基于Web遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

Design and Realization of Remote Monitoring System Based on Web

趙　陽(yáng)1　高　強(qiáng)2

(天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院1，天津　300384；天津市復(fù)雜系統(tǒng)控制理論及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，天津　300384)

基于Web遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

Design and Realization of Remote Monitoring System Based on Web

趙陽(yáng)1高強(qiáng)2

(天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院1，天津300384；天津市復(fù)雜系統(tǒng)控制理論及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，天津300384)

摘要：遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是企業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。針對(duì)企業(yè)發(fā)展的應(yīng)用需求，分析了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一種基于B/S架構(gòu)的Web發(fā)布系統(tǒng),并對(duì)Web遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究。從身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)安全性兩方面詳細(xì)論述了Web遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)布系統(tǒng)的安全機(jī)制。該系統(tǒng)依托某區(qū)給水加壓泵站系統(tǒng)，以WinCC Web Navigator為工具，通過(guò)Internet/Intranet實(shí)現(xiàn)了Web遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，解決了泵站無(wú)人值守、遠(yuǎn)程訪問(wèn)的難題，降低了監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)成本。

天津市中青年骨干創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)目(編號(hào)：20130830)；

天津市普通高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(編號(hào)：JW20120315)；

天津市高等學(xué)校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)目(編號(hào)：TD12-5015)。

修改稿收到日期：2014-06-25

第一作者趙陽(yáng)(1989-)，男，現(xiàn)為天津理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院在讀碩士研究生；主要從事神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、過(guò)程控制智能控制和復(fù)雜系統(tǒng)的故障診斷方面的研究。

關(guān)鍵詞：加壓泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控遠(yuǎn)程訪問(wèn)Web發(fā)布安全機(jī)制WinCC

Abstract：The remote monitoring system is an important application area for development of enterprises. To meet the application demands for development of enterprises, the design method of remote monitoring system is analyzed. The Web release system based on B/S framework is designed and realized, and the Web remote monitoring system is researched. The security mechanism of Web remote monitoring release system is discussed in detail from aspects of authentication and data security. The system relies on the water supply booster pump station system in a certain area, with WinCC Web Navigator as the tool, the Web remote monitoring function is implemented through Internet/Intranet, to solve the difficulties of unattended pump station and remote access, and reduce the costs of development and maintenance for the monitoring system.

Keywords：Booster pump stationRemote monitoringRemote accessWeb releaseSecurity mechanismWinCC

0引言

1997年1月，首屆基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷會(huì)議在斯坦福大學(xué)召開。隨后斯坦福大學(xué)和麻省理工大學(xué)開發(fā)了基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷示范系統(tǒng)，得到了制造業(yè)、計(jì)算機(jī)業(yè)和儀器儀表業(yè)Sun、HP、Boeing、Inter等12家公司的大力支持。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，Internet技術(shù)已經(jīng)滲透到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域[1]。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)采用集中式操作，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)管理扁平化、精細(xì)化發(fā)展的要求。生產(chǎn)中非常重要的監(jiān)控技術(shù)正逐漸被人們所認(rèn)識(shí)和重視，而監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸從集中監(jiān)控過(guò)渡為遠(yuǎn)程監(jiān)控。這使得遠(yuǎn)程監(jiān)控工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。

本文以某區(qū)給水加壓泵站系統(tǒng)為背景，闡述如何利用Web服務(wù)器遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)本地工程師和遠(yuǎn)程操作員對(duì)泵站系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。

1遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控是指本地計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程端進(jìn)行監(jiān)視和控制，完成參數(shù)調(diào)節(jié)、故障恢復(fù)等操作。Web服務(wù)器發(fā)布系統(tǒng)是基于B/S三層架構(gòu)模型，形成“瘦客戶機(jī)-胖客戶機(jī)-瘦服務(wù)器”的計(jì)算機(jī)模式。B/S模式的服務(wù)端運(yùn)行在Web服務(wù)器上，客戶端是企業(yè)信息網(wǎng)上任何具有權(quán)限的計(jì)算機(jī)[2-3]。B/S模式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)作為通信平臺(tái)，以HTTP技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有的局域網(wǎng)資源和廣域網(wǎng)資源，以最高的性價(jià)比，以信息的實(shí)時(shí)獲取和實(shí)時(shí)控制為中心，實(shí)現(xiàn)信息、資源的合理化配置。B/S模式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、高效等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為普遍應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控模式。

2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1　背景簡(jiǎn)介

某區(qū)給水加壓泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由上位監(jiān)控系統(tǒng)、S7-300 PLC控制器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。自動(dòng)化控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)全廠生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集。監(jiān)控主站及監(jiān)控分站均設(shè)在泵站的泵房及配電間構(gòu)筑物內(nèi)。控制主站主要包括：兩臺(tái)IPC監(jiān)控計(jì)算機(jī)(一臺(tái)操作員站、一臺(tái)工程師站)投影儀、UPS電源、激光打印機(jī)等。監(jiān)控子站由泵房監(jiān)控子站和加氯間監(jiān)控子站組成。泵房監(jiān)控子站包括PLC機(jī)柜、可編程控制器、網(wǎng)絡(luò)接口等。加氯間監(jiān)控子站為廠家成套設(shè)備。各監(jiān)控站之間、水泵變頻器及軟啟動(dòng)器之間的通信采用總線型結(jié)構(gòu)，通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)連接IPC及各終端，并考慮未來(lái)企業(yè)信息管理網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，為其留有擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)連接的接口[1-4]。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2　WinCC Web Navigator

