基于Web遠程監控系統的設計實現

Design and Realization of Remote Monitoring System Based on Web

趙　陽1　高　強2

(天津理工大學自動化學院1，天津　300384；天津市復雜系統控制理論及應用重點實驗室2，天津　300384)

基于Web遠程監控系統的設計實現

Design and Realization of Remote Monitoring System Based on Web

趙陽1高強2

(天津理工大學自動化學院1，天津300384；天津市復雜系統控制理論及應用重點實驗室2，天津300384)

摘要：遠程監控系統是企業發展的一個重要應用領域。針對企業發展的應用需求，分析了遠程監控系統設計方法，設計與實現了一種基于B/S架構的Web發布系統,并對Web遠程監控系統進行了研究。從身份驗證和數據安全性兩方面詳細論述了Web遠程監控發布系統的安全機制。該系統依托某區給水加壓泵站系統，以WinCC Web Navigator為工具，通過Internet/Intranet實現了Web遠程監控的功能，解決了泵站無人值守、遠程訪問的難題，降低了監控系統的開發和維護成本。

天津市中青年骨干創新人才培養計劃資助項目(編號：20130830)；

天津市普通高等學校本科教學質量與教學改革研究計劃資助項目(編號：JW20120315)；

天津市高等學校創新團隊培養計劃資助項目(編號：TD12-5015)。

修改稿收到日期：2014-06-25

第一作者趙陽(1989-)，男，現為天津理工大學自動化學院在讀碩士研究生；主要從事神經網絡、過程控制智能控制和復雜系統的故障診斷方面的研究。

關鍵詞：加壓泵站遠程監控遠程訪問Web發布安全機制WinCC

Abstract：The remote monitoring system is an important application area for development of enterprises. To meet the application demands for development of enterprises, the design method of remote monitoring system is analyzed. The Web release system based on B/S framework is designed and realized, and the Web remote monitoring system is researched. The security mechanism of Web remote monitoring release system is discussed in detail from aspects of authentication and data security. The system relies on the water supply booster pump station system in a certain area, with WinCC Web Navigator as the tool, the Web remote monitoring function is implemented through Internet/Intranet, to solve the difficulties of unattended pump station and remote access, and reduce the costs of development and maintenance for the monitoring system.

Keywords：Booster pump stationRemote monitoringRemote accessWeb releaseSecurity mechanismWinCC

0引言

1997年1月，首屆基于Internet的遠程監控診斷會議在斯坦福大學召開。隨后斯坦福大學和麻省理工大學開發了基于Internet的遠程監控診斷示范系統，得到了制造業、計算機業和儀器儀表業Sun、HP、Boeing、Inter等12家公司的大力支持。隨著網絡技術的不斷發展，Internet技術已經滲透到工業生產的各個領域[1]。傳統的監控系統采用集中式操作，遠遠不能滿足現代企業生產管理扁平化、精細化發展的要求。生產中非常重要的監控技術正逐漸被人們所認識和重視，而監控系統也逐漸從集中監控過渡為遠程監控。這使得遠程監控工業自動化生產成為現實。

本文以某區給水加壓泵站系統為背景，闡述如何利用Web服務器遠程監控實現本地工程師和遠程操作員對泵站系統的監視和操作。

1遠程監控系統

遠程監控是指本地計算機通過網絡對遠程端進行監視和控制，完成參數調節、故障恢復等操作。Web服務器發布系統是基于B/S三層架構模型，形成“瘦客戶機-胖客戶機-瘦服務器”的計算機模式。B/S模式的服務端運行在Web服務器上，客戶端是企業信息網上任何具有權限的計算機[2-3]。B/S模式遠程監控系統是以網絡作為通信平臺，以HTTP技術為基礎，充分利用現有的局域網資源和廣域網資源，以最高的性價比，以信息的實時獲取和實時控制為中心，實現信息、資源的合理化配置。B/S模式遠程監控系統具有簡單、高效等優點，已經成為普遍應用的網絡遠程監控模式。

2遠程監控系統實現

2.1　背景簡介

某區給水加壓泵站自動控制系統主要由上位監控系統、S7-300 PLC控制器以及執行機構組成，系統結構如圖1所示。自動化控制系統負責全廠生產過程監視控制與數據采集。監控主站及監控分站均設在泵站的泵房及配電間構筑物內?？刂浦髡局饕ǎ簝膳_IPC監控計算機(一臺操作員站、一臺工程師站)投影儀、UPS電源、激光打印機等。監控子站由泵房監控子站和加氯間監控子站組成。泵房監控子站包括PLC機柜、可編程控制器、網絡接口等。加氯間監控子站為廠家成套設備。各監控站之間、水泵變頻器及軟啟動器之間的通信采用總線型結構，通過以太網交換機連接IPC及各終端，并考慮未來企業信息管理網絡的建設，為其留有擴展和網絡連接的接口[1-4]。

圖1　系統結構圖

2.2　WinCC Web Navigator

WinCC是市場上第一個IHMI軟件，它將用戶的系統控制軟件與自動化過程真正地聚集在一起。而WinCC Web Navigator可以使WinCC作為標準工具，非常快速和便捷地通過Internet和Intranet來分配用戶自動化系統的控制和監視功能，具有很好的平臺無關性和易維護性。

