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隨著數(shù)字化技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，工業(yè)化監(jiān)控系統(tǒng)已由模擬監(jiān)控轉(zhuǎn)向了數(shù)字化監(jiān)控。此時，現(xiàn)場總線技術(shù)成為工業(yè)現(xiàn)場測控中的主導(dǎo)，該技術(shù)綜合地運用微處理器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)于一體，把專用微處理器裝置引入傳統(tǒng)的現(xiàn)場儀器儀表，使其具有高性能數(shù)字化通信的能力，成為能夠獨立承載某些控制、通信任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點[1]。把包括DCS、PLC以及各類智能化的現(xiàn)場控制設(shè)備作為節(jié)點構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，基于統(tǒng)一、規(guī)范的通信協(xié)議，通過同一總線實現(xiàn)相互間的數(shù)據(jù)傳輸與信息共享，從而達(dá)到現(xiàn)場總線監(jiān)控的目的[2]。
1.2 相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)、外研究發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1 基于Internet的測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)伴隨著網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控的發(fā)展，對當(dāng)今智能化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的發(fā)展起到了決定性作用，對遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控距離和安全性的要求也在不斷提高。而工業(yè)控制從最初的計算機(jī)集中控制發(fā)展到集散式控制，直到后來的現(xiàn)場總線控制，體現(xiàn)了控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、分布式、高集成式發(fā)展的趨勢。
基于Internet的測控網(wǎng)絡(luò)通信構(gòu)架至少有三種：C/S構(gòu)架、B/S構(gòu)架以及B/S與C/S混合構(gòu)架等。目前，許多工業(yè)控制領(lǐng)域都采用傳統(tǒng)的C/S兩層結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模型，由于其結(jié)構(gòu)簡單，在同一網(wǎng)段中的數(shù)據(jù)交換與監(jiān)控性能是比較穩(wěn)定的[11][12][13]。比如：基于C/S結(jié)構(gòu)的郵政儲蓄網(wǎng)點視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) <http://dlib.cnki.net/kns50/detail.aspx?QueryID=24&CurRec=3>、基于C/S結(jié)構(gòu)的應(yīng)用服務(wù)器多任務(wù)管理機(jī)制的研究與實現(xiàn) <http://dlib.cnki.net/kns50/detail.aspx?QueryID=24&CurRec=19>以及基于C/S結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星運行仿真系統(tǒng)分析及集成初步研究 <http://dlib.cnki.net/kns50/detail.aspx?QueryID=24&CurRec=34>等等。但對于客戶機(jī)比較分散的應(yīng)用系統(tǒng)來說，維護(hù)客戶端程序較麻煩且靈活性差。隨著IE瀏覽器技術(shù)的日益成熟，B/S結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生，這種三層(或多層)之間相互獨立，可以跨平臺操作，在任何一臺裝有IE瀏覽器軟件的機(jī)器上就可以輕松訪問遠(yuǎn)程系統(tǒng)，無須開發(fā)客戶端軟件，而且維護(hù)和升級比較方便，特別對于遠(yuǎn)離辦公現(xiàn)場的作業(yè)現(xiàn)場，可能無法實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)連接時，這種模式更顯示出其優(yōu)越性[14][15][16]。例如：基于B/S 結(jié)構(gòu)的直放站集中監(jiān)控網(wǎng)管的設(shè)計與實現(xiàn)、基于B/S結(jié)構(gòu)裝備庫房監(jiān)控系統(tǒng)的研究、以及基于B/S結(jié)構(gòu)生產(chǎn)監(jiān)控與診斷系統(tǒng)研究等。但由于B/S結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫之間獨特的連接方式，對數(shù)據(jù)庫的操作效率一般要比C/S結(jié)構(gòu)的差，所以對于信息管理系統(tǒng)來說，當(dāng)需要大量的數(shù)據(jù)維護(hù)或人機(jī)交互時，相對會比較困難，遠(yuǎn)沒有C/S結(jié)構(gòu)下的數(shù)據(jù)維護(hù)方便。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)的安全性、一致性及事務(wù)的并發(fā)控制等是重要的性能指標(biāo)，B/S結(jié)構(gòu)下此類要求的應(yīng)用開發(fā)或維護(hù)相對來說比較困難，雖然有很多這方面的研究成果,但尚無成熟的技術(shù)可供使用。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)B/S和C/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，提出了基于B/S和C/S混合構(gòu)架的管理監(jiān)控系統(tǒng)。例如在基于GPRS和C/S、B/S的挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)的研究中，通過利用C/S構(gòu)架實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸、中轉(zhuǎn)和存儲，B/S結(jié)構(gòu)實現(xiàn)異地分布式地訪問，從而實現(xiàn)對挖掘機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷[17]。
