上海海得控制系统股份有限公司

1. 概述

    起重机是码头与港口的主要生产设备，起重设备的运行状况是码头的管理者时刻关心的大事。使用远程监控技术可以有效地提高故障设备修复的工作效率。它能使设备的维护修理人员在故障发生的第一时间及时了解故障信息，而不论他或她所处的地点距离故障设备有多远，这样可以大大节约故障查找的时间。通过远程监控技术甚至可以远距离对设备进行编程工作，这对某些紧急情况下，如备件不足时，需要对控制器进行局部的程序修改时很有意义。

    现代的远程监控系统与过去相比性能上已有了很大的提高,它是网络技术、电子技术、现代通讯技术、计算机软件等的综合运用。计算机远程监控系统可以极大地提高人们的生产自动化水平和生产效率,已经被广泛应用于许多行业和领域。

    在互联网诞生之前，远程监控系统的数据传输网络大都使用公用电话网和一些专用网络。无线传输受到地形和电台的功率限制，远距离难以实现；专用网络覆盖的区域范围也有限，且建立网络所需的成本较高；公用电话网覆盖的地区范围虽大，但在跨省市或国家时所产生的高额长途话费，使得监控成本过高，并且速度很慢。因此，一直以来，由于缺少一个覆盖面广、通信成本低且速度足够快的数据传输网络而制约着远程监控系统在工业自动化领域的发展和应用。互联网的出现以及无线通讯技术的进步，为工业自动化的远程监控应用提供了坚实的基础。互联网覆盖面广，几乎覆盖了世界的各个角落；通信成本低，不存在异地通信成本差异；速度较快，除了传输文本数据流之外，还可以同时传输音频、视频流数据，使远程监控的内容更加丰富、使用更加方便。更重要的是，随着信息高速公路的发展，互联网进一步发展的潜力巨大，速度、可靠性和安全性将不断提高。

    对于港口或码头小范围内的远程监控使用局域网则更为适合，局域网通过增加一个网关可以直接与互联网相连。这样可满足在全球范围内实现远程监控的需要。目前大部分港口都已建立了全港口范围内的局域网，即使没有，新建的费用也很有限。问题的难点在于与被监控的起重机的通讯链路的选择。在以前的设备中，有过各种有线或无线的通讯链路的应用，但往往在起重机交付之后远程监控的功能也已建立完毕，今后的任何改动都只能由系统的开发者亲自进行，如监控范围，地点的改变，用户需增加的监控内容等。

    本文提出的NetSCADA远程监控系统具有灵活的网络构架，通过对集装箱码头的轮胎吊及桥吊的远程监控应用的实际运行考验，具有实时、稳定、高效等特点。该系统使用了最新的互联网技术、数据库技术、加密技术和监控软件组态技术，使用户可以利用互联网在任何地点、任何时间、同时连接监控多个远程现场设备。并且，在此基础上可对设备的控制器进行远程调试、控制和维护等工作。

2. 系统组成和实现

    该系统的结构示意图如下图所示：

    图中所示的监控站，不论是在码头办公区，还是处于码头以外的远地监控站，都可对该码头作业区的任何一台设备进行监控。由图还可以看出，该系统随着码头港口的不断发展，无论是监控点还是被监控点，系统都可以方便适应控制范围或地点的变化。

    每个监控站安装运行由海得公司开发的NetSCADA远程监控软件，可以对各种型号的PLC进行远程监控。被监控设备可以来自不同的厂商，只要在PLC中定义好可监控资源表，监控站的建设与被监控设备的建设可以分别独立进行。

    被监控的起重设备的PLC控制器必须有以太网接口，在被监控的龙门吊或岸边吊的控制房内安装无线网桥，无线网桥的RJ45接口和设备上的PLC控制器以太网模块的RJ45端口使用以太网线相连接，无线网桥通过馈线与安装在起重机顶部的全向天线相连接。在办公区的主控楼安装一套AP8000无线以太网集线器，它通过馈线与安装在楼顶的全向天线相连接。这样，PLC的数据通过无线信号与控制室的局域网交换数据，通讯速率达11M。从而避免了架设专用通讯线路。被监控设备上的PLC控制器通过无线以太网网桥和AP8000无线以太网集线器与其他联网的监控计算机共用同一个局域网段的IP地址，如同在办公区的局域网内增加了新成员。位于办公区局域网内的任何一台计算机都能够对作业区的设备进行数据交换。办公区的联网计算机必须安装NetSCADA中心远程监控软件，方可实施对作业区的所有起重设备进行在线监控。如果办公区的局域网有接入INTERNET的设备，如ADSL、ISDN等，NetSCADA中心远程监控软件就可以安装在任何地点，任何一台能够接入INTERNET的电脑上，可进行真正意义上的实时远程监控。

