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1. 概述

    起重機是碼頭與港口的主要生產(chǎn)設備，起重設備的運行狀況是碼頭的管理者時刻關心的大事。使用遠程監(jiān)控技術可以有效地提高故障設備修復的工作效率。它能使設備的維護修理人員在故障發(fā)生的第一時間及時了解故障信息，而不論他或她所處的地點距離故障設備有多遠，這樣可以大大節(jié)約故障查找的時間。通過遠程監(jiān)控技術甚至可以遠距離對設備進行編程工作，這對某些緊急情況下，如備件不足時，需要對控制器進行局部的程序修改時很有意義。

    現(xiàn)代的遠程監(jiān)控系統(tǒng)與過去相比性能上已有了很大的提高,它是網(wǎng)絡技術、電子技術、現(xiàn)代通訊技術、計算機軟件等的綜合運用。計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以極大地提高人們的生產(chǎn)自動化水平和生產(chǎn)效率,已經(jīng)被廣泛應用于許多行業(yè)和領域。

    在互聯(lián)網(wǎng)誕生之前，遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡大都使用公用電話網(wǎng)和一些專用網(wǎng)絡。無線傳輸受到地形和電臺的功率限制，遠距離難以實現(xiàn)；專用網(wǎng)絡覆蓋的區(qū)域范圍也有限，且建立網(wǎng)絡所需的成本較高；公用電話網(wǎng)覆蓋的地區(qū)范圍雖大，但在跨省市或國家時所產(chǎn)生的高額長途話費，使得監(jiān)控成本過高，并且速度很慢。因此，一直以來，由于缺少一個覆蓋面廣、通信成本低且速度足夠快的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡而制約著遠程監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)自動化領域的發(fā)展和應用。互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)以及無線通訊技術的進步，為工業(yè)自動化的遠程監(jiān)控應用提供了堅實的基礎。互聯(lián)網(wǎng)覆蓋面廣，幾乎覆蓋了世界的各個角落；通信成本低，不存在異地通信成本差異；速度較快，除了傳輸文本數(shù)據(jù)流之外，還可以同時傳輸音頻、視頻流數(shù)據(jù)，使遠程監(jiān)控的內容更加豐富、使用更加方便。更重要的是，隨著信息高速公路的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)進一步發(fā)展的潛力巨大，速度、可靠性和安全性將不斷提高。

    對于港口或碼頭小范圍內的遠程監(jiān)控使用局域網(wǎng)則更為適合，局域網(wǎng)通過增加一個網(wǎng)關可以直接與互聯(lián)網(wǎng)相連。這樣可滿足在全球范圍內實現(xiàn)遠程監(jiān)控的需要。目前大部分港口都已建立了全港口范圍內的局域網(wǎng)，即使沒有，新建的費用也很有限。問題的難點在于與被監(jiān)控的起重機的通訊鏈路的選擇。在以前的設備中，有過各種有線或無線的通訊鏈路的應用，但往往在起重機交付之后遠程監(jiān)控的功能也已建立完畢，今后的任何改動都只能由系統(tǒng)的開發(fā)者親自進行，如監(jiān)控范圍，地點的改變，用戶需增加的監(jiān)控內容等。

    本文提出的NetSCADA遠程監(jiān)控系統(tǒng)具有靈活的網(wǎng)絡構架，通過對集裝箱碼頭的輪胎吊及橋吊的遠程監(jiān)控應用的實際運行考驗，具有實時、穩(wěn)定、高效等特點。該系統(tǒng)使用了最新的互聯(lián)網(wǎng)技術、數(shù)據(jù)庫技術、加密技術和監(jiān)控軟件組態(tài)技術，使用戶可以利用互聯(lián)網(wǎng)在任何地點、任何時間、同時連接監(jiān)控多個遠程現(xiàn)場設備。并且，在此基礎上可對設備的控制器進行遠程調試、控制和維護等工作。

2. 系統(tǒng)組成和實現(xiàn)

    該系統(tǒng)的結構示意圖如下圖所示：

    圖中所示的監(jiān)控站，不論是在碼頭辦公區(qū)，還是處于碼頭以外的遠地監(jiān)控站，都可對該碼頭作業(yè)區(qū)的任何一臺設備進行監(jiān)控。由圖還可以看出，該系統(tǒng)隨著碼頭港口的不斷發(fā)展，無論是監(jiān)控點還是被監(jiān)控點，系統(tǒng)都可以方便適應控制范圍或地點的變化。

