遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
本文從工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展出發(fā)，結(jié)合internet技術(shù)給出了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的總體功能，詳細(xì)闡述了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析了國(guó)內(nèi)外遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)的現(xiàn)狀，最后介紹了遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢(shì)。
1、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)概述
從上個(gè)世紀(jì)90年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們的生產(chǎn)行為、生活方式都發(fā)生了重大的變化，作為生活生產(chǎn)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)即監(jiān)控技術(shù)的重要性正在逐漸被人們所認(rèn)識(shí)和重視。監(jiān)控系統(tǒng)的演變，是一個(gè)從集中監(jiān)控向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的發(fā)展歷史。早期的監(jiān)控系統(tǒng)，采用大型儀表集中對(duì)各個(gè)重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并通過操作盤來進(jìn)行集中式操作。而計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以監(jiān)測(cè)控制計(jì)算機(jī)為主體，加上檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象(生產(chǎn)過程)共同構(gòu)成的整體。在該系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的檢測(cè)、監(jiān)督和控制功能。在現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)和管理中，大量的物理量、環(huán)境參數(shù)、工藝數(shù)據(jù)、特性參數(shù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)督管理和自動(dòng)控制。由于工業(yè)生產(chǎn)過程控制要求的高環(huán)境適應(yīng)性、高實(shí)時(shí)性、和高可靠性等特點(diǎn)，自動(dòng)控制與檢測(cè)技術(shù)一直沿著自己的道路發(fā)展，測(cè)控領(lǐng)域所使用的通信技術(shù)都自成體系，許多通信協(xié)議不開放，而且大多數(shù)系統(tǒng)都是面向單臺(tái)，或單一類型的設(shè)備。
隨著生產(chǎn)力的進(jìn)步，設(shè)備的分布越來越離散單一的，各自獨(dú)立的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已不能適應(yīng)工業(yè)化的需求，于是便產(chǎn)生了分布式系統(tǒng)。這種系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，使系統(tǒng)資源分配趨于合理。但是由于目前運(yùn)行的絕大多數(shù)分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還只是在局域網(wǎng)上，通常的測(cè)控僅局限于同一地點(diǎn)，所以具有一定的地域局限性。 internet能實(shí)現(xiàn)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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利的條件[1]。遠(yuǎn)程監(jiān)控是本地計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如internet/intranet，對(duì)遠(yuǎn)端進(jìn)行監(jiān)視和控制，完成對(duì)分散控制網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)監(jiān)控及設(shè)備的診斷維護(hù)等功能我們通常把能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的通信媒體、計(jì)算機(jī)軟件、硬件系統(tǒng)稱為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分布廣泛或數(shù)據(jù)不易采集的場(chǎng)合，要能夠及時(shí)地監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行有效控制，這就是遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上的需求。
2、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及分析
2.1.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能分析
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)有兩種類型，一種是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)沒有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，而是將數(shù)據(jù)采集后直接送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，這種遠(yuǎn)程監(jiān)控與一般的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控沒有多大的區(qū)別，只是數(shù)據(jù)傳輸距離比現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)要遠(yuǎn)，其它部分則和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)相同；另一種是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控并存。一般是采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將分布于各個(gè)設(shè)備的傳感器、監(jiān)控設(shè)備等連接起來，這樣就從分立單元階段進(jìn)入了集成單元階段，然后各個(gè)管理站點(diǎn)的服務(wù)再用局域網(wǎng)連接起來，這樣就形成了企業(yè)內(nèi)部網(wǎng) (intranet)。由于建立了基本的網(wǎng)絡(luò)信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，設(shè)備監(jiān)測(cè)、維護(hù)技術(shù)進(jìn)入了集成系統(tǒng)階段，在一個(gè)單位的內(nèi)部基本上實(shí)現(xiàn)了資源和信息共享。
遠(yuǎn)程控制所實(shí)現(xiàn)的功能如下：
采集與處理功能：主要是對(duì)生產(chǎn)過程的各種模擬或數(shù)字量進(jìn)行檢測(cè)、采樣和必要的預(yù)處理，并且以一定的形式輸出，如打印報(bào)表、顯示屏和電視等，為生產(chǎn)人員提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)，幫助他們進(jìn)行分析，以便了解生產(chǎn)情況；
監(jiān)督功能：將檢測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、還有生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過程中發(fā)出的指令和輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納、整理、計(jì)算等二次加工，并分別作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)加以存儲(chǔ)；
