能大大提高系統可靠性，并且采用模塊備份能得到比系統備份更大的可靠性。除此之外，遠程監控主機部分采用雙機熱備份方式，從機與主機之間的監聽采取請求與應答的方式，從機以一定的時間間隔向主機發出請求，主機應答表示工作正常，主機如果沒有作出應答，從機將切斷主機的網絡數據傳輸，立即與現場工作站進行握手連接。

4.總結

本文論述的熱電廠水汽品質遠程監控系統是基于Intranet的遠程監控系統，它將網絡技術、數據庫技術和控制技術結合起來，進行了C/S（Client/Server）和B/S（Browser/Server）相結合的軟件設計，不僅實現了水汽品質現場數據的采集與監控，而且能夠通過瀏覽器（比如IE瀏覽器）實現數據的遠程網絡查詢和共享。同時為提高系統的可靠性，分別對系統體系結構、網絡傳輸結構、軟件及硬件這四個方面進行了可靠性設計。工作人員不必親臨現場（尤其在惡劣環境下）就可以對現場的工作情況進行監控，完成參數設置與調整，進行故障恢復等，大大提高了勞動生產率;通過遠程監控技術，可以加強企業內部合作，可以更合理的安排生產，加強企業的競爭力。

參考文獻

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