    每個監(jiān)控站安裝運行由海得公司開發(fā)的NetSCADA遠程監(jiān)控軟件，可以對各種型號的PLC進行遠程監(jiān)控。被監(jiān)控設備可以來自不同的廠商，只要在PLC中定義好可監(jiān)控資源表，監(jiān)控站的建設與被監(jiān)控設備的建設可以分別獨立進行。

    被監(jiān)控的起重設備的PLC控制器必須有以太網(wǎng)接口，在被監(jiān)控的龍門吊或岸邊吊的控制房內安裝無線網(wǎng)橋，無線網(wǎng)橋的RJ45接口和設備上的PLC控制器以太網(wǎng)模塊的RJ45端口使用以太網(wǎng)線相連接，無線網(wǎng)橋通過饋線與安裝在起重機頂部的全向天線相連接。在辦公區(qū)的主控樓安裝一套AP8000無線以太網(wǎng)集線器，它通過饋線與安裝在樓頂?shù)娜蛱炀€相連接。這樣，PLC的數(shù)據(jù)通過無線信號與控制室的局域網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，通訊速率達11M。從而避免了架設專用通訊線路。被監(jiān)控設備上的PLC控制器通過無線以太網(wǎng)網(wǎng)橋和AP8000無線以太網(wǎng)集線器與其他聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控計算機共用同一個局域網(wǎng)段的IP地址，如同在辦公區(qū)的局域網(wǎng)內增加了新成員。位于辦公區(qū)局域網(wǎng)內的任何一臺計算機都能夠對作業(yè)區(qū)的設備進行數(shù)據(jù)交換。辦公區(qū)的聯(lián)網(wǎng)計算機必須安裝NetSCADA中心遠程監(jiān)控軟件，方可實施對作業(yè)區(qū)的所有起重設備進行在線監(jiān)控。如果辦公區(qū)的局域網(wǎng)有接入INTERNET的設備，如ADSL、ISDN等，NetSCADA中心遠程監(jiān)控軟件就可以安裝在任何地點，任何一臺能夠接入INTERNET的電腦上，可進行真正意義上的實時遠程監(jiān)控。

    NetSCADA中心遠程監(jiān)控軟件是專門開發(fā)的用于局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)控軟件，使用了最新的網(wǎng)絡通訊技術，數(shù)據(jù)加密技術，數(shù)據(jù)庫技術及其訪問接口技術，以及工控組態(tài)軟件技術，并應用軟件組件技術和軟件開發(fā)工具將各單項技術集成在一起，構建了該大型軟件系統(tǒng)。它可根據(jù)用戶的不同要求開發(fā)監(jiān)控功能，并具有完善的組態(tài)功能。以下是該系統(tǒng)所使用的關鍵技術：
    （1） TCP/IP協(xié)議：
    TCP/IP主要是指用于Internet的兩種網(wǎng)絡協(xié)議（或者說是數(shù)據(jù)傳輸方法）：傳輸控制協(xié)議和網(wǎng)絡互連協(xié)議。然而，TCP/IP只是稱為TCP/IP協(xié)議包中的許多協(xié)議中的兩種，而完整的TCP/IP協(xié)議包則包含了許多其他常用的網(wǎng)絡通信協(xié)議如地址解析協(xié)議（ARP）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、超文本傳輸協(xié)議（HTTP）等。
    （2） 套接字（Socket）技術
    套接字是通信的基石，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡通信的基本操作單元。可以將套接字看作不同主機間的進程進行雙向通信的端點，它構成了在單個主機內及整個網(wǎng)絡間的編程界面。套接字存在于通信域中，通信域是為了處理一般的線程通過套接字通信而引進的一種抽象概念。套接字一般都采用Client/Server模型在網(wǎng)絡上傳遞數(shù)據(jù)，即通信的兩端分別是Client端和Server端。由Client端向Server端發(fā)出連接請求，Server端監(jiān)聽并響應Client端的連接請求，建立連接后，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)在Client端和Server端的雙向傳輸。
    （3） 數(shù)據(jù)庫訪問接口ODBC和DAO
    ODBC是Open Database Connectivity（開放式數(shù)據(jù)庫連通性）縮寫，可能是使用最廣泛的關系型數(shù)據(jù)庫訪問接口。它是一種底層接口，特點是高效靈活，但比較復雜，且只能訪問關系型數(shù)據(jù)庫。

