1 引言
控制系統是集計算機技術、控制技術、網絡技術為一體的產品，具有控制功能強、操作簡便和可靠性高等特點，它可以方便地用于工業裝置的生產控制和經營管理。結合網絡技術的發展，各種先進的技術不斷涌現，例如遠程控制、遠程制造等。本文以實驗室遠程控制技術為基礎應用于工業現場，設計了一種基于網絡的工業遠程控制系統。
2 系統構成框圖
本工業遠程控制系統的總體框圖如1所示。
圖1 系統框圖
3 遠程控制網絡結構的具體實現
3.1 現場控制設備
本文的設備層主要包括：THJ-2型高級過程控制系統、SIEMENS變頻器、智能數顯表、各種傳感器、SIEMENS PLC S7-200以及智能采集模塊等。在這些設備中SIEMENS PLC S7-200充當下位機作為控制器，它是現場設備層與現場控制計算機層的橋梁。SIEMENS PLC S7-200通過PC/PPI電纜與工控機的RS-485相連。S7-200 CPU將一個微處理器、一個集成電源和數字量I/O點集成在一個緊湊的封裝中，從而形成了一個功能強大的微型PLC，當下載程序后，S7-200就可以按照邏輯關系控制I/O設備從而實現應用要求。還可利用多種類型的擴展模塊來完善其CPU的功能。該系統中膨化罐的溫度、重量、壓力均用模擬量輸入/輸出模塊EM235來控制。
3.2 現場控制計算機
本系統的現場控制計算機使用的是研華工控機，在硬件方面它本身帶有RS-485接口，同時支持ISA、PCI類型的數據采集板卡，很方便就能與現場設備連接。本機在軟件方面裝有設備專用的編程軟件，進行開發、編輯和控制自己的應用程序來控制可編程控制器。例如STEP 7-Micro/WIN編程軟件來編輯應用程序，控制S7-200數字量/模擬量輸入輸出控制，還裝有組態軟件-MCGS 6.0網絡版完成控制畫面以及SQL Server 2000完成數據存儲。
1、工業控制計算機與THJ-2高級型過程控制裝置的通訊
本實驗裝置與工業控制計算機的通訊采用RS485串口通訊協議，通過在工控機上安裝RS232/485轉換板卡把工控機RS232通訊協議下的信號轉換成RS485通訊協議下的信號，利用儀表控制臺側部的RS485串行接口同所有儀表進行通訊。采用二線制雙絞線進行通訊。
工控機上裝有MCGS組態軟件，在組態軟件的設備窗口中，在設備工具箱中加入AI系列智能儀表的驅動程序，首先雙擊設備工具箱中的通用串口設備，然后再雙擊不同型號的AI系列智能儀表驅動，使它們掛接在通用串口設備下，通用串口設備的參數設置應當和智能儀表的參數設置相一致，包括最小采集周期，通訊波特率等，通用串口設備的參數設置應當和智能儀表的參數設置相一致，包括最小采集周期，通訊波特率等。
2、數據庫服務器
在現代化的工業生產現場，由于大量使用各種類型的控制設備，因此，通常會產生大量的生產數據。這就要求構成控制系統核心的組態軟件具備強大的數據處理能力，從而有效、合理地將這些生產數據加以處理，一方面，為現場操作員提供實時、可靠的圖象、曲線等，以反映現場運行的狀況并方便其進行相應的控制操作;同時，也需要為企業的管理人員提供各種類型的數據報表，為企業管理提供切實可靠的第一手資料。通過MCGS組態軟件可以完成數據的初步處理，該組態軟件將數據處理過程分為三個階段，即：數據前處理、實時數據處理以及數據后處理，以滿足各種類型的需要，如下圖2所示：
圖2 數據處理流程
1） 數據前處理。在實際應用中，從硬件設備中輸入或輸出的數據一般是特定范圍內的電壓、電流等物理意義的值，通常要對這些數據進行相應的轉換，才能得到真正具有實際意義的工程數據。例如，從AD通道采集進來的數據一般都為電壓mV值，需要進行量程轉換或查表、計算等處理才能得到所需的工程物理量。MCGS系統對設備采集通道的數據可以進行八種形式的數據處理。各種處理可單獨進行也可組合進行。MCGS的數據前處理與設備是緊密相關的，在MCGS設備窗口下，打開設備構件，設置其數據處理屬性頁即可進行MCGS的數據前處理組態。
2） 實時數據處理。MCGS缺省使用Microsoft Access數據庫作為歷史存盤數據庫，用數據庫技術來管理和維護存盤的數據，存盤數據庫的文件名和路徑在主控窗口屬性中設定，系統運行過程中，MCGS自動進行數據存貯操作。這對用戶數據的開放式管理是一種非常有效的方式。但是，使用Access數據庫也受到該數據庫本身特性的制約，特別地，當用戶工程的存盤數據量很大或需要存貯很長時間內的數據時，使用Access數據庫就會因數據庫文件過大而導致性能的下降。
針對上述情況，MCGS提供了數據存盤備份機制，將歷史數據以多個平面文件的形式存貯在硬盤的指定位置或者通過ODBC連接于其它數據庫。在膨化系統里使用的是SQL Server 2000數據庫。MCGS可以自動把采集到的數據存入到數據庫SQL Server 2000中。只需在數據庫服務器上安裝Microsoft SQL Server 2000服務器端組件，用SQL Server 2000提供的SQL Enterprise Manager（企業管理器）工具來完成數據庫的創建。在膨化炸藥數據庫里。數據庫的表根據控制層的需要和設定，自動在指定數據庫中生成。使用的主要數據庫表如“膨化炸藥”數據庫中“真空度”。