管理功能：利用己有的有效數(shù)據(jù)、圖像、報(bào)表等對(duì)工況進(jìn)行分析、故障診斷、險(xiǎn)情預(yù)測(cè)，并以聲光電的形式對(duì)故障和突發(fā)事件報(bào)警；
控制功能：在檢測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行信息加工，根據(jù)事先決定的控制策略形成控制輸出，直接作用于生產(chǎn)過程。
基于b/s和c/s的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)作為通信平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)，以http技術(shù)為基礎(chǔ)，具有簡(jiǎn)單、高效等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為信息網(wǎng)絡(luò)的一種最普遍應(yīng)用的信息交互平臺(tái)[2]。利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)socket技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)及面向?qū)ο蟮溶浖夹g(shù)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)管理、用戶管理、設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示及報(bào)警等模塊，其優(yōu)點(diǎn)是充分利用了現(xiàn)有的局域網(wǎng)資源和廣域網(wǎng)資源，以最高的性能價(jià)格比，以信息的實(shí)時(shí)獲取和實(shí)時(shí)控制為中心，實(shí)現(xiàn)信息、資源及任務(wù)的綜合共享和全局一體化的管理。例如：監(jiān)控系統(tǒng)將設(shè)備運(yùn)行情況提供給服務(wù)器，并由服務(wù)器發(fā)送到各個(gè)節(jié)點(diǎn)客戶機(jī)，工作人員在客戶機(jī)端(一般為遠(yuǎn)端)便可了解整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)及運(yùn)行情況。簡(jiǎn)單地講，對(duì)企業(yè)來說就是充分利用現(xiàn)代技術(shù)解決實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理以及進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的問題。正是它的這些優(yōu)點(diǎn)使得它得以飛速發(fā)展。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控將更多地應(yīng)用在企業(yè)生產(chǎn)過程的管理中，專業(yè)技術(shù)人員可以通過互聯(lián)網(wǎng)來管理和維護(hù)生產(chǎn)過程，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高設(shè)備的可用率，最終降低生產(chǎn)成本，提高效益。
2.1.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所具備的優(yōu)點(diǎn)
借助于遠(yuǎn)程監(jiān)控可以將企業(yè)內(nèi)部的信息網(wǎng)(intranet)與控制網(wǎng)有效地連接起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)情況的隨時(shí)掌握，把生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況同企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理策略緊密結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的綜合自動(dòng)化，可以建立網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和網(wǎng)上知識(shí)資源庫(kù)。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和快速集中，獲得現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，技術(shù)人員無(wú)須親臨現(xiàn)場(chǎng)或惡劣的環(huán)境就可以監(jiān)視并控制生產(chǎn)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及各種參數(shù)，使受過專業(yè)訓(xùn)練的人員。虛擬。地出現(xiàn)在許多監(jiān)控地點(diǎn)，方便地利用本地豐富的軟硬件資源對(duì)遠(yuǎn)程對(duì)象進(jìn)行高級(jí)過程控制，以維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)營(yíng)，從而減少值守工作人員，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端的無(wú)人或少人值守，達(dá)到減員增效的目的[3]。
目前，越來越多的企業(yè)集團(tuán)呈跨地域的發(fā)展趨勢(shì)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高企業(yè)產(chǎn)品的科技含量，以及增強(qiáng)企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力等方面都具有十分重要的意義。
2.1.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所存在的技術(shù)問題
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和監(jiān)控范圍的擴(kuò)大，監(jiān)控系統(tǒng)由過去的單機(jī)監(jiān)控過渡到現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，但目前還存在著一些問題。首先，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)不足的問題。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)中最為關(guān)鍵的技術(shù)，然而，目前網(wǎng)絡(luò)通信一般簡(jiǎn)單采用socket技術(shù)，甚至ftp或email等，這些技術(shù)無(wú)論在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)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(duì)于現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)端點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，會(huì)大大增加編程的復(fù)雜度，不能滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的需求；其次，網(wǎng)絡(luò)通信中多種結(jié)構(gòu)并存的問題。目前的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大多比較復(fù)雜，分布距離遠(yuǎn)，而且還存在著不同局域網(wǎng)，不同平臺(tái)，甚至在同一局域網(wǎng)中的操作平臺(tái)以及編程語(yǔ)言也可能有不同的問題，這就要求集成網(wǎng)絡(luò)中的不同平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)相互之間的通信，而這些問題采用傳統(tǒng)方法是難以解決的。
3、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)