    DAO是Data Access Object（數(shù)據(jù)訪問對象）的縮寫，它是一種底層接口，是主要針對Access數(shù)據(jù)庫Jet引擎開發(fā)的一種數(shù)據(jù)庫訪問接口，用于訪問Access數(shù)據(jù)庫比較高效，但訪問其他數(shù)據(jù)庫則比較慢。
    （4） COM技術
    COM是由Microsoft公司提出的組件標準，它不僅定義了組件程序之間進行交互的標準，并且也提供了組件程序運行所需的環(huán)境。在COM標準中，一個組件程序也被稱為一個模塊，它可以是一個動態(tài)鏈接庫，被稱為進程內組件（in-process component）；也可以是一個可執(zhí)行程序，被稱為進程外組件（out-of-process component）。一個組件程序可以包含一個或多個組件對象，因為COM是以對象為基本單位的模型，所以在程序與程序之間進行通信時，通信的雙方應該是組件對象，也叫做COM對象，而組件程序（或稱做COM程序）是提供COM對象的代碼載體。
    （5） OPC標準與OPC驅動
    OPC是OLE for Process Control（過程控制領域的對象鏈接嵌入）的縮寫，是OPC Foundation組織開發(fā)的一套用于過程控制的OLE/COM接口協(xié)議標準，用以推動工業(yè)自動化控制領域的不同廠家或不同設備間的通訊互連或數(shù)據(jù)交換與訪問。

    在實施的案例中，被監(jiān)控的起重機的控制器采用的是GE9030系列PLC，監(jiān)控中心計算機使用TCP/IP MODBUS協(xié)議與之通訊，結果令人滿意，得到用戶的認可。

3、系統(tǒng)特點

    基于互聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)控技術早已有之，目前應用較多的是Web Server方式，應用上有很大的限制。本系統(tǒng)與之有較大的區(qū)別，兩種方式的主要區(qū)別見表一。

    該遠程監(jiān)控系統(tǒng)邏輯上分為4個部分：監(jiān)控現(xiàn)場端（即被監(jiān)控設備）、監(jiān)控中心端(分布于各地的監(jiān)控站)、IP交換服務器和互聯(lián)網(wǎng)接入設備，見圖2。簡要說明各部分的作用如下：
    監(jiān)控現(xiàn)場：除了可以和現(xiàn)場設備控制層一起組成獨立的現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)之外，也負責與遠程監(jiān)控中心交互，協(xié)助中心完成設備的遠程監(jiān)控任務，一般是計算機或PLC等；
    監(jiān)控中心：運行NetSCADA軟件的計算機，負責對多臺現(xiàn)場設備進行集中管理，監(jiān)測在線設備狀態(tài)，排除設備故障；可遠程提取現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)并進行分析；
    IP交換服務器：負責完成具有相同標識的監(jiān)控現(xiàn)場和監(jiān)控中心之間的IP交換任務，使得被監(jiān)控端不需要申請固定的IP地址；
    互聯(lián)網(wǎng)接入設備：負責將監(jiān)控現(xiàn)場和監(jiān)控中心接入互聯(lián)網(wǎng)，可以是Modem、ISDN、ADSL、網(wǎng)關或其他可用的上網(wǎng)設備。

4．總結

    通過在不同碼頭的橋吊、龍門吊的現(xiàn)場測試，確定無線網(wǎng)絡的安裝方式，保證了一定距離內數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐耆珪惩ā０ㄈ蛱炀€的安裝位置、饋線的走線方式以及AP8000，網(wǎng)橋的安裝位置等。

    同時測試了基于以太網(wǎng)的OPC驅動性能，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率。

    在主控機房可直接監(jiān)控作業(yè)區(qū)的起重設備的工作情況，無線信號能覆蓋整個碼頭和堆場。
    （1） 遠程監(jiān)控中心可對碼頭的任何一臺起重設備進行實時監(jiān)控；
    （2） 遠程監(jiān)控中心可對分散的多個現(xiàn)場進行組織管理；
    （3） 遠程監(jiān)控中心在任何時間、任何地點接入互聯(lián)網(wǎng)之后均能對設備的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測，必要時可對故障設備進行遠程診斷，排除故障使設備恢復正常運行；
    （4） 現(xiàn)場設備出現(xiàn)運行故障及時向遠程監(jiān)控中心報警；
    （5） 存儲設備運行歷史數(shù)據(jù)，并可供現(xiàn)場和遠程用戶查詢、分析和打印；
    （6） 當報警發(fā)生時，不僅可以記錄報警信息，還能記錄與每條報警信息關聯(lián)的前m秒后n秒的變量數(shù)據(jù)，便于對報警原因進行深入分析。

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