摘 要:隨著科技的發(fā)展,工業(yè)控制不斷進步,現(xiàn)如今很多應(yīng)用到工業(yè)控制的領(lǐng)域?qū)た叵到y(tǒng)提出來新的要求,因為隨著技術(shù)的深入,監(jiān)控逐漸趨向更廣的覆蓋范圍、監(jiān)控點更零散、監(jiān)控對象不斷運動等,怎樣跟上這些新的趨勢,工業(yè)控制迎來新的研究。本文為了在移動平臺上實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計,將先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、電子技術(shù)等,在突破傳統(tǒng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)固有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和地理分布的基礎(chǔ)上,提供了全新的、易于實現(xiàn)的,安全性更高的方案。
關(guān)鍵詞:工業(yè)控制;特點;移動平臺;遠程監(jiān)控
中圖分類號:TP277
伴隨著科技的進步,工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)模式有了巨大變化,工業(yè)控制的技術(shù)有了質(zhì)的飛躍,從一開始模擬過程的模擬儀器到現(xiàn)在利用單片機進行的編程控制器,再到先進的DCS系統(tǒng)、現(xiàn)場總線技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng),等方面。工業(yè)控制系統(tǒng)的性能越來越完善,通訊的安全性、可靠性大幅提升。對于那些分散在更廣區(qū)域的、監(jiān)測難度更大的監(jiān)控要求,我們要設(shè)計出更加易實現(xiàn)更可靠的系統(tǒng),這是我們要思考的新問題?,F(xiàn)在半導(dǎo)體行業(yè)快速發(fā)展,給計算機行業(yè)同樣帶來不小促進作用,微處理器功能更強、體積更小,這些都為新型的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)提供了保障。
1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 有線方式
我們可以先看看遠程監(jiān)控技術(shù)中的有線監(jiān)控,其發(fā)展到目前,形式上主要就兩種:RS485本地網(wǎng)絡(luò)和通過電話線撥號上網(wǎng)的方式。前者構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀镜?、可以多?jié)點進行,在實際各種監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中廣泛被采用,它還可以通過多層次的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,組成較大的控制網(wǎng)絡(luò),但要是實現(xiàn)更加廣的區(qū)域建網(wǎng)不容易。電話撥號接入網(wǎng)絡(luò)的方式在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與實際操作中也有弊端,比如,戶外的惡劣環(huán)境以及經(jīng)常處在運動狀態(tài)的對象的監(jiān)控,就不易實現(xiàn)。另外,這種方式下的遠程監(jiān)控可靠性差,處理不了突發(fā)的雙向通訊。
1.2 無線方式
無線的方式在某些場合有著獨有的優(yōu)勢。它的網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋很廣區(qū)域,可以再監(jiān)控點分散的情況下應(yīng)用;不需要專門搭建通訊的纜線,建網(wǎng)更加靈活方便;Internet網(wǎng)絡(luò)可以直接在上面運行,維護的成本低。伴隨我國移動通訊技術(shù)突飛猛進的發(fā)展,短消息方式、GPRS方式都很快地被利用到無線監(jiān)控中,而且方式比以前更靈活,監(jiān)控的效果也比之前好,還大大降低了相關(guān)成本。筆者認為,未來某天起,移動平臺上的無線遠程監(jiān)控肯定成為監(jiān)控的主力軍。
2 移動平臺上的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
想在移動平臺上實現(xiàn)預(yù)期的無線遠程監(jiān)控,最好的辦法是利用移動通訊技術(shù)中的短消息技術(shù)和GPRS技術(shù),筆者根據(jù)整體的遠程監(jiān)控設(shè)計方案,結(jié)合了短消息技術(shù)與GPRS技術(shù)各自的特點,并考慮了設(shè)計的現(xiàn)實性和經(jīng)濟性,確定了最終的設(shè)計。
設(shè)計出的移動平臺上的無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要是由三個部分組成:上位監(jiān)控控制系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)場的儀器設(shè)備。上位監(jiān)控控制系統(tǒng)是監(jiān)控主機和打印機組成的,監(jiān)控主機是核心部件,用DNN線將其接入GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò),接受現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)傳來的監(jiān)控數(shù)據(jù)并向各個現(xiàn)場監(jiān)控發(fā)出控制信號和狀態(tài)命令,從而維持整個系統(tǒng)的和諧運行和功能實現(xiàn)。如果上位監(jiān)控任務(wù)重,可以設(shè)置多個上位監(jiān)控系統(tǒng),各自權(quán)限不同,構(gòu)成一個功能完善的上位監(jiān)控系統(tǒng)。