WinCC是市場(chǎng)上第一個(gè)IHMI軟件，它將用戶的系統(tǒng)控制軟件與自動(dòng)化過(guò)程真正地聚集在一起。而WinCC Web Navigator可以使WinCC作為標(biāo)準(zhǔn)工具，非常快速和便捷地通過(guò)Internet和Intranet來(lái)分配用戶自動(dòng)化系統(tǒng)的控制和監(jiān)視功能，具有很好的平臺(tái)無(wú)關(guān)性和易維護(hù)性。

通過(guò)WinCC Web Navigator進(jìn)行組態(tài)配置，監(jiān)控畫面、報(bào)表圖形和歸檔數(shù)據(jù)無(wú)需任何轉(zhuǎn)換和維護(hù)工作，即可顯示在IE瀏覽器上。

WinCC Web Navigator軟件包由安裝在服務(wù)器計(jì)算機(jī)上的特殊WinCC Web Navigator Server組件和運(yùn)行在Internet計(jì)算機(jī)上的WinCC Web Navigator Client 組件組成。其可以像在常規(guī)WinCC系統(tǒng)中那樣對(duì)顯示在 WinCC Web Navigator Client上的畫面進(jìn)行控制[5]。

2.3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

泵站W(wǎng)inCC Web Navigator遠(yuǎn)程控制、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，基于計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信息服務(wù)(IIS)管理技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)Web、OPC技術(shù)。這些技術(shù)使工業(yè)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合組成遠(yuǎn)程高級(jí)控制系統(tǒng)[6-7]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.4　Web發(fā)布

WinCC Web Navigator發(fā)布分為以下幾個(gè)步驟。

① 組態(tài)WinCC Web Navigator工程。首先確保變量管理是以“以太網(wǎng)”為基礎(chǔ)，打開某區(qū)給水加壓泵站系統(tǒng)WinCC項(xiàng)目中的Web Configurator，進(jìn)行Web站點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置。

② 發(fā)布過(guò)程畫面。以某區(qū)給水加壓泵站系統(tǒng)為例，發(fā)布過(guò)程畫面包括：功能選擇界面、加壓泵站流程界面、加氯間工藝流程界面、PID控制調(diào)節(jié)界面、報(bào)警管理界面、歸檔變量記錄界面等。

③ 用戶權(quán)限設(shè)置[8]。系統(tǒng)設(shè)置了操作員、管理員和工程師三個(gè)權(quán)限密碼，用戶可以依照所對(duì)應(yīng)的權(quán)限進(jìn)行操作。

④ 客戶端訪問(wèn)Web服務(wù)器。在IE瀏覽器中輸入Web服務(wù)器對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)，按照要求下載所需控件Web Navigator Client客戶端，輸入對(duì)應(yīng)的權(quán)限密碼，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)畫面即被顯示。

3遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)安全機(jī)制

信息安全機(jī)制是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)安全體系中的核心部分，企業(yè)的數(shù)據(jù)安全更是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該考慮的重中之重。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，提出了身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)安全性[9]兩種安全服務(wù)功能。

① 身份驗(yàn)證。隨著Web服務(wù)器技術(shù)逐漸的成熟，可以采用基于安全性令牌、生物特征等方式確保通信服務(wù)雙方身份的真實(shí)和有效。此外，還可以通過(guò)IP用戶篩選機(jī)制，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置允許或拒絕特定的IP發(fā)來(lái)服務(wù)請(qǐng)求、符合要求的IP地址允許中間件請(qǐng)求數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，回應(yīng)Web服務(wù)器。

② 數(shù)據(jù)安全性。遠(yuǎn)程監(jiān)控中數(shù)據(jù)傳遞的機(jī)密性是Web服務(wù)器中必須考慮的一部分。數(shù)據(jù)的安全性通過(guò)XML技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用Web服務(wù)器中構(gòu)建的ASP通信組件，結(jié)合多種加密算法以及ASP.NET環(huán)境下的安全性配置，利用ASP通信組件中的UDP通信接口與中間件通信；并在XML文件設(shè)置一個(gè)校驗(yàn)元素，通過(guò)兩次數(shù)據(jù)校驗(yàn)的對(duì)比，極大地保證了數(shù)據(jù)的傳輸安全。

4結(jié)束語(yǔ)

Web發(fā)布系統(tǒng)在充分運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù)和應(yīng)用開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了泵站數(shù)據(jù)、報(bào)表、圖形顯示。通過(guò)瀏覽器監(jiān)控泵站的運(yùn)行，從而獲取數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理、決策提供一個(gè)即時(shí)準(zhǔn)確的反饋依據(jù)。

遠(yuǎn)程控制監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，運(yùn)行可靠、維護(hù)性高，能很好地展示現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析兩大功能，有效解決了遠(yuǎn)程訪問(wèn)的困難，給企業(yè)提供了更合理化的監(jiān)控平臺(tái)。

Web遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，能夠充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，并有效地實(shí)現(xiàn)資源的合理配置，是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)[10]。

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中圖分類號(hào)：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201501008