注意：對于非組對象類型的數據對象，作為獨立的對象按變化量存盤，與作為組對象的成員定時存盤，同一對象采用兩種不同的存儲方式，在存盤數據文件內是存儲在不同的地方。單個數據對象存盤時，數據值主要反映該對象的值隨時間變化的情況，而組對象對應的存盤數據重點在于記錄其所有成員在同一時刻的值。一個非組對象類型的數據對象可能同時是多個組對象的成員，在幾個地方都可能對其進行了存盤處理，每一部分的存盤數據都是各自獨立的。
一般情況下采用組對象存盤，因為組對象存盤時是將組對象的所有成員都同時存盤，在歷史存盤數據庫中，每個組對象對應一個數據表，其成員對應相應的字段域。如果單個變量定義存盤，則在歷史數據庫中該變量對應一個表和字段域，如果變量較多時，則數據庫中的表會很多。在實際工程應用中，多個工程物理量之間有聯系，在歷史報表、歷史曲線中需要把多個變量對應的歷史數據同時顯示出來，此時用組對象存盤保證存盤數據的同時性，對多個變量的歷史數據進行比較才具有物理意義。
3） 數據的后處理。組態軟件中的數據的后處理，其本質上是對歷史存盤數據庫的處理。將存盤數據庫中的歷史數據加以提煉，得到對用戶真正有用的數據和信息，然后，通過歷史曲線、歷史表格、Excel報表輸出以及存盤數據瀏覽等功能將這些數據和信息形象地顯示或打印出來。本文中系統使用的就是ASP.NET里的ADO.NET構件訪問存盤數據，通過ADO.NET讀取SQL Servers數據庫表，以膨化真空度數據為例說明ADO.NET讀取SQL Servers數據的實現。
3.3 Web服務器的實現
Web服務器是整個系統的關鍵，起中轉作用其中主要包括五個進程:登錄界面，實驗參數設置界，實驗結果顯示界面，Socket服務器和Socket客戶端程序，其結構見圖3所示。
圖3 Web服務器結構圖
登錄界面，實驗參數設置界面和實驗結果顯示界面都是用ASP.NET建立的動態網頁Socket客戶端程序和Socket服務器程序是用VB.NET編寫，在Web服務器中同時設置Socket的服務器程序和客戶端程序是為了將修改后的實驗參數及時的送給工控機，實現在線實時調節參數的功能。同時工控機送回的采樣值被寫入XML文件，實驗參數從參數設置界面傳給Socket客戶端程序，它們之間采用微軟消息隊列進行通信，是并發執行的。Socket服務器程序將工控機送回的采樣值寫入XML文件，實驗結果顯示界面同時讀這個文件，并將其中的數據轉換成圖形的形式展現給用戶。
1、使用ASP.NET建立動態頁面
登錄界面、實驗參數設置界面、實驗結果顯示界面和組態演示界面都使用ASP.NET來實現的。在實現登錄，參數設置和實驗結果顯示時它們分別使用不同的數據庫而組態演示界面調用的是ActiveX構件完成。下面介紹把MCGS組態界面通過ActiveX構件嵌入到網頁的方法：首先打開VB，創建一個新工程，在ActiveX工具箱中，添加對瀏覽器組件的索引，在窗體上創建一個瀏覽器組件，調整其大小。
2、消息隊列-MSMQ
從體系結構中可知，本系統采用的是多模塊，多進程的模式。為了提高系統的速度，進程間需要并發執行。為了使進程間相互協調的工作，必須要有相應的機制來保證。這種機制應該具有低耦合性，高可靠性的特點。
微軟消息隊列——MSMQ正是能夠滿足上述條件的一種通信機制，它提供了可靠的異步和松散耦合的通信機制。MSMQ實現原理:消息的發送者把自己想要發送的信息放入一個容器中（稱之為message）,并將它保存至一個系統公用空間的消息隊列（Message Queue）中;本地或異地的消息接收程序再從該隊列中取出發給它的消息進行處理。由于MSMQ是異步通信，無論是發送方還是接收方都不用等待對方返回成功消息，就可以執行余下的代碼，這樣就能實現進程的并發執行:消息的格式是用戶自定義的，可以進行簡單的加密:由于MSMQ代表已包裝的服務請求，當要求產生日志時，只需自動為相關的日志隊列產生每個消息的拷貝即可，因此有利于系統的恢復和安全性。
3、DDE方式建立數據交換的過程
本文中的系統使用的是DDE熱鏈接的方式，同時用Excel作為MCGS的數據與瀏覽器數據的中間緩存單元。在MCGS的“實時數據庫”窗口中定義的變量Dat01-Dat100，根據工程的要求部分變量需DDE輸出的，其余的是DDE輸入的。在MCGS組態環境的“工具”菜單中選取“DDE連接管理”菜單項。
3.4 代理服務器
本系統使用的代理服務器軟件是Sygate，它是一個網關服務器設置軟件，比Wingate設定更容易更好用的軟件。Sygate是一套允許使用者在局域網中，通過國際互聯網連接，分享給整個局域網的使用者，讓兩臺以上的電腦，同時上網的好軟件，支持Modem、ISDN、Cable Modem、ASDL等等多種接入，只需要在局域網中有Modem的電腦上安裝即可，是解決多計算機Internet共享的好軟件。
代理服務除了擁有共享Internet連接的作用外，還可以通過本地計算機硬盤中所保留的緩存來提高訪問速度、節約帶寬的作用。
本文作者創新點:
遠程控制技術是一門綜合性技術，涉及控制、網絡、計算機、數據庫等多個領域。本文從系統集成的角度深入研究設計了基于網絡的工業遠程控制系統，實現了遠程客戶端和Web服務器的設計。
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