（计算机应用技术专业论文）基于internet的泵站远程监控系统设计.pdf

撼于i n t e r n e t 的泵站远程髓控系统蹬计 摘要 随着自动控制技术和网络通信技术的不断发展，通过网络实现工业企业远 程监控、远程管理，以达到资源共享和管理决策的目的，已成国内外工业控制 研究的热点。 本文通过对泵站远程监控系统的研究，针对仪征十二圩泵站，提出了泵站 远程监控系统的技术方案，全面介绍了基于i n t e r n e t 的远程监控系统的总体结 构和集成技术，完成了泵站远程监控系统的设计。 本文的主要工作如下： 1 本课题以仪征十二圩泵站为研究对象，提出了基于 i n t e r n e t i n t r a n e t i n f r a n e t 网络体系结构的泵站远程监控系统方案。 2 给出了泵站远程监控系统功能实现的原理。并给出了主要的网络集成技 术和较详细的功能实现方法，其中采用的技术主要有：基于t c p i p 的w i n s o c k 网络通信技术、现场监控计算机与p l c 的串行通信技术、w e b 开发及数据库技 术等。 本文将信息网络与控制网络集成化，设计并实现了泵站远程监控系统，提 出的通用远程监控集成方案，具有良好的经济效益和推广应用价值。 关键字：泵站、远程监控、i n t e r n e t 、w i n s o c k 、m s c 。m m 、p l c 东南大学硕l 一学位论文 a b s t r c t w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fa u t o m a t i cc o n t r o la n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yo f t h en e t w o r k ，i th a sa l r e a d yb e c o m et h ei n v e s t i g a t i n gh o t s p o tt o i m p l e m e n tr e m o t e m o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n tf o rr e s o u r c e - s h a r i n ga n da d m i n i s t r a t i v ed e c i s i o no v e r n e t w o r ki nd o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a li n d u s t r i a lc o n t r o la p p l i c a t i o n a f t e r r e s e a r c h i n gt h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo fp u m p i n gs t a t i o n ， t h e t e c h n o l o g i c a ls c h e m eo fr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo ft h ey i z h e n gs h i e n v e ip u m p i n g s t a t i o nh a sb e e np mf o r w a r da 1 1 dt h es y s t e ms t r u c t u r ea j l di n t e g r a t e dt e c h n o i o g yo ft h e r e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do ni n t e m e ta r ei n t r o d u c e di nt h i st h e s i st h e d e s i g no f t h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo fp u m p i n gs t a t i o nh a sb e e nf i n i s h e di nt h ee n d m a i nt a s k so ft h et h e s i si n c l u d e ： 1 r e s e a r c h i n go b j e c ti st h ey i z h e n gs h i e r w e ip u m p i n gs t a t i o ni nt h et h e s i st h e s c h e m eo fr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo ft h ep u m p i n gs t a t i o nh a sb e e np u tf o r w a r d b a s e do ni n t e m e “i n t r a n e t i n f r a n e tn e t w o r ks y s t e ma r c h i t e c t u r e 2 t h e p r i n c i p