摘　要：本文从工业控制技术发展出发,结合Internet技术给出了基于Internet远程控制系统的组成,详细分析了远程测控技术的现状,最后介绍了基于Internet远程测控系统的应用和前景.
关键词：现场总线 TCP/IP 交换式以太网 故障诊断 互操作
 

    引言

    九十年代以来，随着Internet的广泛应用，计算机技术和网络技术得到迅速发展，促使其相关技术也逐渐走向成熟。这些不仅对人们传统的生活方式产生了巨大的冲击，而且对其他领域技术的发展也带来了深刻的影响。网上图书馆，电子商务和网上虚拟医院已被大家所熟悉，而基于Internet的远程测控技术更引起工业界的广泛关注，并在核电站监控、石油的输送管道远程监测、电网运行监控和机器人的远程控制等领域得到应用。基于Internet的远程测控系统实现了数据共享，具有信息传递快捷和交互性强等特点，推动着控制技术向着网络化、分布性和开放性的方向发展，这种发展趋势使控制系统功能的扩展更加灵活，性能不断提高，使用更加简便。

    1、基于Internet远程测控系统的构成

    二十世纪六十年代后期，Internet首先在美国出现，八十年代得到广泛的使用。尤其九十年代至今，Internet已经变成覆盖全世界的计算机网络，再加上网络技术的日臻成熟和其给人们提供的数据共享、信息传递快捷可靠、不受时空限制和交互性等优点，使因特网已经成为信息时代的主要信息载体，并引起工业界和学术界的广泛关注。

    Internet是采用基于开放系统的网络参考模型TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)模型。TCP/IP与开放系统互联模型ISO（Open System Interconnection）不同，它有四层：应用层、运输层、网络互连层和主机和网络连接层如表1。

    表1 TCP/IP参考模型

    应用层（FTP SMTP HTTP Telnet）
    运输层（TCP UDP）
    网络互连层（IP）
    主机和网络连接层

    主机和网络连接层：该层在TCP/IP参考模型中不作定义，只要让主机发送的IP报文能够经连接层进行传送。

    网络互连层：该层定义了互连网络协议(IP)的报文格式和传送过程。该层的工作负责把IP报文从源端送到目的端，协议采用非连接传输方式，不保证IP报文顺序到达。负责解决路由选择，跨网络传送等问题。

    运输层：该层定义了传输控制协议(TCP)，它是面向连接的，在两个对待实体(既可以是软件实体如一个进程，也可以是硬件实体如智能输入输出芯片)间进行可靠传输的协议。它保证源终端发送的字节流毫无差错地顺序到达目的终端。该层还定义了另一个传输协议：用户数据包协议(UDP)，它是一个不加差错控制、非连接的传输协议。

    应用层：它是TCP/IP系统的终端用户接口，该层包含了目前流行的、面向应用的协议，如：虚拟终端(Telnet)、文件传输协议(FTP)、超文本传输协议(HT-TP)、电子邮件协议(SMTP)等。

    Internet得到快速的发展和广泛的应用不仅得益于采用了国际通用标准TCP/IP协议，更重要的是C/S(Client/server)技术的实现。目前基于浏览器的客户端/服务器的通信方式比C/S结构更为高效。B/S工作模式下，用户只需在客户端装有通用的浏览器，就可以向网络上的某一WEB服务器提出请求。WEB服务器对用户身份进行验证后，接受用户的请求，执行相应的扩展应用程序与数据库服务器进行连接，数据库服务器接受WEB服务器对数据操作请求后，实现用户对数据查询、更改、更新等功能，把运行结果提交给WEB服务器。WEB服务器利用HTTP协议把运行结果通过主页形式传到客户端，客户机接收传来的主页文件，并把它显示在WEB浏览器上。

    计算机网络技术发展的同时，工业控制系统也为适应控制系统越来越复杂的控制要求和满足系统多功能的需要，出现了直接数字控制(DDC)系统、监督控制(SCC)系统、分级控制系统、集散型控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)。早期的控制系统DCC和SCC都是采用微处理器、PC、工控机为核心，总线为STD和PC，机的ISA、MULTIBUS、PCI总线等，这些总线由于采用集中式控制方式，降低了系统的可靠性，同时现场连线长且多，系统抗干扰性差。后来出现了集散控制系统，如日本的TDCS-2000系统和美国贝利控制公司的NETWORK-90系统等，它采用多台微处理器分散在现场进行控制，总线为高速数据通道（HDW）。由于受计算机系统早期存在的系统早期存在的系统封闭这一缺陷的影响，各厂家的产品自成系统，不同厂家的设备不能互连，难以实现互换和互操作，另外系统联网技术复杂，联网手段和网络结构不灵活。

