面向流程工業的通用遠程監控系統的研究與應用

何戡，李強，宗學軍，楊儀剛

(1. 沈陽化工大學 信息工程學院， 沈陽 110142；2. 北方華錦熱電公司，遼寧 盤錦 124021)

隨著計算機技術、網絡技術和控制技術的發展以及企業規模的日益擴大，企業生產過程建立遠程監控系統成為大勢所趨。傳統C/S模式遠程監控系統雖然在局域網內具有實時性好、安全性高等優點，但是在廣域網范圍內的局限性日益凸顯，如客戶端需要安裝大量復雜的工業化軟件；客戶端需要頻繁維護，提高了管理維護費用；客戶端訪問數量存在限制，且不能滿足客戶端跨平臺的要求等[1]。為了滿足現代企業信息化管理和市場應用的需求，將結合C/S模式和Web技術的B/S模式引入到遠程監控系統中，采用Web瀏覽器作為統一的遠程客戶端。相對于傳統的C/S模式，B/S模式下的遠程監控系統具有與平臺無關，用戶界面一致，使用簡便，可擴展性好、易維護和升級等優點[2]，且其客戶端無需安裝復雜的工業化軟件，只需安裝通用的Web瀏覽器，通過Internet即可實現對工業現場的遠程調度和指揮決策。

本文在分析遠程監控系統功能和層次結構的基礎上，構建了一個基于B/S架構的通用遠程監控系統體系結構，并利用該模型，成功開發了北方華錦熱電公司脫硫工藝遠程監控系統。該系統主要實現了數據采集及存儲、信息發布、遠程信息訪問、遠程決策等功能。經過現場調試和系統運行，證明該系統具有安全性高、實時性好、運維成本低等優點，提高了企業的信息化管理水平和經濟效益。

1 通用遠程監控系統體系結構

根據流程工業中不同的現場控制系統，設計開發了一個基于B/S架構的通用遠程監控系統體系結構，如圖1所示。該監控系統主要包括3個功能層： 現場監控層、服務器層和遠程監控層。

圖1 通用遠程監控系統體系結構

1) 現場監控層。該層主要實現對工業現場實時數據的采集、顯示和存儲以及對生產過程控制系統的監視，它由多個操作員站組成，各個站配備了高性能、高可靠性的工控機，通過PLC或DCS與現場儀表等設備進行通信以實現數據采集。工控機上安裝的組態軟件可實現對工業現場實時動態數據的監視、設備的控制、數據的處理存儲、報警和趨勢分析等功能。

2) 服務器層。該層是整個系統的中樞，主要由Web服務器和數據庫服務器組成，Web服務器和數據庫服務器一般跟現場操作站在同一個網段。Web服務器主要為用戶提供實時監控頁面，針對用戶的要求對數據進行一定的處理，并能將數據庫中的數據實時傳送到瀏覽器。數據庫服務器主要用來存儲和提供生產過程中的歷史數據、現場設備的實時數據等。

3) 遠程監控層。該層是面向客戶的窗口，用戶不需要安裝任何復雜的工業化軟件，只需安裝通用的Web瀏覽器，如IE和Firefox等，通過Internet就可以隨時隨地地瀏覽工業現場的實時情況。由于涉及實際的生產過程，為了限制用戶的訪問數量以及保證服務器架構的穩定性、工業生產的安全性，可采用防火墻、用戶身份認證等措施。

該種基于B/S架構的通用遠程監控系統體系結構,很大程度上減輕了客戶機的壓力，避免把負荷均衡的分配給Web服務器[3]，突破了傳統C/S模式中地域和時間的限制，是一種開放式的網絡應用系統。

2 應用實例

依據該公司目前脫硫控制系統的特點，在保證原控制系統安全性和可靠性的前提下，利用已構建的體系結構，設計和開發了脫硫工藝遠程監控系統。

2.1 系統體系結構

脫硫工藝遠程監控系統的結構如圖2所示。

圖2 脫硫工藝遠程監控系統結構示意

在現場監控層中，控制系統采用Rockwell的硬件設備，操作員站安裝有Rockwell公司的FT View軟件；在服務器層中，由于需要存儲的數據量不大，采用SQL Server數據庫對生產過程現場數據等信息進行管理和存儲，并使用ASP.NET[4]和ADO.NET[5]技術實現了服務器端Web應用程序的開發和對SQL Server數據庫的訪問,完成對熱電公司脫硫工藝過程中各種信息的發布；在遠程監控層中，客戶端配置了通用的Web瀏覽器。為了保證網絡系統的安全及架構的穩定性，使用了防火墻技術，經過授權的用戶方可訪問該系統。

2.2 系統實現方法

使用FT View軟件建立操作員站與控制站的實時通信，在FT View中對所要監控的現場數據建立標簽，并且利用FT View的存檔工具，將標簽歸檔到SQL Server數據庫中。利用IIS服務，C#語言，建立一個基于.NET平臺的Web應用程序，通過與SQL Server數據庫的交互，實現了對熱電公司脫硫工藝過程中各種信息的發布。同時，使用JavaScript進行Web客戶端的開發。

實時動態數據傳輸是遠程監控系統的基本要求之一，目前主流的數據通信方式主要有采用Web局部異步刷新方式的AjaX[6]技術和Winsock[7]技術，見表1所列。

表1 Ajax技術與Winsock技術對比

通過表1的比較，結合企業的要求，筆者采用開發周期短、成本低、客戶訪問數量大等優點的AjaX技術。AjaX技術使用js客戶端腳本開發，為了提高代碼的兼容性，利用js主流框架jquery進行具體開發。

3 結束語

遠程監控系統可以實現對工業現場實時數據的采集、存儲和處理，在企業的經營和管理中發揮著重要的作用。本文構建了一個面向流程工業的基于B/S架構的通用遠程監控系統體系結構，并且在此基礎上，結合數據庫、Web服務器、AjaX等技術，成功開發了北方華錦熱電公司脫硫工藝遠程監控系統。同時，由于使用“瘦”客戶端方法，企業管理層通過Web瀏覽器就能隨時隨地訪問遠程服務器，監視生產過程，以便及時做出決策指導生產。該系統的成功開發也驗證了本文構建的通用遠程監控系統體系結構的可用性，具有一定的推廣價值。

參考文獻：

[1] 陳飛.基于Web的遠程監控系統的研究與實現[D].烏魯木齊： 新疆大學，2007.

[2] 廖俊.基于B/S模式的遠程監控系統的研究及軟件實現[D].成都： 西南交通大學，2006.

[3] 李文鑫．基于Internet的遠程實時監控系統研究[D].武漢： 武漢理工大學，2006.

[4] Dan Wahlin.基于XML的ASP.NET開發[M].北京： 清華大學出版社，2002.

[5] 李成楠，楊晶.基于ADO.NET數據庫訪問技術淺析[J].科技創新導報，2012(12)： 33-35.

[6] 陳黎夫. ASP.NET AjaX程序設計[M].北京： 人民郵電出版社，2007.

[7] 張建棟. 基于Winsock的局域網監控系統的設計與實現[D].北京： 北京郵電大學，2008.