l e ，m a i n n e t w o r k i n t e g r a t e dt e c h n o l o g y a n dm a i nf u n c t i o n i m p l e m e n t a t i o n 士o rr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo ft h ep u m p i n gs t a t i o na r ei n t r o d u c e d m a i nt e c h n 0 1 0 9 ya r e ：w i n s o c kn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yb a s e do nt c p i p ， s e r i a lc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yb e t w e e nc o m p u t e ra n dp l c ，w e ba n dd a t a b a s e t e c h n 0 1 0 9 y ，e t c t h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo fp u m p i n gs t a t i o nh a sb e e nd e s i g n e da n d r e a l i z e db yc o m b i n i n gi n f o r m a t i o nn e t w o r kw i t hc o n t r o ln e t w o r l ( i nt h et 1 1 e s i st h e g e n e r a ls c h e m eo fi n t e g r a t e dr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e ms h o w sb e t t e re c o n o m i c b e n e f l ta n dp o p u l a r i z a t i o nv a l u e k e yw o r d s ：p u m p i n gs t a t i o n 、r e m o t em o n i t o r i n g 、i n t e m e t 、w i n s o c k 、m s c o m m 、p l c 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论义魁我个人似导! j i l j 指导卜进行的研究i ：作及取得的研究成果。 尽我所知除了文中特别加以标注和致谢的地斤外，沦文中j ；_ f i 包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南人学或它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均l 二：i ：i ：沦文t i l 作了明确的说明j f 表示了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南火学、小啁科学技术信息研究所、【目家罔f s = 1 f 行权保科小人所送交学位论文的复印 件和电子文档，叮以采川影e 、缩刚或j 他缸制r 段f 采仃论艾。小人l ur 文档的内容和纸质 论文的内棒耳1 i 敛。除亿保密j 9 | 内的你惭沦_ ! = ( = 外允r l ：论义被 阅和f 持阅，训。以公枷( 包括 刊蹙) 论文的全部或；_ f i ；分内奔。沦义的公斫j ( 也 。l ：u 仔) 授权尔南人学 i j 究生院办理。 研究生妣扭妣垒豇期： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 计算机控制与信息网络技术在监控领域的应用 1 1 1 信息网络技术的发展“”“1 随着计算机技术和通信技术的发展，信息网络技术也得到了进一步的发展。从1 9 6 9 年第一个分组交换计算机网络a r p a n e t 出现以后，经过多年的发展，计算机网络已经得 到了广泛的应用。各种通讯形式、交互式的数据对话、批量数据传输、文件文本传输、 声音或传真以至会议都在网络中实现了。 数字技术的发展，改变了传统的模拟传输方式，使得综合业务数字网i s d n 快速发 展；技术成熟的宽带局域网，被广泛应用于办公自动化、校园网和其他领域：i n t e r n e t 的发展和普及，使它成为公认的未来全球信息基础设施。随着各种网络间的接口、传输 速率、互连标准的很好解决，网络标准化工作进一步完善，网络访问、服务、管理、安 全和保密进一步改善，网络的可用性得到了很大的提高。 以太网和t c p i p 协议的广泛应用促进了i n t e r n e t 的飞速发展，应用t c p i p 的以 太网已经成为最流行的分组交换局域网技术，同时也是最具开放性的网络技术。t c p i p 协议极其灵活，几乎所有的网络底层技术都可用于传输t c p i p 的通信，工业生产过程 的控制系统正在向智能化、数字化和网络化的集成方向发展。在控制系统中集成成熟的 网络技术，加快了企业信息控制一体化进程。 