    目前，出现了最具生命力的工业控制系统——现场总线控制系统(FCS)，现场总线是应用于生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，它的关键是把网络化、信息化的概念彻底引人到控制领域和工业现场的控制中，构建完整的控制网络和信息网络。FCS系统突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，把控制功能完全下放到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。

    现场总线既是新兴的工业控制系统，又是低带宽的底层控制网络。它可以与因特网(Internet)、企业内部网(Intranet)相连，位于生产控制和网络结构的底层。它具有开放统一的网络协议，一方面将现场设备互连为通信网络，实现不同网段、不同现场通信设备间的信息共事，同时又将现场运行的各种信息传送到远离现场的控制监测室，并进一步实现与操作终端、上层控制管理网络的连接和信息共事。再把一个现场设备的运行参数、状态和故障信息送往各相关的控制室，又将各种控制、维护、组态命令乃至现场设备的工作电源等送往各相关的现场设备，沟通了过程、现场、控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。

    现场总线技术从工业现场设备底层向上发展，逐步扩展到网络化，开放性和分布性s计算机网络从互连网Internet顶层向下渗透，直至和底层的现场设备可以通信。基于Internet远程测控系统应运而生，它通过现场控制网络(或现场总线)、企业网和Internet网把分布于各局部现场、独立完成特定功能的控制计算机互连起来，以达到资源共事、协同工作、远程监测和集中管理、远程诊断为目的的全分布式设备状态监测和故障诊断系统，它是Internet、WEB数据库技术、TCP/IP网络通讯技术、现场总线技术、浏览器技术、设备故障诊断技术发展的产物。系统组成如图1。

图1 基于Internet的远程测控系统

    基于Internet远程测控系统的主要有以下几部分组成：数据库和WEB服务器；现场测控设备；监控设备；交换式以太网；浏览器等。交换式以太网是数据主通道，由于目前企业局域网。ntramt)广泛采用以太网技术，较ATM戚本低、易实现，且以太网技术发展迅速，吉比特以太网产品已推向市场，并向下兼容，可以采用全双工通信，消除发生冲突的可能。现场测控设备完成现场设备的数据采集和监测控制，上面可以是智能模块如模糊控制，还可以PID模块，使得控制功能下放；同时，设备运行状态通过以太网的TCP或UDP传送到远程监控设备处理和显示，这些数据并广播存入数据库中。远程监测设备可以进行简单的故障检测和分析，把结果告诉现场测控设备，或通过Telnet技术直接控制调整现场设备。还可以拥有故障诊断数据库进行知识的学习，解决更复杂的现场问题。浏览器可以是授权的客户，允许通过HTTP查看或调度系统资源信息，优化系统整体运做。从图1中可以看出现场设备可以直接接在以太网上，如网络仪表，网络传感器和网络PLC等，也可以是通过通信控制器把现场总线(HART总线、CAN总线、LONWORKS总线等)和以太网连在一起。

    2、系统实现的关键技术

    要真正实现基于Internet远程测控，不仅要考虑原有网络技术和控制技术的特点，还要考虑现有系统的新特性。比如数据传输的可靠性和准确性，数据通信的准确性是远程测控系统的首要要求，没有可靠的数据是不可能进行控制的。还有某些设备的实时性要求，必须保证其优先级，另外协议的简单化可实现少延迟，快速投递；网络数据库的连接和更新不仅是动态的、实时的，而且要有高的编程效率和很好的兼容性；TCP/IP协议和现场总线协议的兼容性，真正达到数据畅通无阻。下面就部分关键技术进行讨论：

    (1) 网络数据库技术

    在Internet上实现远程测控，首先要通过Internet获得系统的设备状态和故障信息，同时又要让远程监控设备或故障诊断系统在异地的数据库上得到查询。Internet的WEB服务器包含的信息量巨大，覆盖区域广，以前它主要采用HTML编写，表现形式多样，表现力强。但用HTML所组成的是一种静态文件，不适应WEB上数据的实时、动态更新，很难满足设备的实时性要求。

    目前，基于组件的数据库技术刊实现了在分布异构下可重用、可移植、可互操作。组件是一个分布对象，规定了组件必须按照统一的接口规范向外界声明服务；组件也是一块独立可重用的二进制代码，它既可以用不同平台开发，也可以分布在网络上的不同平台上，被不同的平台所重用。由对象管理组织OMG(Object Management Group)推出的公共对象请求代理CORBA(Common Object Request Broker Architecture)实现了WEB服务器与数据库服务器的通信接口，它是国际上一个最主要的应用的分布式软件组件对象标准之一。应用C0RBA对象所提供的数据库系统可以在多平台上移植，并可以被其它的CORBA对象调用，具有开放性和可重用性，而且具有良好的可扩充性，增加一个服务功能，只需增加一个接口。应用组件数据库技术实现的WEB数据库可以满足远程测控系统的需要。

    (2) 现场总线技术

    作为新一代控制系统的体系结构，现场总线技术具有如下特点：

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