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1  引言

        IT界正流行著Sun公司的一句名言“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”，而隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制領(lǐng)域的廣泛研究和應(yīng)用，“網(wǎng)絡(luò)就是控制”應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)階段，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速進(jìn)步，對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的管理控制已不再僅限于現(xiàn)場或近距離監(jiān)控，而是要求與企業(yè)信息系統(tǒng)進(jìn)行整合集成，構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)，以便實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息化，從而使企業(yè)的業(yè)務(wù)活動(dòng)拓展到整個(gè)Internet。而對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控是其中的一個(gè)重要方面。

    這里所說的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的對(duì)象是工業(yè)控制系統(tǒng)的機(jī)器、生產(chǎn)線、動(dòng)力裝置等現(xiàn)場設(shè)備；區(qū)別于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所指的監(jiān)控問題。對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控有兩層含義：一是對(duì)工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行遙測、遙信、遙控；二是系統(tǒng)管理，對(duì)工業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估、管理和決策，為維護(hù)人員排除故障提供準(zhǔn)確的依據(jù)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)測與預(yù)防。

    新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)和被應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)中，如Java技術(shù)、XML技術(shù)、分布式對(duì)象技術(shù)等等，將進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)。

2  網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

    對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控實(shí)質(zhì)上就是對(duì)現(xiàn)場設(shè)備基于Internet的監(jiān)控，是建立在已經(jīng)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上的。最新的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過將控制系統(tǒng)與企業(yè)管理信息系統(tǒng)基于Intranet進(jìn)行整合集成，可以實(shí)現(xiàn)全企業(yè)范圍的信息化。而適應(yīng)電子商務(wù)的發(fā)展，企業(yè)的Internet活動(dòng)除了傳統(tǒng)的信息發(fā)布、在線交易等應(yīng)用外，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控也是一個(gè)重要的方面。這樣，以Internet為數(shù)據(jù)信息傳輸載體，使產(chǎn)品制造商、使用、維修者、客戶，只要是有權(quán)限者，不管身在何處，都可以方便地瀏覽各種被控制對(duì)象的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、工作情況。在客戶端控制中心，有智能化軟件、數(shù)據(jù)庫，擁有權(quán)限就可以分析所得結(jié)果，下達(dá)控制指令。通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，使專業(yè)人員能夠監(jiān)管更多的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見圖1所示。

圖1  網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以基于較流行的Web應(yīng)用的三層模型，在現(xiàn)場由智能化監(jiān)測儀器儀表對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行測控，對(duì)具有網(wǎng)絡(luò)功能的智能儀表可以直接通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)將實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器，否則可以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)接口部件，或者通過RS232/485送入工控機(jī)，由工控機(jī)實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)服務(wù)器。

    數(shù)據(jù)服務(wù)器包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，它可以對(duì)報(bào)警記錄、管理員信息進(jìn)行管理，支持生成報(bào)表、查詢、修改等功能。數(shù)據(jù)服務(wù)器不僅反映了各種參數(shù)的歷史狀態(tài)，而且也是管理和決策的重要信息來源。

    而對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器的訪問由WWW服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)，WWW服務(wù)器根據(jù)客戶端的各種監(jiān)測請(qǐng)求，對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行相應(yīng)的操作。這樣就可以在客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測、觀察歷史趨勢(shì)以及進(jìn)行分析、決策、故障排除等工作。

3  軟件設(shè)計(jì)方案

    網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件著重關(guān)注的是現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制信息的存儲(chǔ)、傳輸。軟件的設(shè)計(jì)一般包括現(xiàn)場設(shè)備端和服務(wù)器端的設(shè)計(jì)，而客戶端通常基于瀏覽器。對(duì)不同企業(yè)的不同情況可以有靈活的規(guī)劃和選擇。一般情況下，可以有以下幾種方案。

    (1)   基于遠(yuǎn)程控制軟件

    遠(yuǎn)程控制軟件的發(fā)展非常迅速，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的完全控制。因此可以在工業(yè)控制軟件運(yùn)行的遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)上運(yùn)行遠(yuǎn)程控制軟件服務(wù)器端，而在需要的時(shí)候，在本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行遠(yuǎn)程控制客戶端，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。常見的遠(yuǎn)程控制軟件有pcAnywhere、冰河等等。

    這種方案的優(yōu)勢(shì)在于無需進(jìn)行開發(fā)即可使用，但缺點(diǎn)也很明顯，數(shù)據(jù)傳輸量比較大、容易引發(fā)安全問題，許多防火墻禁止使用遠(yuǎn)程控制軟件，所以只能在特定的情況下使用。

    (2)  基于組態(tài)軟件進(jìn)行改造

    當(dāng)前許多企業(yè)都利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場系統(tǒng)的集中監(jiān)控。比較有名的組態(tài)軟件有Intellution公司的IFIX、美國AB公司的RSView32、西門子公司的Wincc、以及國產(chǎn)組態(tài)王KingView、北極星等，不同的組態(tài)軟件各有其特點(diǎn)，它們的最新版本都包括了對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能的擴(kuò)展，在已有的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上利用其編程接口進(jìn)行添加或改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸功能，就可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。而Broadwin的WebAcess作為一款基于瀏覽器的組態(tài)軟件，甚至已經(jīng)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