信息社会的主要标志就是信息高速公路的兴起和信息网络的日益普及，以及 i n t e r n e t 国际互联网和i n t r a n e t 企业内部网为代表的信息网络技术的迅猛发展及其相 关技术的成熟。目前，信息网络已经向着范围更广的浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ) 结构方向发展，网络的操作系统、网络的管理工具、网络协议和网络上提供的服务等技 术和手段也更要规范化和完善。 i n t r a n e t 是基于t c p i p 的计算机网络互连与扩展技术，它采用w e b 技术，成功 地将i n t e r n e t 与局域网结合起未，广泛应用于企业内部网( 也称企业网) ，i n t r a n e t 技术上与i n f r a n e t 相比更为成熟。由于它采用t c p i p 协议的开放系统，能方便地与 外界连接，尤其是与i n t e r n e t 连接，i n t r a n e t 作为i n t e r n e t 的扩展，i n t r a n e t 在技 术上依赖于i n t e r n e t ，而i n f r a n e t 具有自身特点，随着i n f r a n e t 的发展，i n f r a n e t 与i n t r a n e t 逐渐结合在一起，现场总线的通信协议标准化，使二者的连接成为可能。 1 1 2 工业控制技术的发展“m 6 1 1 直接数字控制( d i r e c td i g i t a lc o n t r o l ，d d c ) 系统 计算机从1 9 4 6 年诞生以来，最早在5 0 年代中后期，就已经被应用到控制系统中。 6 0 年代初，出现了由计算机完全替代模拟控制的直接数字控制。d d c 系统首先是把反应 过程状态的参数经过采样，并经过模数转换为数字量送人计算机中。计算机根据一定的 控制算法进行计算，将控制作用通过数模转换，经执行机构去控制生产过程。其特点为 结构紧凑、轻便灵活、操作方便，但其抗干扰能力差、可靠性差。 2 集散控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，d c s ) 1 9 7 5 年出现了以微处理为基础的分散式计算机控制系统，它以多台微处理器进行 分散控制，并通过数据通信网络实现集中管理，被称为集散控制系统。分布式控制系统 由分散过程控制级( d d c 级) 、监督控制( s c c 级) 和生产管理级( m i c 级) 组成。d c s 实际 上是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种控制技术。 具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、操作显示集中、安全可靠等优点。能够 适应工业生产过程的各种需要，提高生产自动化水平和管理水平。 进入9 0 年代以后，由于计算机网络技术的迅猛发展，使得d c s 系统得到进一步发 展。在今天的工业控制领域d c s 仍然占据着主导地位，但也存在一些不足：如d c s 中常 规模拟仪表对一结构造成界限庞杂、工程周期长和维护困难；模拟信号传输精度低， 且易受干扰；操作人员对其参数调整困难等。 3 现场总线控制系统( f i e l d b u sc o n t r 0 1s y s t e m ，f c s ) 9 0 年代开发出来的现场总线f c s 是一个由三类部件组成的实时连续反馈系统，即由 被控过程、数据融合机制、传感器及拖动器组成的闭环通信控制系统。f c s 废弃了d c s 的输入输出单元和控制站，把d c s 控制站的控制功能和d c s 的输入输出功能分散到 网络的现场设备，控制回路由现场设备实现，从而实现了彻底的分散控制。 f c s 的核心是现场总线。现场总线技术是9 0 年代兴起的一种先进的工业控制技术， 它将当今网络通信与管理的观念引入了工业控制领域。现场总线技术解决了网络控制系 统自身的可靠性和开放性问题，逐渐成为了计算机控制系统的发展趋势，一些发达的工 业国家和跨国工业公司纷纷推出自己的现场总线标准和相关产品，如德国b o s c h 公司推 出c a n 、美国e c h e l o n 公司推出的l o n w o r k s 等。从本质上说，它是一种数字通信协议， 是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网 络。是控制技术、仪表工业技术和通信网络技术三者的结合，具有现场通信网络、现场 设备互连、互操作性、分散的功能块、通信线供电、开放式互联网络等技术特点，这些 特点不仅保证了它完全可以适应目前工业界对数字通信和自动控制的需求，而且使控制 网络与i n t e r n e t 互连成为可能，代表着今后工业控制体系发展的一种方向。 1 1 3 控制网络与信息网络的集成“7 1 控制网络的出现，打破了自动化系统原有的信息孤岛的僵局，为工业数据的集中管 理与远程传送，为自动化系统与其他信息系统的沟通创造了条件。控制网络跟办公网络 第一章绪论 和i n t e r n e t 的结合拓宽了控制系统的视野与作用范围，为实现企业的管理控制一体化、 实现远程监视和操作提供了基础条件。 