工業級遠程監控系統在小型實驗裝置中的應用

戴金玲, 廖昌建, 李經偉

（中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

隨著通訊手段和網絡技術的日趨完善，信息以空前的速度和超乎想象的易用性傳播到世界的每個角落。如何借信息時代的優勢，將現代工業生產中的各種數據實時地、準確地顯示在每個有需要的終端上，這將具有廣闊的應用前景。

在各企業的工業生產裝置現場，進行實驗的小型裝置類型各異，各裝置可能需要間斷或連續操作，充分利用工業級遠程監控系統對小型實驗裝置進行監控，可實時獲取所需實驗裝置的工藝參數等。因此，本文主要對工業級遠程監控系統在實驗裝置上的應用進行探討。

1 遠程監控系統概述

遠程監控系統使得操作人員可以在任何地點監視和操作實驗裝置，并達到與現場操作相同或相近的效果。該系統監控操作地點可以是操作室、中控室、實驗室，直至通訊所能達到的任何地點。

目前，小型實驗裝置在工業裝置現場間斷或連續運行的過程中，裝置不采用遠程監控系統，若操作人員之間溝通不及時，可能引起裝置被誤操作、信息采集滯后甚至失誤等問題。遠程監控系統可以很好的解決傳統信息采集方式的局限性。

（1）采用遠程監控系統可實時監測和采集裝置信息數據，數據更新速度可人為設定信息采集頻率。

（2）遠程監控系統可實現無人值守，而且可以設為熱冗余備份，實現7×24 h 時不間斷運行[1]。

（3）遠程監控系統在實現裝置運行數據的采集過程中，采集數據的錯誤幾率可以忽略，從而避免了人工采集數據的失誤。

2 遠程監控系統的數據傳輸方式

2.1 有線數據傳輸方式

遠程監控系統的數據傳輸方式分有線和無線傳輸兩種方式。有線數據傳輸方式按照數據傳輸的路徑可分為三個階段。

采用電纜或光纜等傳輸介質將裝置控制系統中的數據傳輸至廠內中控系統的過程稱為有線數據傳輸的第一階段。其目前的絕大多數工廠均采用這種方式通訊。如果是新增的小型實驗裝置，則需在實驗裝置的控制系統中配備與中控系統相匹配的通訊模塊，并在中控系統中組態以識別新增裝置并對其進行數據的讀寫工作。

信息數據由廠內中控系統傳輸至實驗單位的過程稱為有線數據傳輸的第二階段。目前無論何種規模的實驗單位，基本具備連接互聯網的能力，只要通訊雙方均遵守相同的網絡協議，并在可控的前提下對對方開放一定權限，就可以在雙方允許的情況下互訪互通。此種通訊實施比較難，需要兩邊均為對方開放端口，速度受限，網絡的安全性也得不到保證。而且，多數實驗單位擁有自己的內部網絡，當雙方均處于自己內網時，通訊變得十分困難，即使開通VPN（虛擬專用網）連接，通訊的效果也只能是差強人意。也可利用現有電話線進行傳輸，優點是可以繞過局域網，缺點是增加電話費用、信號不穩、數據量受限、有可能觸犯保密條例等等。

信息數據由實驗單位傳輸至辦公電腦或筆記本的過程稱為有線數據傳輸的第三階段。利用實驗單位已有的互聯網或內部網絡通訊即可。同樣，內部網絡內外需要互相連接時，亦可利用VPN 連接。

2.2 無線數據傳輸方式

無線數據傳輸方式的過程見圖1。

圖1 無線數據通訊示意圖Fig.1 Diagrammatic sketch of wireless data

現場儀表的信息數據經過數據采集站輸送至裝置控制系統的過程稱為無線數據傳輸的第一階段。在此過程中，由于數據采集站通常可放置于裝置現場，其位置距離現場儀表相對較近，所以現場儀表、執行機構等于數據采集站之間可通過傳統的有線方式通信。

同理，控制系統與數據采集站的距離相對較遠，而且由于現場的復雜性，布置通訊電纜往往有很多不便。此時可選用無線通訊方式進行數據傳輸，需要在數據采集站——控制系統兩端分別增加無線收發設備，例如無線調制解調器、無線網卡、路由器等軟硬件設施，將數據信號集中傳輸至裝置控制系統。

信息數據由裝置控制系統傳輸至工作電腦或筆記本的過程稱為第二階段。在此過程中，需要在控制系統——工作電腦兩端分別增加無線收發設備，利用通訊提供商聯通、移動、電信等現有的GPRS 信號網絡，實現數據傳輸[2]。相當于通過WAP、UNICOM 等移動設備網絡來訪問裝置控制系統的上位機[3]。

如果實驗單位擁有自己的內部網絡，工作電腦要想訪問裝置上位機，必須采用VPN 方式，而且對雙方電腦均需進行訪問設置。如果普通筆記本想通過互聯網訪問裝置上位機，只需要進行軟硬件安裝和設置即可。

2.3 有線與無線數據傳輸方式比較

有線數據傳輸方式技術比較成熟、應用較廣泛，無線數據傳輸方式技術含量高。有線數據傳輸方式除硬件費用和軟件組態費用外，幾乎無需其他運行費用支出，其中的硬件、軟件也可利用現有資源，在使用的過程中，無線數據傳輸方式需要交納GPRS 數據傳輸的費用[4]。兩種數據傳輸方式的技術特點詳見表1。

