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    遠程監控技術的發展現狀

    2006-10-11 控制工程

    1遠程監控系統概述 

           從上個世紀90年代以來,隨著科學技術的迅速發展,人們的生產行為、生活方式都發生了重大的變化,作為生活生產中非常重要的一項技術即監控技術的重要性正在逐漸被人們所認識和重視。監控系統的演變,是一個從集中監控向網絡監控的發展歷史。早期的監控系統,采用大型儀表集中對各個重要設備的狀態進行監視,并通過操作盤來進行集中式操作。而計算機監控系統是以監測控制計算機為主體,加上檢測裝置、執行機構與被監測控制的對象(生產過程)共同構成的整體。在該系統中,計算機實現了生產過程的檢測、監督和控制功能。在現代企業的生產和管理中,大量的物理量、環境參數、工藝數據、特性參數需要進行實時檢測、監督管理和自動控制。由于工業生產過程控制要求的高環境適應性、高實時性、和高可靠性等特點,自動控制與檢測技術一直沿著自己的道路發展,測控領域所使用的通信技術都自成體系,許多通信協議不開放,而且大多數系統都是面向單臺,或單一類型的設備。 

           隨著生產力的進步,設備的分布越來越離散。單一的,各自獨立的監測系統已不能適應工業化的需求,于是便產生了分布式系統。這種系統以計算機網絡為基礎,使系統資源分配趨于合理。但是由于目前運行的絕大多數分布式監測系統還只是在局域網上,通常的測控僅局限于同一地點,所以具有一定的地域局限性。Internet能實現資源的共享,從而使人們有能力解決以前在極有限的資源下很難解決的問題,為遠程監控系統的發展提供了有利的條件\[1\]。遠程監控是本地計算機通過網絡系統如Internet/Intranet,對遠端進行監視和控制,完成對分散控制網絡的狀態監控及設備的診斷維護等功能。我們通常把能夠實現遠程監控的通信媒體、計算機軟件、硬件系統稱為遠程監控系統。在現場設備分布廣泛或數據不易采集的場合,要能夠及時地監視設備的運行狀態并進行有效控制,這就是遠程監控技術在工業生產上的需求。 

    2遠程監控系統發展現狀及分析 

    2.1遠程監控系統功能分析 

           遠程監控系統有兩種類型,一種是生產現場沒有現場監控系統,而是將數據采集后直接送到遠程計算機進行處理,這種遠程監控與一般的現場監控沒有多大的區別,只是數據傳輸距離比現場監控系統要遠,其它部分則和現場監控系統相同;另一種是現場監控與遠程監控并存。一般是采用現場總線技術將分布于各個設備的傳感器、監控設備等連接起來,這樣就從分立單元階段進入了集成單元階段,然后各個管理站點的服務再用局域網連接起來,這樣就形成了企業內部網(Intranet)。由于建立了基本的網絡信息基礎結構,設備監測、維護技術進入了集成系統階段,在一個單位的內部基本上實現了資源和信息共享。 

    遠程控制所實現的功能如下: 

           采集與處理功能:主要是對生產過程的各種模擬或數字量進行檢測、采樣和必要的預處理,并且以一定的形式輸出,如打印報表、顯示屏和電視等,為生產人員提供詳實的數據,幫助他們進行分析,以便了解生產情況; 

           監督功能:將檢測到的實時數據、還有生產人員在生產過程中發出的指令和輸入的數據進行分析、歸納、整理、計算等二次加工,并分別作為實時數據和歷史數據加以存儲; 

           管理功能:利用己有的有效數據、圖像、報表等對工況進行分析、故障診斷、險情預測,并以聲光電的形式對故障和突發事件報警; 