    這種方案的優(yōu)勢(shì)在于可以利用組態(tài)軟件提供的豐富的素材以及良好的編程接口加速開發(fā)進(jìn)展，意在不改動(dòng)舊有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加新功能。

    (3)  進(jìn)行自行開發(fā)

    對(duì)于許多企業(yè)而言，以此為契機(jī)加速企業(yè)的信息化建設(shè)，以適應(yīng)特定的需求，不失為一個(gè)很好的選擇。因此很有必要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件的開發(fā)。

    在現(xiàn)場設(shè)備端：當(dāng)前許多編程語言可以用于系統(tǒng)開發(fā)，如Java、VB、C++、Dephi、Matlab、LabView等等，它們各有優(yōu)勢(shì)，在不同的情況對(duì)它們進(jìn)行組合使用可以提高效率。例如VB與C++組合，使用VB制作界面，而由C++控制底層操作；LabView與Java通過DataStocket JavaBean共同使用；Java與C++組合，由Java實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，而由C++ dll實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)處理；后者的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合是今后工業(yè)控制軟件開發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。

    在服務(wù)器端：可以利用JSP、Java Applet、ASP、ActiveX對(duì)象以及VBScript/JavaScript進(jìn)行開發(fā)，通過它們?cè)L問數(shù)據(jù)服務(wù)器，以為客戶端監(jiān)控請(qǐng)求服務(wù)。

4  關(guān)鍵技術(shù)

    (1)  Java技術(shù)

    關(guān)于Java的特點(diǎn)這里不再贅述，當(dāng)前Java的各種應(yīng)用正如火如荼地展開。SUN公司為了占領(lǐng)自動(dòng)控制市場，推出了串行口信息傳遞軟件包，另外，作為Java開發(fā)包的一部分，JNI（Java Native Interface）已經(jīng)在工業(yè)控制中得到了應(yīng)用。JNI的主要目的是幫助Java軟件開發(fā)員調(diào)用已有的、用其他語言編寫的程序。例如如果設(shè)備用C或C++編寫的控制程序控制的，為了通過網(wǎng)絡(luò)達(dá)到增加遠(yuǎn)程控制的目的，可以用Java編寫遠(yuǎn)距離發(fā)送指令來接受所顯示的部分，調(diào)用C或C++的程序具體實(shí)施控制。而Java語言最大的優(yōu)勢(shì)在于網(wǎng)上應(yīng)用，在于實(shí)體類型模擬，進(jìn)而易于開發(fā)、易于維護(hù)，利用Java Socket、RMI技術(shù)非常容易實(shí)現(xiàn)分布式Web程序設(shè)計(jì)。

    (2)  C++ DLL技術(shù)

    C++是高級(jí)語言中對(duì)底層硬件操作最強(qiáng)的語言之一。C++通過多種編譯環(huán)境如VC、C++ Builder都可以編寫DLL（Dynamic Link Library 動(dòng)態(tài)鏈接庫）。DLL是可執(zhí)行的模塊，但它沒有自己的堆棧，必須在調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫函數(shù)的程序環(huán)境下運(yùn)行。DLL不僅可以作為一個(gè)運(yùn)行模塊，包括函數(shù)代碼，而且可以包含程序以外的任何數(shù)據(jù)或者資源(位圖、圖標(biāo)等)。DLL就是給程序提供函數(shù)或者資源。現(xiàn)在許多語言都支持調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫，從而實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。

    (3)  JSP/ASP與VBScript/JavaScript技術(shù)

    JSP（Java Server Page）是基于Java技術(shù)、用于創(chuàng)建可支持跨平臺(tái)及跨Web服務(wù)器的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的技術(shù)。JSP使用類似于HTML的標(biāo)識(shí)和Java代碼片段，執(zhí)行時(shí)由Web服務(wù)器自動(dòng)將通過JSP生成的Java代碼片段轉(zhuǎn)換成Java片段。ASP（Active Server Page）與JSP一樣都是動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁編程語言，它把HTML的簡單性、腳本程序編寫以及Active服務(wù)器組件等常見工具組合在一起，用以創(chuàng)建動(dòng)態(tài)的功能強(qiáng)大的網(wǎng)站。它們均在服務(wù)器的進(jìn)程內(nèi)運(yùn)行，是多線程的。

    VBScript和JavaScript均是腳本語言，不需要進(jìn)行編譯就可以執(zhí)行，它們被嵌入到HTML文件中能夠給頁面帶來更多的動(dòng)態(tài)性和交互性。VBScript/JavaScrip程序首先從服務(wù)器中被下載到客戶端，然后被客戶端的瀏覽器解釋執(zhí)行。通過VBScript/JavaScript腳本程序可以使用戶輸入的信息不用經(jīng)過服務(wù)器處理，而是直接被客戶端的腳本所處理。