現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)搭建在監(jiān)控現(xiàn)場,通過各種的測量儀器儀表連接,可以對現(xiàn)場的電流信號、電壓信號、開關(guān)的閉合與否信號進行全面的檢測,還可以檢測出各種模擬信號,比如流量、壓力等。現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備要將這些監(jiān)控到的數(shù)據(jù)按一定的編碼方式編碼,再壓縮存儲,經(jīng)由GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳到上位機,上位機通過分析存儲數(shù)據(jù),向現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備發(fā)出指令使之能有效準確控制現(xiàn)場的各種設(shè)備。
現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的搭建不受地理情況影響,只要是在移動通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋到位置就可以搭建,并且其本身的通訊與上位機相對獨立,在上位監(jiān)控系統(tǒng)帶寬范圍內(nèi),現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)量不受限制,網(wǎng)絡(luò)組成也很靈活。
現(xiàn)場終端的設(shè)計是重點。它直接安裝于監(jiān)控現(xiàn)場,與現(xiàn)場儀表及設(shè)備相連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、發(fā)送以及設(shè)備控制等功能的設(shè)備。其基本的設(shè)計原則為:
(1)現(xiàn)場監(jiān)控終端是一個智能化的可獨立運行的系統(tǒng),他可以自動完成數(shù)據(jù)采集、信息處理以及簡單的控制運算等各項功能。
(2)現(xiàn)場監(jiān)控終端應(yīng)具有良好的可靠性,能后自動處理通訊堵塞、外部干擾等異常狀況,保證長期穩(wěn)定地不間斷運行。三、現(xiàn)場監(jiān)控終端還應(yīng)具有“黑匣子”的功能,能夠長期保存現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)。
基于這樣的設(shè)計思想,我們確定現(xiàn)場監(jiān)控終端具有如下功能:電池供電,內(nèi)置大容量后備充電電池,正常工作時由外界220VAC電源供電并對電池充電,外電源斷開時自動切換到內(nèi)部后備電池供電,能夠長時間繼續(xù)工作;內(nèi)設(shè)實時時鐘芯片,能夠長時間精確走時,并能與上位機進行校時;內(nèi)設(shè)大容量DATAFLASH存儲區(qū),能夠在掉電狀態(tài)下長期保存歷史數(shù)據(jù),并可到現(xiàn)場或通過GPRS方式讀取或查詢歷史數(shù)據(jù);現(xiàn)場監(jiān)控終端設(shè)置8路模擬量通道、1路頻率輸入信號、4路開關(guān)量輸入通道和4路開關(guān)量輸出通道;現(xiàn)場監(jiān)控終端內(nèi)部集成GPRS模塊,能將采集到的數(shù)據(jù)通過短消息或者GPRS方式實時傳輸?shù)缴衔槐O(jiān)控主機并接收上位機發(fā)送的命令或者組態(tài)信息。
根據(jù)前面的功能規(guī)劃,現(xiàn)場監(jiān)控終端由電源部分、傳統(tǒng)儀表部分以及無線接口部分三大部分組成,傳統(tǒng)儀表部分負責(zé)現(xiàn)場信號采集和控制信號實施等功能,無線接口部分實現(xiàn)數(shù)據(jù)通過短消息或者GPRS方式數(shù)據(jù)的傳輸,電源部分則為整個系統(tǒng)供電。
3 結(jié)束語
本文講述了在移動平臺上如何實現(xiàn)無線遠程監(jiān)控的系統(tǒng)設(shè)計原則、上位監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計要求、現(xiàn)場監(jiān)控終端的設(shè)計特點等內(nèi)容。限制科技不斷的進步,移動通訊技術(shù)日新月異、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)蓬勃發(fā)展,在筆者的設(shè)計中仍然有不少需要改善的地方,筆者認為,在移動平臺上的無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計在未來,可以從這些方面進一步完善:現(xiàn)在GSM、GPRS網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)領(lǐng)域主要的民生,而在工業(yè)控制方面的應(yīng)用還存在諸多不適應(yīng)和不兼容,因此有待改善。隨著Internet技術(shù)的不斷進步,上位監(jiān)控系統(tǒng)訪問現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備的方式會越來越多,將來可以實現(xiàn)在一些情況下將現(xiàn)場監(jiān)控行為聯(lián)網(wǎng),這樣可以實現(xiàn)任何一臺個人電腦上網(wǎng)就能訪問。
參考文獻:
[1]胡漢才.單片機原理及其接口結(jié)束[M].北京:清華大學(xué)出版社,1996.
[2]GSM技術(shù)標準.移動通信國家研究工程中心[S].1994.
[3]信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所.通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)的業(yè)務(wù)和應(yīng)用研究[Z].1999.
[4]胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.
作者單位:湖南廣播電視大學(xué),長沙 410004