移動平臺上的無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)

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。

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作者單位：湖南廣播電視大學(xué)，長沙 410004