目前，i n t e r n e t 正把全世界的办公系统和通信系统逐渐集成起来，形成一个资源 庞大的信息网络，而应用于企业生产现场的控制网络也正由传统的集散式控制系统向现 场总线系统发展。信息网络一般处于企业中上层，处理大量的、变化的、多样的信息， 具有高速、综合的特征。控制网络一般是指用于控制设备的网络系统，主要位于企业中 下层，处理实时的、现场的信息，具有协议简单、容错性强、安全可靠、成本低廉等特 征。通过控制网络可以实现对设备的良好控制或享受设备提供的良好服务。 控制网络与信息网络是两种主要的相对独立又互相联系的网络。这两种不同的相对 独立的网络可通过网关或路由器进行互联。如果控制网络只是作为信息网络的一个子网 或网段，这可通过网络扩展的方法，如网桥或中继器实现。控制网络与信息网络的集成 将为企业计算机综合自动化与信息化创造条件。 控制网络与信息网络的集成技术主要有： ( 1 ) 控制网络与信息网络集成的互联技术。一般说来，控制网络与信息网络是两 类具有不同功能、不同结构和不同形式的网络。实现控制网络与信息网络的互联是控制 网络与信息网络集成的基本技术之一。通常采用方法有网关和路由器。w e b 技术在控制 网络与信息网络互联中已得到实际应用。 ( 2 ) 控制网络与信息网络集成的远程通信技术。控制网络通过信息网络得到扩展， 由于分布距离远和数据传输环境复杂，因此，必须要有一个可行的数据通信技术和应用 平台来支持控制信息在信息网络上的传输。 ( 3 ) 控制网络与信息网络集成的动态数据交换技术。当控制网络与信息网络有一 共享工作站或通信处理机时，可通过动态数据交换技术实现控制网络中实时数据与信息 网络中数据库数据的动态交换，从而实现控制网络与信息网络的集成。 ( 4 ) 控制网络与信息网络集成的数据库访问技术。基于w e b 技术，通过浏览器可 与信息网络数据库进行动态的交互式的信息交换，实现控制网络与信息网络的集成。 9 0 年代信息网络技术发展和应用取得了成功和突破，与国家工业自动化建设密切相 关的控制技术也受到这场革命的深刻影响。信息网络技术的发展对控制技术产生了巨大 的推进作用。控制设备的互连、基于网络的监控和全分布式的测控系统等新技术已经开 始成熟并投入实际应用。信息网络的开放性、互操作性等思想以及它们的体系结构、组 网技术、通信服务和寻址方式这些新技术都已渗透到控制领域和控制网络中。这些技术 的广泛使用必将对控制技术的进步起到极大的推进作用。 1 2 远程监控系统概述 1 2 1 远程监控的概念及意义”“9 1 远程监控的概念 远程监控是指利用计算机通过网络系统( 特别是i n t e r n e t ) 实现对远程工业生产过 程控制系统的监视和控制，如基于i n t e r n e t 的远程监控系统是指以i n t e r n e t 作为通信 平台的监控系统。能够实现远程监控的计算机软硬件系统称为远程监控系统。工业生产 过程的监控信息接入i n t e r n e t ，在一定条件下就可以通过i n t e r n e t 监视并控制生产系 统和现场设备的运行状态和各种参数，控制者就不必亲临现场，这能够节省大量的人力 物力、管理人员可以盅视远程生产运行倩况，根据经营需要及时发出调度指令；研究机 构可以方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制( a p c ) 等。 由于远程监控的对象是现场的控制系统，这就要求整个远程监控应该完备的考虑以 下几点：首先，要保证实时性，即要在限定的时间内正确的完成数据的传输、处理，控 制系统的大部分是实时系统，实时性的要求就显得特别重要。其次是可靠性和容错性， 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。另外，基于i n t e r n e t 的远程监控通常要通过i n t e r n e t 这个大 型的公共网络传输数据包，数据包在传输过程中可能会遭受被窃听、篡改或受重播 ( r e p l a y ) 攻击等威胁，因此安全问题也不可忽视。 2 远程监控的意义 在当今社会中，许多企业、部门都迫切的需要借助于网络实现远端控制。例如电信 行业对各程控机房的集中监控要求；电力系统对各变电所运行状态的集中监控；水利系 统对各水情监测站的远程控制等等。 在这些行业和部门中，远程监控的应用实现都有着非同寻常的意义。首先、远程监 控的应用可以实现现场运行数据的实时采集与快速集中，为整个系统的协调、调度提供 可靠的依据，从而有力的保障整个系统的协调沐行。其次、在重要的应用场合采用远程 监控，可以取代传统的工作人员轮流值守，以维护设备正常运转的运营方式，从而可以 有效的减少值守工作人员，最终实现远端的无人或少人指守。同时还可以提高整个系统 的运行效率，达到减员增效的目的。第三、随着近年来科技的发展，新技术的广泛应用， 传统的分散看守，维护运行方式已经越来越不能适应当前形势的发展了，迫切需要对远 端的工作状态进行集中监控，从而推动整个系统向自动化、综合化、集中化、智能化的 方向发展，适应整个社会的发展趋势。第四、作为大型企业，借助于远程监控可以实现 对生产、运营状况的随时掌控，把生产运营状况同企业的经营管理策略紧密结合，从而 有力的提高企业在市场经济条件下的竞争、生存能力。