远程监控技术论文范文

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第1篇

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).

第2篇

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.

第3篇

【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

[1]张云生，祝小红，王静.网络控制系统[M].重庆：重庆大学出版社.2003.

[2]曹长武，宋丽莎，罗竹杰.火力发电厂化学监督技术[M].中国电力出版社.2005.

[3]邱小虎.基于B/S结构的开放性工业信息监控系统研究[硕士学位论文].昆明：昆明理工大学.2001.

[4]Fujimoto，K.Ata，S.Murata，M.Playout control for streaming applications by statistical delay analysis[J].IEEE International Conference on Communications.v8，2001.

[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.