遠(yuǎn)程監(jiān)控是國(guó)內(nèi)外研究的前沿課題，國(guó)內(nèi)外都展開了積極的研究[4-5]。1997年1月，首屆基于internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷工作會(huì)議由斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院聯(lián)合主辦，有來自30個(gè)公司和研究機(jī)構(gòu)的50多位代表到會(huì)。會(huì)議主要討論了有關(guān)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開放式體系、診斷信息規(guī)程、傳輸協(xié)議及對(duì)用戶的合法限制等，并對(duì)未來技術(shù)發(fā)展作了展望由斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院合作開發(fā)基于internet的下一代遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷示范系統(tǒng)，這項(xiàng)工作同時(shí)也得到了制造業(yè)、計(jì)算機(jī)業(yè)和儀器儀表業(yè)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(gè)實(shí)驗(yàn)性的系統(tǒng)testbed。testbed用嵌入式web組網(wǎng)、用實(shí)時(shí)java和bayesian net初步形成在internet范圍內(nèi)的信息監(jiān)控和診斷推理。另外，許多國(guó)際組織，如mimosa(machine information management open system alliance)、smfpt (society for machinery failure prevention technology)、comadem (condition monition an engineering management)等，也紛紛通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控與故障診斷咨詢和技術(shù)推廣工作，并制定了一些信息交換格式和標(biāo)準(zhǔn)。許多大公司也在他們的產(chǎn)品中加入了internet的功能，如bentley公司的計(jì)算機(jī)在線設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)datamanager200可以通過網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(netdde)的方式向遠(yuǎn)程終端發(fā)送設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息；著名的national instruments公司也在它的產(chǎn)品labwindows/cvi以及labview中加入了網(wǎng)絡(luò)通訊處理模塊[6]，因而可以通過www、ftp、 e2mail方式在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳送。法國(guó)。alarm。研究組對(duì)生產(chǎn)過程的智能報(bào)警和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，并在多個(gè)項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)也開展了積極的研究目前，西安交大、華中科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京理工大學(xué)等高校已取得了較為先進(jìn)的研究成果如西安交通大學(xué)研制的。大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械計(jì)算機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及故障診斷系統(tǒng)rmmd、華中科技大學(xué)開發(fā)的汽輪機(jī)工況監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)kbgmd、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的微計(jì)算機(jī)化機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷專家系統(tǒng)mmmdes等。
4、前景和展望
計(jì)算機(jī)領(lǐng)域經(jīng)歷了一場(chǎng)新的革命，它結(jié)合了現(xiàn)代控制技術(shù)、圖形技術(shù)，其目標(biāo)是隨時(shí)隨地為人們提供無(wú)縫的、高質(zhì)量的、易用的、廉價(jià)的信息資源，使其能真正進(jìn)入人們的生活。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)水平也從初期的模擬信息傳輸與控制飛速發(fā)展到了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化信息傳輸與控制。
目前遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的主流是應(yīng)用internet技術(shù)，在tcp/ip協(xié)議和www規(guī)范的支持下，合理組織軟件結(jié)構(gòu)，使工作人員通過訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來迅速獲取自己權(quán)限下的所有信息并及時(shí)做出響應(yīng)將來，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展會(huì)越來越迅速，越來越成熟，這項(xiàng)新技術(shù)遲早必將用于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上，是監(jiān)控系統(tǒng)未來發(fā)展方向之一。嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)可以使信息實(shí)現(xiàn)本地化處理，改善服務(wù)器性能，可以使每一個(gè)設(shè)備具備上網(wǎng)與服務(wù)功能，即每一個(gè)設(shè)備都可以獨(dú)立進(jìn)行服務(wù)，從而大大提高監(jiān)控的質(zhì)量和范圍[7]。
網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用還滲透到了傳感器領(lǐng)域，將網(wǎng)絡(luò)接口芯片與智能傳感器集成起來，并把通信協(xié)議固化到智能傳感器的rom中，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)傳感器的產(chǎn)生[8]。網(wǎng)絡(luò)傳感器繼承了智能傳感器的全部功能，并且能夠和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，因而在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用成為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)數(shù)字化傳感器。國(guó)外有不少儀器公司己研制出了各種各樣的網(wǎng)絡(luò)化傳感器。國(guó)內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)傳感器方面的研究尚處于原理研究階段，還沒有成型的網(wǎng)絡(luò)化傳感器出現(xiàn)。
監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展始終與最新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，使用者不斷對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控的簡(jiǎn)便性及實(shí)時(shí)性提出了更高的要求。因此必須要更好地、更及時(shí)地應(yīng)用最新技術(shù)，這樣才能使得遠(yuǎn)程監(jiān)控不斷地發(fā)展，不斷地滿足人們的需求。
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