表1 有線及無線數據通訊的特點對比Table 1 Comparison of wire and wireless data

3 遠程監控系統在實驗裝置中的應用

遠程監控系統具有一個特點，那就是，針對不同的使用目的所配置的遠程監控系統，它們所需的硬件大體相同，但根據所選擇的軟件和使用人的需要的不同，遠程監控系統具有不同的作用，這種差別直接影響到系統的投資、產生的效果和對工業裝置所產生的影響。例如，一套無需遠程控制遠程系統，僅需具備監視功能的遠程監視系統；一套能夠同時實現監視和控制等全部功能的遠程監控系統，則都需要配置包括無線數據調制解調設備、用于監視和系統操作的上位機、輸入輸出設備等硬件設施，但它們所需的軟件有著較大的差異。前者不需要將控制信號輸出至現場儀表，因此在軟件選擇時可以省略掉與之相關的模擬量/數字量/脈沖量輸出功能；后者因為功能較為齊全，所選擇的軟件功能也必然強大，隨之而來的必然是實施過程中更繁瑣的軟件編程和更復雜的實際操作。同樣，一套只需作為“旁觀者”而存在的遠程監視系統，擔負的僅僅是單向接收實驗裝置的數據、顯示數據并儲存數據的功能，對實驗裝置所處的工業生產裝置的正常運行所產生的影響可謂微乎其微。相反，可以直接對實驗裝置進行操作的遠程監控系統，如果編程和調試過程稍有疏漏，或在應用中產生一些誤操作，有可能對工業裝置的正常運行造成隱患。

為了充分利用遠程監控系統，并盡量避免實驗裝置對工業生產裝置產生影響，兼顧監控系統使用中的穩定性和易用性，工業級遠程監控系統在小型實驗裝置上進行應用可以通過以下方法來實現。

（1）工業級遠程監控系統在小型實驗裝置數據的監控過程中，設定遠程監控系統自動將部分或所有工藝數據間斷的上傳至指定的電腦中。在電腦中通過建立實時或歷史數據圖表的形式展示給操作員。這種方法基于數據的單向傳輸實現，無需操作員進行額外操作，也不需要對現場裝置進行操作，這樣可以避免對工業裝置產生影響。

（2）遠程操作人員可以采用遠程桌面的方式訪問現場裝置上位機，在個人電腦中可直接調用上位機中的數據信息，甚至可以對裝置進行實時監控和操作。在此過程中，現場裝置的上位機將自動鎖定，此時上位機不允許被現場操作。該方法利用了現有電腦操作系統內置的遠程桌面訪問程序，電腦無需額外添置其他程序，該過程有利于維持電腦操作系統的穩定性。

（3）在裝置監控的電腦中裝入遠程監控系統自帶的監控軟件后，可對裝置進行數據收集和遠程監控操作。遠程監控軟件與電腦操作系統自帶的遠程桌面軟件相比，能夠更加貼近操作人員的操作習慣，并可實現諸如一機多用戶、數據壓縮傳輸等更多實用功能，但需要注意遠程監控軟件與電腦操作系統之間的兼容性[5]。

4 工業級無線數據通訊的應用現狀

目前市場上存在很多生產、銷售和配置工業級無線數據通訊的公司，這些公司多以成套供貨的方式為用戶提供從售前咨詢、系統配置到售后技術支持的服務。以下是某公司無線數據通訊的部分工業應用解決方案。

4.1 石油/天然氣行業

（1）Shell 石油公司

為了使 RTU 信號能夠在遠距離的移動平臺上進行通訊，Shell 石油公司大量使用了某公司的LLM1000 Bell 202T 調制解調器和MDL500 移頻鍵控（FSK）調制解調器。Shell 石油公司還使用了DDAA1000 模擬信號多路復用器，用于經現有的電話線傳輸4～20 mA 信號。

（2） Conoco

該系統使用 FDM7000 光纖調制解調器和DDAA1000 模擬信號多路復用器在高電磁干擾環境中傳輸4～20 mA 信號，傳輸距離超過588 m。

60只雄性BALB/C小鼠購自中科院生物研究所實驗動物中心，小鼠體重為30±2 g，采用隨機數字表法將所有小鼠隨機分為3組，采分別為治療組、損傷組和對照組，每組均為20只小鼠，

4.2 水處理行業

水及污水處理系統要求全天候24 h 工作，常見應用有：水池各項指標監控、泵控制等。

（1）Camrosa 給水管理區

該區以前使用模擬電話線路進行水池、泵站、排污站及計量站的數據傳輸。通過用基于PLC 的人機界面和某公司 SRM6100 無線調制解調器替換舊系統，Camrosa 每年節省$24 000 電話費支出，并減少了系統因故障而停機的時間。盡管該區周圍存在大量電磁干擾，SRM6100 無線調制解調器仍舊能夠正常工作。

（2）伊尼德地區OK 供水廠

5 總 結

在日趨大型、復雜、連續、集成的工業生產裝置中，遠程監控系統是保證裝置安全、穩定、高效運行的主要手段。工業級無線遠程監控系統可以作為小型實驗裝置的一種輔助手段，在實驗單位本地或其他任何一個地點可以對實驗裝置現場數據進行采集和處理，從而使得科研人員更加高效地監控實驗裝置，并能實時掌握準確的實驗數據。

［1］胡友民，李錫文，杜潤生，楊叔子. 基于PLC 高可靠性工業過程遠程監控系統[J].華中科技大學學報（自然科學版），2002（04）：13-15.

［2］鄭淼淼，趙蒼榮.無線遠程傳輸的水質自動監測系統[J]. 化工自動化及儀表，2012（01）：92-94.

［3］黃偉. 基于GSM 的污水流量遠程監控報警系統的設計[J].濮陽職業技術學院學報，2012（02）：151-153.

［4］鄭萬溪，黃元慶，張鑫,等.基于GPRS 通信技術的遠程檢測系統［J］.傳感器與微系統，2008，27(2):83-92.

［5］顏信材，程明.基于DCS 的鍋爐自動控制及其遠程監控系統[J].化工自動化及儀表，2012（03）：305-308.