第五、采用远程监控可以做到分 散控制，集中监控，既保证各监控远端的正常运行，又能及时发现问题解决问题，还能 保证上层控制中心的信息实时性，有利的提高了系统的运行效率。正因为如此远程监控 在当今社会显得越来越重要。 第一章绪沦 1 2 2 远程监控网络的分类“ 随着网络技术的不断发展进步，、网络对整个社会产生了深远的影响。在现在的社会 里，各种网络以各自不同的方式服务于人类社会。 在这些网络中，最具代表性和影响力的就是全球互联网i n t e r n e t 。i n t e r n e t 是以 t c p i p 协议体系为基础而发展起来的覆盖全球的网际网。i n t e r n e t 上承载着各种各样 的信息，为广大用户提供信息浏览、资源文件共享、电子邮件通信、电子商务、远程教 学等各种服务。其宗旨目的就是服务大众、愉悦大众、方便大众，为各种数据应用提供 传输载体。其原则口号就是“尽量做的最好”，但并不保证。 i n t r a n e t 网络是近几年发展起来的一种网络，是i n t e r n e t 技术和州w 规范应用于 企业内部而形成的一种网络，是企业内部信息管理与信息交换的综合网络，是种全新 概念的、开放的现代企业管理和办公环境。i n t r a n e t 通过统一的超媒体浏览器界面， 方便的集成企业内部、外部的各种信息、资源和工具，方便的实现资源共享、协调作业 以及网络处理和计算，为现代企业管理提供了一个灵活、实用、高效、安全的信息系统 平台。 c a t v 网是近年来随着广播电视事业的发展而蓬勃兴起的一种宽带信号网。其主干部 分采用光纤作为传输介质，分支部分则采用同轴电缆作为传输介质，从而构成了一种光 纤、同轴电缆混合网，简称h f c 网。其特点是具有极其卓越的传输带宽( 可以达到l g ) ， 是我国目前唯一的宽带入户网。 h f c 网上目前承载的主要业务是模拟电视信号的传输。但h f c 网上还有很多空余的 带宽，可以用来承载数字电视、数据通信等数字业务。目前世界上已经在开发利用h f c 网的带宽资源，技术已经成熟并开始获得应用。 电话网是世界上出现的比较早的网络之一。其上承载的主要是语音电话业务。随着 近年来人们生活水平的日益提高，电话越来越普及，电话网的覆盖率也越来越高，技术 设施也越来越先进。现在的电话网主干部分已经全部采用光纤作为传输介质，用户线路 则采用双绞线作为传输介质。除了用户线部分以外基本上已经实现了全数字连接。近年 来随着计算机网络的发展，电话开始大量的作为i n t e r n e t 的接入线路而开始承载一些 数字业务。 虽然现在世界上有着各种网络，但远程监控要想借助于现有的网络得以实现，有 定的困难。如果借助于i n t e r n e t ，可以直接地将监控中心和远端监控机连接于i n t e r n e t 上来构成远程监控网，因为i n t e r n e t 覆盖范围广，接入方便，监控网的实现将非常简 单。但i n t e r n e t 有其弱点，目前我国的i n t e r n e t 带宽还十分有限，监控系统的实时性 要求难以得到满足，同时i n t e r n e t 的承诺是“尽量做到最好”，并不保证信息的可靠传 递。而且在i n t e r n e t 上容易受到攻击，安全性不能得到可靠的保证。 与i n t e r n e t 采用相同技术规范的i n t r a n e t 是远程监控的又一可选择方案，借助于 i n t r a n e t 其效果将比借助于i n t e r n e t 要好得多，其带宽、可靠性、安全性都能够得到 有力的保证，但目前大多数的i n t r a n e t 其搜盖范围都十分有限，难以满足远程监控的 实际需要。 有线电视的h f c 网无疑是远程监控网实现的一个非常好的选择，h f c 网是我国目前 唯一的宽带入户网，其带宽的优势十分明显，能够充分保证远程监控的带宽要求，而且 目前有线电视网的覆盖率也很高，线路的获取十分方便。但采用h f c 网来实现目前有两 个困难，首先是c a t v 网目前尚未形成大规模的网络，各县、各市之问尚未开通互连； 同时c a t v 网又是单、向传输网，要实现数字应用还需要进行双向传输改造。 采用电话网来实现远程监控也是一个可选方案，电话网覆盖范围广，又是全国联 网，线路的获取十分方便，且作为i n t e r n e t 的接入网，技术己经十分成熟。但借助于 m o d e m 的传输速率较低，只能达到5 6 k b p s ，对远程监控来讲其速率较低，很难满足要求。 为了可靠实现远程监控，需要在现有条件基础上重新组建、规划一个远程监控网络， 以实现对被控对象的远程监控功能。 1 3 课题背景及研究内容 1 3 1 课题背景 仪征十二圩泵站位于江苏仪征境内长江北岸，该站是实现排涝灌溉的水工建筑物， 包括一座泵站，四座排涝闸、灌溉闸，和3 5 k v 变电所等设施。抽水站共有1 5 台机组， 每台机组容量为1 3 0 k w ，装机总容量1 9 5 0 k w ；四座排涝闸、灌溉闸的闸门配平板直升闸 门，每座两扇闸门，共8 扇闸门；3 5 k v 户外变电所设3 5 k v o 4 k v 变压器一台，容量为 1 6 0 0 k v a ，采用单母线供电方式。 仪征十二圩泵站计算机远程监控系统，集监督测量、信号、控制、管理于一体的、 以p l c 为现场测控设备、分级分布式的计算机系统，实现对翻水站的机组、变压器、排 涝闸、灌溉闸的运行参数测量、控制操作和运行管理，以及对泵站水文数据进行采集处 理。