           控制功能:在檢測的基礎上進行信息加工,根據事先決定的控制策略形成控制輸出,直接作用于生產過程。 

           基于B/S和C/S的遠程監控系統是以網絡作為通信平臺的監控系統,以HTTP技術為基礎,具有簡單、高效等優點,已經成為信息網絡的一種最普遍應用的信息交互平臺\[2\]。利用網絡通信技術、Socket技術、數據采集技術及面向對象等軟件技術實現了整個系統的系統管理、用戶管理、設備監控、數據顯示及報警等模塊,其優點是充分利用了現有的局域網資源和廣域網資源,以最高的性能價格比,以信息的實時獲取和實時控制為中心,實現信息、資源及任務的綜合共享和全局一體化的管理。例如:監控系統將設備運行情況提供給服務器,并由服務器發送到各個節點客戶機,工作人員在客戶機端(一般為遠端)便可了解整個系統的工作狀態及運行情況。簡單地講,對企業來說就是充分利用現代技術解決實時數據的采集、傳輸和處理以及進行實時控制的問題。正是它的這些優點使得它得以飛速發展。 

           隨著網絡技術的不斷發展,遠程監控將更多地應用在企業生產過程的管理中,專業技術人員可以通過互聯網來管理和維護生產過程,優化生產工藝,提高設備的可用率,最終降低生產成本,提高效益。 

    2.2遠程監控系統所具備的優點 

           借助于遠程監控可以將企業內部的信息網(Intranet)與控制網有效地連接起來,實現對生產、運營情況的隨時掌握,把生產運營狀況同企業的經營管理策略緊密結合,從而實現企業的綜合自動化,可以建立網絡范圍內的監控數據和網上知識資源庫。通過遠程監控可以實現現場運行數據的實時采集和快速集中,獲得現場監控數據,為遠程故障診斷技術提供了物質基礎;通過遠程監控,技術人員無須親臨現場或惡劣的環境就可以監視并控制生產系統和現場設備的運行狀態及各種參數,使受過專業訓練的人員“虛擬”地出現在許多監控地點,方便地利用本地豐富的軟硬件資源對遠程對象進行高級過程控制,以維護設備的正常運營,從而減少值守工作人員,最終實現遠端的無人或少人值守,達到減員增效的目的\[3\]。 

           目前,越來越多的企業集團呈跨地域的發展趨勢,利用網絡技術實現遠程監控,對企業降低生產成本,提高勞動生產率,提高企業產品的科技含量,以及增強企業的綜合競爭實力等方面都具有十分重要的意義。 

    2.3遠程監控系統所存在的技術問題 

           隨著網絡技術的飛速發展和監控范圍的擴大,監控系統由過去的單機監控過渡到現在的網絡監控,但目前還存在著一些問題。首先,網絡通信技術不足的問題。網絡通信技術是遠程監控技術中最為關鍵的技術,然而,目前網絡通信一般簡單采用Socket技術,甚至FTP或EMail等,這些技術無論在傳輸的數據量、編程的靈活性還是安全性方面都有很大的欠缺,特別是對于現場多個端點的數據采集,會大大增加編程的復雜度,不能滿足遠程監控技術對網絡通信的需求;其次,網絡通信中多種結構并存的問題。目前的遠程監控系統結構大多比較復雜,分布距離遠,而且還存在著不同局域網,不同平臺,甚至在同一局域網中的操作平臺以及編程語言也可能有不同的問題,這就要求集成網絡中的不同平臺,實現相互之間的通信,而這些問題采用傳統方法是難以解決的。 

    3遠程監控技術國內外研究動態 

           遠程監控是國內外研究的前沿課題,國內外都展開了積極的研究\[4-5\]。1997年1月,首屆基于Internet的遠程監控診斷工作會議由斯坦福大學和麻省理工學院聯合主辦,有來自30個公司和研究機構的50多位代表到會。會議主要討論了有關遠程監控系統開放式體系、診斷信息規程、傳輸協議及對用戶的合法限制等,并對未來技術發展作了展望。由斯坦福大學和麻省理工學院合作開發基于Internet的下一代遠程監控診斷示范系統,這項工作同時也得到了制造業、計算機業和儀器儀表業的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12家大公司的熱情支持和通力配合。之后,由這些公司共同推出了一個實驗性的系統Testbed。Testbed用嵌入式Web組網、用實時 JAVA和Bayesian Net初步形成在Internet范圍內的信息監控和診斷推理。 