網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)在功能上也在不斷地完善，不但需要對監(jiān)控終端和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、查詢、分析、反饋以及診斷和決策等，而且需要最大限度地提高系統(tǒng)資源的利用率和占用率，減少任務(wù)的平均響應(yīng)時間等。比如在MCS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的研究論文中，解決了NAT (Network Address Translation 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)內(nèi)網(wǎng)穿透、高速數(shù)據(jù)緩存、終端實現(xiàn)等一些關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)用于解決服務(wù)器主動透過NAT與監(jiān)控端模塊進(jìn)行實時通信，縮短等待時間，而且完成了以太網(wǎng)通信協(xié)議(如TCP/IP，ICMP，ARP，UDP等協(xié)議)下的數(shù)據(jù)包形成、接收、發(fā)送和判斷等功能。減少網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點通過競爭來取得信息包的發(fā)送權(quán)也是非常必要的[18]。
對于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展以來，安全問題一直以來都是一個薄弱環(huán)節(jié)，對于工業(yè)測控網(wǎng)絡(luò)來說，其要求相對更高，針對安全問題的解決方案也是層出不窮，較為典型的解決方案體現(xiàn)在分布式網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全問題一般體現(xiàn)在傳輸機(jī)密信息時，信息在通信過程中的泄漏。對此，需要要解決的安全問題就是各節(jié)點之間的安全通信，制定安全協(xié)議。其中，安全協(xié)議的安全性分析方法包括了攻擊檢測方法和形式化分析方法，后者于80年代興起，在測控網(wǎng)絡(luò)安全方面的應(yīng)用及為廣泛。目前，國內(nèi)已有一些測控網(wǎng)絡(luò)安全的解決方案和產(chǎn)品，不過與國外相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品相比尚有差距[19]。
1.2.2 ARM嵌入式技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
最早開發(fā)的嵌入式控制器是以單片機(jī)為核心來實現(xiàn)監(jiān)控的，通過擴(kuò)展外部總線接口模塊，在控制器中實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控。最近幾年，嵌入式系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。此時，各種總線接口已集成在嵌入式智能芯片中，成為智能儀器儀表裝置的核心部件。在ARM微處理器中，通過這些總線接口可對儀器儀表裝置進(jìn)行功能擴(kuò)展，使儀器儀表在具有體積小攜帶方便、穩(wěn)定性高等優(yōu)點的同時還具有傳感測量、補償計算與信號分析處理等功能[20]，并由此形成了儀器儀表行業(yè)在工業(yè)智能控制領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢。
目前，嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)已經(jīng)從簡單走向成熟，具有代表性的主要有VxWorks、QNX、ucLinux、uC/OS、Palm OS、WinCE.Net等。在眾多嵌入式操作系統(tǒng)中，Windows Embedded CE是一個開放的、可裁剪的、32位實時多任務(wù)嵌入式窗口操作系統(tǒng)，它具有可靠性好、實時性高、內(nèi)核體積小等特點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的各種高性能嵌入式智能專有設(shè)備的開發(fā)。例如：基于ARM便攜振動監(jiān)測儀的WinCE.Net移植和驅(qū)動開發(fā)、基于IntelPXA270的WinCE操作系統(tǒng)移植、基于Xscale的車載系統(tǒng)的WinCE移植和驅(qū)動開發(fā)等，對嵌入式WinCE.Net系統(tǒng)的裁剪和移植方法進(jìn)行了研究。在Windows CE平臺下，利用集成開發(fā)工具Platform Builder裁剪適合于相應(yīng)需求的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)包括系統(tǒng)移植、驅(qū)動開發(fā)和應(yīng)用程序開發(fā)等功能于一體的智能化控制系統(tǒng)。針對其實際要求，對相應(yīng)嵌入式WinCE.Net操作系統(tǒng)裁剪、移植，并通過該操作系統(tǒng)對其進(jìn)行應(yīng)用軟件開發(fā)和驅(qū)動程序開發(fā)[21][22][23]。
1.2.3 USB總線技術(shù)的發(fā)展及研究概況1.2.4 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)與嵌入式技術(shù)在針織比如：基于WinCE5.0的電腦繡花機(jī)花樣管理系統(tǒng)的研究、基于WinCE的高速工業(yè)繡花機(jī)運動控制的研究與應(yīng)用等。但是，目前在國內(nèi)并沒有相關(guān)的Ethernet監(jiān)控技術(shù)與ARM嵌入式技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于人造提花毛皮的生產(chǎn)、監(jiān)控和管理上。 |
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發(fā)表于 2010-3-30 14:21:47
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