泵站运行的所有数据、状态都能够在现场主控室内的现场监控计算机上集中数据显 示、操作、处理，并能够通过i n t e r n e t 网络对泵站运行的数据和状态进行实时地监控。 具体包括： 测量包括： 模拟量： ( 1 ) 电气参数。主变压器的低压侧三相电流、三相电压、有功功率；3 5 k v 侧母线 三相电流、三相电压、有功功率：泵站主机的电流、有功功率等。 ( 2 ) 温度。主变压器的油温、泵站主机定子温度。 ( 3 ) 水位。长江水位、抽水站上下游水位、排涝水位、灌溉水位。 ( 4 ) 闸门开度。排涝闸、灌溉闸共4 扇闸门开度。 第一章绪论 开关量： 变压器的低压侧断路器的分合状态、轻重瓦斯报警信号。 泵站机组空气开关的分合状态，接触器通断状态等。 各闸门工作状态、闸门上下限位开关信号。 控制包括： 通过现场计算机或远程客户端浏览器控制，同时亦可现场手动操作。 ( 1 ) 机组控制。操作人员通过手动或计算机控制实现机组的开机、停机。开机过 程中，能自动显示各种开机条件及判断条件是否满足，指导操作人员完成机组操作。 ( 2 ) 变压器出线断路器分合闸控制。 ( 3 ) 闸门控制。控制各闸门的电机运转，实现闸门提、落、停操作。 显示操作画面 ( 1 ) 泵站运行模拟图。能够显示泵站运行主接线，实时模拟显示整个抽水站电气设 备的运行情况，闸门的运行工况，用不同的颜色反映各开关状态( 合或分) 、机组运行 状况，线路带电情况( 带电或不带电) ；显示机组电流、电压、有功功率；变压器三相 电流、三相电压、有功功率、无功功率、闸门开度运行过程显示模拟。 ( 2 ) 各种参数的越限和事故报警及信号显示，同时报警并记录 ( 3 ) 趋势曲线。各种模拟量的变化曲线，如电流、电压、功率、水位等的变化趋势 、 曲线。 ( 4 ) 表格。以表格形式显示泵站运行的各种参数。 1 3 2 课题研究内容 泵站远程监控系统设计的主要目标是根据监控系统的发展趋势和泵站监控系统的 实际需要，实现泵站监控网络与水利信息网络的集成，设计一个基于i n t e r n e t 网络的 开放的分布式远程监控系统方案。 为了能够高效实现远程监控功能，必须要选择合理的网络模型，采用合理的网络结 构，实现合理的功能分配。网络的建设既要满足标准化要求，又要满足开放性要求，能 够实现异种网的互连互通。 采用通用的计算机网络技术建立的仅仅是上层的信息网，要想应用于远程控制，还 要解决信息网与底层控制网的结合问题。这是因为控制网部分有着不同的传输协议和文 件格式。 本课题以仪征十二圩泵站为研究对象，在分析几种远程监控网络体系基础上，给出 一种基于i n t e r n e t i n t r a n e t i n f r a n e t 的具有通用性、适用性、开放性和扩展性的远 程监控系统网络结构，给出了远程监控系统功能实现的原理，并给出了主要的网络集成 技术和较详细的功能实现方法，其中采用的技术主要有：基于t c p i p 的w i n s o c k 网络 通信技术、现场监控计算机与p l c 的串行通信技术、w e b 开发及数据库技术等。通过远 程客户端，监控管理人员可以在授权情况下利用w e b 工具方便地浏览网上的实时信息， 监控和管理系统的实时工况。 基于i n t e r n e t 的远程监控技术是目前监控技术发展的一个新方向，它可以方便地 实现控制网络和信息网络的集成，是对控制网络的延伸，也是对信息网络的一种扩展。 基于i n t e r n e t 的泵站远程监控系统正是在这种技术发展背景下，为了水利信息化的需 要而提出来的。通过远程监控，技术人员无须亲临现场就可以对现场运行情况进行监视 或完成对主机、闸门等设备地操作。本课题的完成，提高了泵站的自动化水平和调度的 准确性，对提高泵站运行的经济效益和社会效益具有深远的意义。， 第二章基于i n t e ln e t 的远程监控系统体系结构及实现原理 第二章基于in t e r n e t 的远程监控系统 体系结构及实现原理 w w w 技术的发展与普及，特别是其开放的体系结构，使得它成为当今计算机应用 的理想平台。w w w 技术是i n t e m e t 技术与客户服务器技术结合的产物。通常将w w w 定义为信息服务器( w e bs e r v e r ) 和客户浏览器( w 曲b r o w s e r ) 两部分。客户端可以在 不同的硬件平台上以文本和图形方式来处理信息，服务器端接收并响应客户端发送过来 的请求。这为基于w e b 技术的监控系统提供了发展空间，本章中我们将讨论在i n t e r n e t i n t r a n e t 上的信息体系结构模型，进而结合这些典型的模型将i n t e r n e t 上的应用技 术与控制系统进行集成。 2 1b s 模式的远程监控系统体系结构1 今天，i n t e r n e t i n t r a n e t 取得成功，应直接归功于c s ( c l i e n t s e r v e r ) 技术， 但基于浏览器的b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 通信方式比c s 结构更为高效。错误! 链接无效。 