           另外,許多國際組織,如 MIMOSA(Machinery Information Management Open System Alliance)、SMFPT(Society for Machinery Failure Prevention Technology)、COMADEM(Condition Monition and Engineering Management)等,也紛紛通過網絡進行設備監控與故障診斷咨詢和技術推廣工作,并制定了一些信息交換格式和標準。許多大公司也在他們的產品中加入了Internet的功能,如Bently公司的計算機在線設備運行監測系統Data Manager 2000可以通過網絡動態數據交換(Net DDE)的方式向遠程終端發送設備運行狀態信息;著名的National Instruments公司也在它的產品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了網絡通訊處理模塊\[6\],因而可以通過WWW、FTP、Email方式在網絡范圍內進行監控數據的傳送。法國“ALARM”研究組對生產過程的智能報警和監控系統進行了長期研究,并在多個項目中進行了應用。 

           國內對于遠程監控技術也開展了積極的研究。目前,西安交大、華中科技大學、哈爾濱工業大學、南京理工大學等高校已取得了較為先進的研究成果,如西安交通大學研制的“大型旋轉機械計算機狀態監測系統及故障診斷系統RMMD”、華中科技大學開發的“汽輪機工況監測和診斷系統KBGMD”、哈爾濱工業大學的“微計算機化機組狀態監視與故障診斷專家系統MMMDES”等。 

    4前景和展望 

           計算機領域經歷了一場新的革命,它結合了現代控制技術、圖形技術,其目標是隨時隨地為人們提供無縫的、高質量的、易用的、廉價的信息資源,使其能真正進入人們的生活。計算機監控系統的技術水平也從初期的模擬信息傳輸與控制飛速發展到了數字化、網絡化信息傳輸與控制。 

           目前遠程監控技術的主流是應用Internet技術,在TCP/IP協議和WWW規范的支持下,合理組織軟件結構,使工作人員通過訪問網絡服務器來迅速獲取自己權限下的所有信息并及時做出響應。將來,嵌入式系統的發展會越來越迅速,越來越成熟,這項新技術遲早必將用于遠程監控系統上,是監控系統未來發展方向之一。嵌入式監控系統可以使信息實現本地化處理,改善服務器性能,可以使每一個設備具備上網與服務功能,即每一個設備都可以獨立進行服務,從而大大提高監控的質量和范圍\[7\]。 

           網絡通信技術在測控系統中的應用還滲透到了傳感器領域,將網絡接口芯片與智能傳感器集成起來,并把通信協議固化到智能傳感器的ROM中,導致了網絡傳感器的產生\[8\]。網絡傳感器繼承了智能傳感器的全部功能,并且能夠和計算機網絡進行通信,因而在現場總線控制系統中得到了廣泛的應用,成為現場級數字化傳感器。國外有不少儀器公司己研制出了各種各樣的網絡化傳感器。國內在網絡傳感器方面的研究尚處于原理研究階段,還沒有成型的網絡化傳感器出現。 

           監控技術的發展始終與最新技術的發展息息相關,使用者不斷對遠程監控的簡便性及實時性提出了更高的要求。因此必須要更好地、更及時地應用最新技術,這樣才能使得遠程監控不斷地發展,不斷地滿足人們的需求。 

      

    參考文獻 

    \[1\] 曹軍義, 劉曙光.基于Internet的遠程測控技術\[J\].2001,6:17~21. 

    \[2\] 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:l60~162. 

    \[3\] 朱文凱,陶波,何嶺松.基于Internet的測控系統——網絡化儀器.中國計量.2004,7:53~54. 

    \[4\] 楊叔子,史鐵林,李東曉.分布式監測診斷系統的開發與設計\[J\].振動、測試與診斷.1997,17(l):l~6. 

    \[5\] Nichols H.M.C., Bernard C.B. and David M.H. Remote Instrument Diagnosis on the Internet\[J\].IEEE Intelligent System.1998,(5):70~76. 


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