基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)

張平

【摘要】 數(shù)據(jù)采集是獲得信息的基本手段。隨著科技的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為了信息科學(xué)十分重要的一個分支，它是以微型計算機(jī)、信息測量和及時處理等多個技術(shù)為基礎(chǔ)形成的綜合性的應(yīng)用技術(shù)。論文以國內(nèi)某天然氣管線的一座普通閥室的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控為例，基于無線網(wǎng)絡(luò)和電信基帶傳輸，從工作原理、軟件的設(shè)計、硬件的設(shè)計三方面提出數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 數(shù)據(jù)采集 監(jiān)控

一、引言

數(shù)據(jù)采集是獲得信息的基本手段。隨著科技的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為了信息科學(xué)十分重要的一個分支，它是以微型計算機(jī)、信息測量和及時處理等多個技術(shù)為基礎(chǔ)形成的綜合性的應(yīng)用技術(shù)[1]。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)對比，借助無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)具有不受時間、環(huán)境等因素影響的優(yōu)勢，能做到免維護(hù)、可靠性高。尤其是在服務(wù)器端和現(xiàn)場儀表端距離相對較遠(yuǎn)，或者因為改擴(kuò)建空間狹小不便于使用物理介質(zhì)傳輸時，其優(yōu)越性更加凸顯。目前，隨著計算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

二、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

針對天然氣管線單個線路截斷閥室數(shù)據(jù)較少但閥室多且分布范圍較大的特點，設(shè)計基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，力求達(dá)到開發(fā)簡單、成本低廉、維護(hù)方便、共享性高的要求。

1.工作原理。數(shù)據(jù)采集器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、無線傳輸DTU以及數(shù)據(jù)采集監(jiān)控服務(wù)器共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)采集監(jiān)控器將現(xiàn)場采集的溫度、壓力、閥位狀態(tài)等管線運(yùn)行參數(shù)通過硬線接入的方式進(jìn)行采集，經(jīng)過由自身攜帶的串口轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，使用Modbus協(xié)議輸入至現(xiàn)場安裝的無線傳輸設(shè)備RTU，經(jīng)過電信信道上傳至數(shù)據(jù)采集監(jiān)控服務(wù)器。在服務(wù)器側(cè)增設(shè)監(jiān)控畫面，可以反映出現(xiàn)場工藝狀態(tài)，必要時組態(tài)報警畫面。當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)工藝流程異常時及時提示管理人員。

2.軟件的設(shè)計?；跓o線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計利用了C /S這一模式。數(shù)據(jù)采集控制器是為客戶端，用微型CPU作為處理器，這一CPU在處理數(shù)據(jù)上的能力以及數(shù)據(jù)方面都有局限，例如采集控制器分散分布、數(shù)量多。所以，在對數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)對關(guān)鍵的、主要的功能加以集成，以便及時對有限數(shù)據(jù)加以處理。數(shù)據(jù)采集監(jiān)控器則作為服務(wù)器，常采用PC 機(jī)，這樣可以提升數(shù)據(jù)處理的能力[2]。所以，對數(shù)據(jù)采集監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行設(shè)計時，要考慮承擔(dān)多個數(shù)據(jù)及時接收、處理和儲存轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，因此這一結(jié)構(gòu)即是特殊的瘦 客戶機(jī)/胖服務(wù)器。基于無線網(wǎng)絡(luò)技的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)完完全全利用TCP /IP 協(xié)議實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的通信。在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集監(jiān)控器，即客戶機(jī)和數(shù)據(jù)采集監(jiān)控服務(wù)器二者實現(xiàn)通信的信息數(shù)據(jù)包則是以采集監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議來加以定義[3]。這一系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)監(jiān)控采集器是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊和無線上傳模塊，因為系統(tǒng)需要連續(xù)運(yùn)行，在供電續(xù)航方面需提供完整可靠的保障。考慮到油氣管線閥室地理位置一般比較偏僻，而系統(tǒng)功率有限。采用直供民用電的方式則加大了建設(shè)投資，系統(tǒng)設(shè)計采用“太陽能充電+蓄電池”的續(xù)航方式對系統(tǒng)供電。當(dāng)天氣晴好時，太陽能電池板發(fā)電，天氣較差或者太陽能電池功率較低時自動切換至蓄電池供電。同時數(shù)據(jù)采集器實時采集蓄電池的續(xù)航能力和剩余電量傳至服務(wù)器，以便網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員能在電量不足時及時采取應(yīng)急措施，最終確保系統(tǒng)的正常工作。

3.硬件的設(shè)計。數(shù)據(jù)采集監(jiān)控服務(wù)器以及數(shù)據(jù)監(jiān)控采集器兩部分，構(gòu)成了基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的書監(jiān)控采集系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計方案如下： 用 S3C241作為硬件設(shè)備，利用PCMCIA接口與無線網(wǎng)卡進(jìn)行連接，而采用了美國軟件公司802.11b標(biāo)準(zhǔn)的MA401無線網(wǎng)卡。利用了無線接入點AP和現(xiàn)場的局域網(wǎng)連接，而PC 機(jī)（即數(shù)據(jù)采集服務(wù)器）也同時與現(xiàn)場局域網(wǎng)連接，在此基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)采集監(jiān)控器就能按系統(tǒng)中設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議實現(xiàn)無線通信。而這一系統(tǒng)方案運(yùn)用到的為802.11b無線技術(shù)，這一無線網(wǎng)絡(luò)最突出的優(yōu)勢是具有較高兼容性。

三、結(jié)語

根據(jù)國內(nèi)油氣管線的建設(shè)情況，在長輸管線的閥室里采集監(jiān)控的數(shù)據(jù)有兩個主要特征，一是閥室地點分散且偏僻，二是數(shù)據(jù)采集量較少。若采用敷設(shè)光纜通信設(shè)備或利用其他有線的電子通信電路，投資成本將會大大增加。這一方案還從現(xiàn)實出發(fā)提出了基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案，，利用以太網(wǎng) +802. 11b無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并且將服務(wù)器和采集器加以分離，一定程度上提升系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控服務(wù)器和采集器同其他數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行通信，能滿足大量數(shù)據(jù)采集、多系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)惹闆r。

參 考 文 獻(xiàn)

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