结构实际上是一种由传统的二层c s 结构发展而来的三层c s 结构在w e b 上应用的特 例，其结构图如图2l 所示。 b s 模式的远程监控系统由两部分组成，即客户端和服务器端。在b s 工作方式下， 用户只需在客户端装有通用的浏览器；就可向网络上的某一w e b 服务器提出请求。w e b 服务器对用户身份进行验证后，接受用户的请求，执行相应的扩展应用程序与数据库服 务器进行连接。数据库服务器接受w e b 服务器对数据操纵的请求后，实现用户对数据库 查询、更改、更新等功能，把运行结果提交给w e b 服务器。w e b 服务器利用h t t p 协议 把运行结果通过主页形式传到客户端，客户机接受传过来的主页文件，并把它显示在 w e b 浏览器上。 从b s 工作方式可以看出，由于客户端不负责数据库的存取和复杂的计算，只是通 过浏览器显示，大大降低了客户端的要求，从而实现了从“胖”客户端、“瘦”服务器 到“胖”服务器、“瘦”客户端的转变。它具有良好的开放性、开发维护成本低、扩展 性好等优点。 图2 1 b m w s e r s e r v e r 结构图 2 2 远程监控系统方案呻m 州“m 8 “3 2 2 1 基于i n t e r n e t i n t r a n e t i n f r a n e t 技术的企业信息网络体系 目前的企业信息网络一般通过现场控制网络( i n f r a n e t ) 、企业内网( i n t r a n e t ) 和 i n t e r n e t 把分布于各局部现场、独立完成特定功能的计算机互联起来，它是适应企业 生产与经营的功能分布和地域分布的特点，达到资源共享、协同工作、远程监控、远程 管理等为目的的全分布式网络系统，是i n t e r n e t 技术、w e b 技术、数据库技术、t c p i p 网络通讯技术、浏览器技术发展的产物。图2 2 为基于i n t e r n e t i n t r a n e t i n f r a n e t 技术的企业信息网络体系示意图。通过e x p l o r e 等通用浏览器进行工业现场生产过程数 据的远程浏览已经得到了较多的应用，在企业内网( i n t r a n e t ) 中进行生产现场数据的实 时浏览也已经得到一定的应用和发展，国内外许多厂商已经提供不少的商业化的生产监 控软件平台，如f i x 、i n t o u c h 、组态王等，且都已经能够提供远程浏览功能，许多人 正在研究基于w e b 技术的自动化系统，但是由于基于i n t e r n e t i n t r a n e t i n f r a n e t 体 系的网络自动化是新兴的研究领域，基于w e b 技术的自动化系统中控制功能的研究更是 处于起步阶段，许多存在的问题有待探讨和研究，这是由于网络的固有性能决定的。 慨b 浏览器 管理工作站 i n a 1 1 e t 生产过程监控现场设各管理软件 远程监控、诊断、润试、组态、 整定等代理软件 l 现场总线l 一】 图2 2 基于i n t e r n e t i n t r a n e t i n f r a n e t 技术的企业信息网络体系示意图 2 2 2 远程监控系统网络结构 1 系统结构 目前，水利信息网络一般通过现场控制网络( i n 矗a 1 1 e t ) 、水利部门局域网( i m r a j l e t ) 和i n t e m e t 把分布于各局部现场、独立完成特定功能的计算机互联起来，以适应防汛决 第二章 基于i n t e r n e t 的远程监控系统体系结构及实现原理 策的功能要求和地域分布广泛的特点，达到资源共享、协同工作、远程监控和远程管理 等目的的全分布式集成网络系统，是i m e m e t 技术、w 曲技术、数据库技术、t c p i p 网 络通讯技术、浏览器技术发展的产物。 江苏水利信息网络按省、市、县三级网络构架( 三级结点，四个层次) ，实现省、 市、县水利部门网络的互联互通，并连接全国水利信息网和江苏省政府信息网。一级结 点是省水利厅网络中心。二级结点是市水利局( 或厅直单位) 网络中心。三级结点是县 水利局网络中心。网络的四个层次分别是骨干网、地区网、专业网和部门网。 远程监控系统的结构是在经过实地调研和参阅了大量资料，并根据江苏水利信息化 “十五”规划纲要等情况，提出一种较通用和实用的远程监控系统的网络结构，远程监 控系统采用i n t e r n e t i n t r a n e t i n f r a n e t 三层体系，采用b s 应用系统模式，主要由 浏览器、w e d 服务器和数据库服务器组成。客户端采用“瘦客户”模式，其功能可通过 下载服务器上应用程序得到动态扩展。在c l i e n t 端采用v b 编程，应用w i n s o c k 控件实 现网络通信，通过o d b c 对s q ls e r v e r 数据库进行操作，w e b 服务器采用w i n d o w s 2 0 0 0 i i s ， 数据库服务器采用s q ls e r v e r2 0 0 0 ，现场监控计算机与p l c 采用串行通信方式。本系 统采用目前成熟和先进的计算机通讯技术，使系统“可靠、实用、经济、先进”。 远程监控系统网络结构如图2 3 所示： 2 系统组成及功能 图2 3 远程监控系统网络结构图 系统主要由五部分组成：现场监控计算机、w e b 服务器、数据库服务器、防火墙和 远程客户端计算机组成。