通過WinCC Web Navigator進行組態配置，監控畫面、報表圖形和歸檔數據無需任何轉換和維護工作，即可顯示在IE瀏覽器上。

WinCC Web Navigator軟件包由安裝在服務器計算機上的特殊WinCC Web Navigator Server組件和運行在Internet計算機上的WinCC Web Navigator Client 組件組成。其可以像在常規WinCC系統中那樣對顯示在 WinCC Web Navigator Client上的畫面進行控制[5]。

2.3　系統設計

泵站WinCC Web Navigator遠程控制、監控系統設計的實現，基于計算機自動控制技術、網絡通信技術、信息服務(IIS)管理技術、標準Web、OPC技術。這些技術使工業TCP/IP網絡與標準TCP/IP網絡相結合組成遠程高級控制系統[6-7]。系統結構設計如圖2所示。

圖2　系統結構設計圖

2.4　Web發布

WinCC Web Navigator發布分為以下幾個步驟。

① 組態WinCC Web Navigator工程。首先確保變量管理是以“以太網”為基礎，打開某區給水加壓泵站系統WinCC項目中的Web Configurator，進行Web站點的參數設置。

② 發布過程畫面。以某區給水加壓泵站系統為例，發布過程畫面包括：功能選擇界面、加壓泵站流程界面、加氯間工藝流程界面、PID控制調節界面、報警管理界面、歸檔變量記錄界面等。

③ 用戶權限設置[8]。系統設置了操作員、管理員和工程師三個權限密碼，用戶可以依照所對應的權限進行操作。

④ 客戶端訪問Web服務器。在IE瀏覽器中輸入Web服務器對應的站點，按照要求下載所需控件Web Navigator Client客戶端，輸入對應的權限密碼，現場數據畫面即被顯示。

3遠程監控系統安全機制

信息安全機制是遠程監控系統安全體系中的核心部分，企業的數據安全更是遠程監控系統應該考慮的重中之重。在遠程監控系統設計中，提出了身份驗證、數據安全性[9]兩種安全服務功能。

① 身份驗證。隨著Web服務器技術逐漸的成熟，可以采用基于安全性令牌、生物特征等方式確保通信服務雙方身份的真實和有效。此外，還可以通過IP用戶篩選機制，通過系統設置允許或拒絕特定的IP發來服務請求、符合要求的IP地址允許中間件請求數據，并將數據進行打包處理，回應Web服務器。

② 數據安全性。遠程監控中數據傳遞的機密性是Web服務器中必須考慮的一部分。數據的安全性通過XML技術來實現。系統采用Web服務器中構建的ASP通信組件，結合多種加密算法以及ASP.NET環境下的安全性配置，利用ASP通信組件中的UDP通信接口與中間件通信；并在XML文件設置一個校驗元素，通過兩次數據校驗的對比，極大地保證了數據的傳輸安全。

4結束語

Web發布系統在充分運用現代計算機網絡技術、通信技術、信息處理技術和應用開發技術的基礎上，實現了泵站數據、報表、圖形顯示。通過瀏覽器監控泵站的運行，從而獲取數據，為生產管理、決策提供一個即時準確的反饋依據。

遠程控制監控系統設計，運行可靠、維護性高，能很好地展示現場監控和數據分析兩大功能，有效解決了遠程訪問的困難，給企業提供了更合理化的監控平臺。

Web遠程監控技術，能夠充分利用現有網絡資源，并有效地實現資源的合理配置，是未來發展的必然趨勢[10]。

參考文獻

[1] 孫德明,何正嘉.快速構建基于Web的遠程測控系統[J].計算機工程與應用,2003(23):160-162.

[2] 姜建芳，楊秀爽，陳新華.基于WinCC Web Navigator的PLC遠程實驗室設計[J].實驗室研究與探索，2008,27(12):57-62.

[3] 曹路圓,吳迪,劉征宇.基于WinCC Web Navigator的生產數據發布系統[J].制造業自動化,2010(9):185-186.

[4] 王文明，李志安，程懷舟.一種新型的泵站Web發布系統[J].可編程控制器與工廠自動化(PLC FA)，2010(5):61-63.

[5] 賈云婷,王喜軍.油田基于WinCC Web Navigator的遠程數據采集控制系統的設計[J].工業控制計算機,2010(3):12-13.

[6] 高強,安康,董超,等.基于OPCHDA技術的歷史數據通訊系統的實現[J].化工自動化及儀表,2007,34(5):48-50.

[7] 高強,張亮,李月鳳.基于OPC技術的虛擬DCS監測系統設計[J].自動化與儀表,2009,24(12):30-32.

[8] 高強,鄭曉慶,陳敏.嵌入式Linux的家用無線遠程監控系統[J].自動化與儀表,2010,25(5):47-51.

[9] 郭玉龍,楊浩杰.WEB服務器發布安全策略研究[J].網絡安全技術與應用,2014(1):138-139.

[10]張金山,高強,李航,等.新型的應用于過程控制的半實物仿真系統[J].計算機工程與設計,2013(4):1356-1360.

中圖分類號：TP277

文獻標志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201501008