    NetSCADA中心远程监控软件是专门开发的用于局域网、互联网的远程监控软件，使用了最新的网络通讯技术，数据加密技术，数据库技术及其访问接口技术，以及工控组态软件技术，并应用软件组件技术和软件开发工具将各单项技术集成在一起，构建了该大型软件系统。它可根据用户的不同要求开发监控功能，并具有完善的组态功能。以下是该系统所使用的关键技术：
    （1） TCP/IP协议：
    TCP/IP主要是指用于Internet的两种网络协议（或者说是数据传输方法）：传输控制协议和网络互连协议。然而，TCP/IP只是称为TCP/IP协议包中的许多协议中的两种，而完整的TCP/IP协议包则包含了许多其他常用的网络通信协议如地址解析协议（ARP）、文件传输协议（FTP）、超文本传输协议（HTTP）等。
    （2） 套接字（Socket）技术
    套接字是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。可以将套接字看作不同主机间的进程进行双向通信的端点，它构成了在单个主机内及整个网络间的编程界面。套接字存在于通信域中，通信域是为了处理一般的线程通过套接字通信而引进的一种抽象概念。套接字一般都采用Client/Server模型在网络上传递数据，即通信的两端分别是Client端和Server端。由Client端向Server端发出连接请求，Server端监听并响应Client端的连接请求，建立连接后，即可实现数据在Client端和Server端的双向传输。
    （3） 数据库访问接口ODBC和DAO
    ODBC是Open Database Connectivity（开放式数据库连通性）缩写，可能是使用最广泛的关系型数据库访问接口。它是一种底层接口，特点是高效灵活，但比较复杂，且只能访问关系型数据库。

    DAO是Data Access Object（数据访问对象）的缩写，它是一种底层接口，是主要针对Access数据库Jet引擎开发的一种数据库访问接口，用于访问Access数据库比较高效，但访问其他数据库则比较慢。
    （4） COM技术
    COM是由Microsoft公司提出的组件标准，它不仅定义了组件程序之间进行交互的标准，并且也提供了组件程序运行所需的环境。在COM标准中，一个组件程序也被称为一个模块，它可以是一个动态链接库，被称为进程内组件（in-process component）；也可以是一个可执行程序，被称为进程外组件（out-of-process component）。一个组件程序可以包含一个或多个组件对象，因为COM是以对象为基本单位的模型，所以在程序与程序之间进行通信时，通信的双方应该是组件对象，也叫做COM对象，而组件程序（或称做COM程序）是提供COM对象的代码载体。
    （5） OPC标准与OPC驱动
    OPC是OLE for Process Control（过程控制领域的对象链接嵌入）的缩写，是OPC Foundation组织开发的一套用于过程控制的OLE/COM接口协议标准，用以推动工业自动化控制领域的不同厂家或不同设备间的通讯互连或数据交换与访问。

    在实施的案例中，被监控的起重机的控制器采用的是GE9030系列PLC，监控中心计算机使用TCP/IP MODBUS协议与之通讯，结果令人满意，得到用户的认可。

3、系统特点

    基于互联网的远程监控技术早已有之，目前应用较多的是Web Server方式，应用上有很大的限制。本系统与之有较大的区别，两种方式的主要区别见表一。

    该远程监控系统逻辑上分为4个部分：监控现场端（即被监控设备）、监控中心端(分布于各地的监控站)、IP交换服务器和互联网接入设备，见图2。简要说明各部分的作用如下：
    监控现场：除了可以和现场设备控制层一起组成独立的现场监控系统之外，也负责与远程监控中心交互，协助中心完成设备的远程监控任务，一般是计算机或PLC等；
    监控中心：运行NetSCADA软件的计算机，负责对多台现场设备进行集中管理，监测在线设备状态，排除设备故障；可远程提取现场故障数据和历史数据并进行分析；
    IP交换服务器：负责完成具有相同标识的监控现场和监控中心之间的IP交换任务，使得被监控端不需要申请固定的IP地址；
    互联网接入设备：负责将监控现场和监控中心接入互联网，可以是Modem、ISDN、ADSL、网关或其他可用的上网设备。

4．总结

    通过在不同码头的桥吊、龙门吊的现场测试，确定无线网络的安装方式，保证了一定距离内数据传输的完全畅通。包括全向天线的安装位置、馈线的走线方式以及AP8000，网桥的安装位置等。

    同时测试了基于以太网的OPC驱动性能，保证了数据传输的正确率。

    在主控机房可直接监控作业区的起重设备的工作情况，无线信号能覆盖整个码头和堆场。
    （1） 远程监控中心可对码头的任何一台起重设备进行实时监控；
    （2） 远程监控中心可对分散的多个现场进行组织管理；
    （3） 远程监控中心在任何时间、任何地点接入互联网之后均能对设备的运行状态进行在线监测，必要时可对故障设备进行远程诊断，排除故障使设备恢复正常运行；
    （4） 现场设备出现运行故障及时向远程监控中心报警；
    （5） 存储设备运行历史数据，并可供现场和远程用户查询、分析和打印；
    （6） 当报警发生时，不仅可以记录报警信息，还能记录与每条报警信息关联的前m秒后n秒的变量数据，便于对报警原因进行深入分析。

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