控制网

1  引言

        IT界正流行着Sun公司的一句名言“网络就是计算机”，而随着网络技术在控制领域的广泛研究和应用，“网络就是控制”应运而生。现阶段，随着计算机网络技术和通信技术的飞速进步，对工业控制系统的管理控制已不再仅限于现场或近距离监控，而是要求与企业信息系统进行整合集成，构成控制网络，以便实现整个企业的信息化，从而使企业的业务活动拓展到整个Internet。而对系统的远程网络监控是其中的一个重要方面。

    这里所说的网络监控的对象是工业控制系统的机器、生产线、动力装置等现场设备；区别于网络系统中所指的监控问题。对工业控制系统的网络监控有两层含义：一是对工业系统进行遥测、遥信、遥控；二是系统管理，对工业系统运行数据进行数据挖掘，以对系统进行评估、管理和决策，为维护人员排除故障提供准确的依据，在一定程度上实现故障的预测与预防。

    新的技术不断涌现和被应用于工业系统中，如Java技术、XML技术、分布式对象技术等等，将进一步促进对工业控制系统进行网络监控的实现。

2  网络监控系统结构及功能

    对工业控制系统的网络监控实质上就是对现场设备基于Internet的监控，是建立在已经对现场设备进行自动控制的基础上的。最新的控制网络技术通过将控制系统与企业管理信息系统基于Intranet进行整合集成，可以实现全企业范围的信息化。而适应电子商务的发展，企业的Internet活动除了传统的信息发布、在线交易等应用外，对工业现场系统进行远程网络监控也是一个重要的方面。这样，以Internet为数据信息传输载体，使产品制造商、使用、维修者、客户，只要是有权限者，不管身在何处，都可以方便地浏览各种被控制对象的实时数据、工作情况。在客户端控制中心，有智能化软件、数据库，拥有权限就可以分析所得结果，下达控制指令。通过网络监控，使专业人员能够监管更多的设备。网络监控系统结构参见图1所示。

图1  网络监控系统结构

    工业控制网络监控系统的结构可以基于较流行的Web应用的三层模型，在现场由智能化监测仪器仪表对被控对象进行测控，对具有网络功能的智能仪表可以直接通过企业内部网将实时监测数据送到数据服务器，否则可以扩展网络接口部件，或者通过RS232/485送入工控机，由工控机实现传输数据到数据服务器。

    数据服务器包括实时数据库和历史数据库，它可以对报警记录、管理员信息进行管理，支持生成报表、查询、修改等功能。数据服务器不仅反映了各种参数的历史状态，而且也是管理和决策的重要信息来源。

    而对数据服务器的访问由WWW服务器来实现，WWW服务器根据客户端的各种监测请求，对数据服务器进行相应的操作。这样就可以在客户端实现对远程现场设备的实时监测、观察历史趋势以及进行分析、决策、故障排除等工作。

3  软件设计方案

    网络监控软件着重关注的是现场设备监测数据和控制信息的存储、传输。软件的设计一般包括现场设备端和服务器端的设计，而客户端通常基于浏览器。对不同企业的不同情况可以有灵活的规划和选择。一般情况下，可以有以下几种方案。

    (1)   基于远程控制软件

    远程控制软件的发展非常迅速，它可以实现对远程计算机的完全控制。因此可以在工业控制软件运行的远方计算机上运行远程控制软件服务器端，而在需要的时候，在本地计算机上运行远程控制客户端，从而实现对工业控制系统的远程监控。常见的远程控制软件有pcAnywhere、冰河等等。

    这种方案的优势在于无需进行开发即可使用，但缺点也很明显，数据传输量比较大、容易引发安全问题，许多防火墙禁止使用远程控制软件，所以只能在特定的情况下使用。

    (2)  基于组态软件进行改造

    当前许多企业都利用组态软件实现了对现场系统的集中监控。比较有名的组态软件有Intellution公司的IFIX、美国AB公司的RSView32、西门子公司的Wincc、以及国产组态王KingView、北极星等，不同的组态软件各有其特点，它们的最新版本都包括了对网络功能的扩展，在已有的组态监控系统的基础上利用其编程接口进行添加或改进网络数据传输功能，就可以很好地实现对系统的远程网络监控。而Broadwin的WebAcess作为一款基于浏览器的组态软件，甚至已经在一定程度上实现了网络监控。

    这种方案的优势在于可以利用组态软件提供的丰富的素材以及良好的编程接口加速开发进展，意在不改动旧有系统的基础上增加新功能。

    (3)  进行自行开发

    对于许多企业而言，以此为契机加速企业的信息化建设，以适应特定的需求，不失为一个很好的选择。因此很有必要进行网络监控软件的开发。

    在现场设备端：当前许多编程语言可以用于系统开发，如Java、VB、C++、Dephi、Matlab、LabView等等，它们各有优势，在不同的情况对它们进行组合使用可以提高效率。例如VB与C++组合，使用VB制作界面，而由C++控制底层操作；LabView与Java通过DataStocket JavaBean共同使用；Java与C++组合，由Java实现网络功能，而由C++ dll实现底层数据处理；后者的强强联合是今后工业控制软件开发的一个热点。

    在服务器端：可以利用JSP、Java Applet、ASP、ActiveX对象以及VBScript/JavaScript进行开发，通过它们访问数据服务器，以为客户端监控请求服务。

4  关键技术

    (1)  Java技术

    关于Java的特点这里不再赘述，当前Java的各种应用正如火如荼地展开。SUN公司为了占领自动控制市场，推出了串行口信息传递软件包，另外，作为Java开发包的一部分，JNI（Java Native Interface）已经在工业控制中得到了应用。JNI的主要目的是帮助Java软件开发员调用已有的、用其他语言编写的程序。例如如果设备用C或C++编写的控制程序控制的，为了通过网络达到增加远程控制的目的，可以用Java编写远距离发送指令来接受所显示的部分，调用C或C++的程序具体实施控制。而Java语言最大的优势在于网上应用，在于实体类型模拟，进而易于开发、易于维护，利用Java Socket、RMI技术非常容易实现分布式Web程序设计。

    (2)  C++ DLL技术

    C++是高级语言中对底层硬件操作最强的语言之一。C++通过多种编译环境如VC、C++ Builder都可以编写DLL（Dynamic Link Library 动态链接库）。DLL是可执行的模块，但它没有自己的堆栈，必须在调用动态链接库函数的程序环境下运行。DLL不仅可以作为一个运行模块，包括函数代码，而且可以包含程序以外的任何数据或者资源(位图、图标等)。DLL就是给程序提供函数或者资源。现在许多语言都支持调用动态链接库，从而实现功能扩展。

    (3)  JSP/ASP与VBScript/JavaScript技术

    JSP（Java Server Page）是基于Java技术、用于创建可支持跨平台及跨Web服务器的动态网页的技术。JSP使用类似于HTML的标识和Java代码片段，执行时由Web服务器自动将通过JSP生成的Java代码片段转换成Java片段。ASP（Active Server Page）与JSP一样都是动态网页编程语言，它把HTML的简单性、脚本程序编写以及Active服务器组件等常见工具组合在一起，用以创建动态的功能强大的网站。它们均在服务器的进程内运行，是多线程的。

    VBScript和JavaScript均是脚本语言，不需要进行编译就可以执行，它们被嵌入到HTML文件中能够给页面带来更多的动态性和交互性。VBScript/JavaScrip程序首先从服务器中被下载到客户端，然后被客户端的浏览器解释执行。通过VBScript/JavaScript脚本程序可以使用户输入的信息不用经过服务器处理，而是直接被客户端的脚本所处理。