下面简述各部分功能： ( 1 ) 现场监控计算机。它有两个功能，其一是实现常规监控系统功能的现场监控软 件，它通过o p c 接口与连接在现场总线上的测量控制设备( 如p l c 、智能i o 设备、和 智能阀门等) 进行通信，进行现场测量控制工作，并且将必要的历史数据、统计数据等 存入s q ls e r v e r 数据库：另一功能是作为远程监控代理，它接受远程客户的命令和参 数，并对这些命令进行解释执行，将远程客户所需的数据或者命令的执行结果反馈给远 程客户。若现场工作任务的较重，现场监控软件和远程监控代理软件可以分别运行在不 同的机器上。 ( 2 ) w e b 服务器。一般可以是企业的网站服务器，也可以是一个专门用于提供远程监 控服务功能的网站服务器，在这台服务器上放置若干能对现场生产过程或者设备进行远 程操作的w e b 页面，当远程用户需要进行远程操作时，先登录到此网站，下载相应的页 面，就可以进行远程操作了，这种b s 结构的监控软件体系结构是当前研究的重点。 ( 3 ) 数据库服务器。是独立设景的用于生产过程监控和现场智能测控设备实时管理 的数据库服务器，必要时它还要提供实时数据服务功能，它一般不和企业的生产管理或 经营管理的数据库服务器共用。生产过程中的历史数据、现场智能测控设备实时管理的 数据、远程用户的操作权限数据、远程操作日志等等都存于这一数据库中。 ( 4 ) i n t e r n e t 与w e b 服务器之间的防火墙。它在内外部网络之间建立一个保护层， 使外部网络对内部网络的访问受到一定的隔高，而内部网络成员仍能方便地访问外部网 络，从而保护内部网络资源免受外部的非法入侵和干扰。 ( 5 ) 远程客户端计算机。就是普通的具有w e b 浏览器的个人计算机，装有访问w e b 页面所需的i n t e r n e t 测览器软件，无需安装其它任何专用软件。 如果系统规模较小，其中( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) 也可以由在一台服务器( 硬件) 上安装多 种服务器程序( 软件) 来实现，则系统的总体结构可以简化为图2 4 所示的结构。 服务器 圈2 4 远程监控系统简化框图 3 系统特点 远程监控系统具有以下较鲜明的特点： ( 1 ) 工程投资小，系统可移植性和扩展性好。 ( 2 ) 基于w e b 的客户服务模式具有支持多客户同时访问的事件并发处理能力。 第二章基于i n t e r n e t 的远程峪控系统体系结构及实现原理 ( 3 ) b s 模式中所有的应用程序均在服务器端完成，客户端不需要专门的软件， 只需要通过标准浏览器( 如微软的i e 等) 就可以对远程监控系统的服务器端进行访问。 ( 4 ) 系统具有可移动性。用户只要在具备上网条件的地方就可以随时通过笔记本 电脑或其他电脑上网，利用标准浏览器就可以监视工业现场的数据和画面，在授权的情 况下，还可以进行相应地操作。 ( 5 ) 基于i n t e r n e t 的监控数据远传的网络解决方案，为管理部门集中合理的远程 管理、调度提供了实时准确的数据资料平台，同时也为远程故障诊断提供了平合。 ( 6 ) 随着宽带网技术a d s l 、x d s l 等网络技术的快速发展应用，网络带宽这个数据 传输速度的瓶颈将得到很好地解决，w e b 技术以其特有的优势将拥有广阔的应用前景。 2 3 泵站远程监控系统的实现原理“2 3 2 3 1 泵站远程监控系统原理 基于i n t e r n e t 的泵站远程监控系统原理示意图如图2 5 所示，它包括现场监控计 算机、w e b 服务器、s q ls e r v e r 数据库服务器和远程客户机。其远程操作步骤如下： t l = 2 ( ) 21 蛎j 91 4 3 远程客户端 图2 5 基于i n t e r n e t 的泵站远程监控系统原理示意图 ( 1 ) 远程用户首先通过w e b 浏览器( 如i e 和n e t s c a p e ) 登录到仪征十二圩泵站 远程操作服务的网站，并请求进行远程操作的页面。 ( 2 ) 下载含有a i c t i v e x 控件的网页，a i c t i v e x 控件自动安装到客户机器上，此 用户若下次在此计算机上再要进行相同操作时，就可不再下载相同的a i c t i v e x 控件了。 ( 3 ) 由已经安装在客户计算机上的a i c t i v e x 控件中的w i n s o c k 控件自动向工业现 场的监控计算机上的远程操作代理软件发出建立t c p 连接请求。 ( 4 ) 当现场监控计算机允许连接时，发出t c p 连接响应，至此客户计算机和现场 监控计算机建立了联系，可以直接进行通信，以后的操作不再通过网站服务器。 ( 5 ) 在已经建立起来的t c p 连接上远程客户通过a i c t i v e x 控件提供的操作界面， 进行远程监控、维护和管理等操作，a i c t i v e x 控件实时显示生产过程现场的过程参数、 报警状态以及现场智能测控设备的工作参数和状态，同时它收集客户对生产过程或者现 场测控设备发出的控制、调试、调整等命令，发送给现场的代理服务器软件。 2 3 2 多用户同时操作问题 由于远程用户到来时间和数量的不确定性，