張慶紅,林永君，王興武，張照彥

(1.華北電力大學(xué) 控制與計算機工程學(xué)院，河北保定071003； 2.保定華仿科技有限公司，河北保定071051)

串級調(diào)速系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張慶紅1,林永君1，王興武2，張照彥2

(1.華北電力大學(xué) 控制與計算機工程學(xué)院，河北保定071003； 2.保定華仿科技有限公司，河北保定071051)

針對傳統(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng)采用的就地監(jiān)控方式存在的使用地點的局限性，監(jiān)管不便等問題，筆者提出了一種基于移動網(wǎng)絡(luò)的串級調(diào)速系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案。以Freescale公司的處理器MC9S12X128MAA為控制單元，結(jié)合華為EM770W M2M無線傳輸模塊開發(fā)的無線數(shù)據(jù)終端為硬件平臺，配合在Windows系統(tǒng)下開發(fā)的服務(wù)器、客戶端軟件，實現(xiàn)對串級調(diào)速系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控。所設(shè)計的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)利用無線數(shù)據(jù)終端通過3G網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)將作業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備參數(shù)信息及時傳輸至服務(wù)器端，在服務(wù)器端進(jìn)行存儲并轉(zhuǎn)發(fā)。用戶通過在監(jiān)控客戶端的操作，以實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的實時監(jiān)視和控制。除遠(yuǎn)程監(jiān)控功能外，系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程升級功能。闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，并詳述了下位機軟、硬件的實現(xiàn)和上位機軟件的實現(xiàn)。實際試驗表明系統(tǒng)運行穩(wěn)定，人機界面友好，達(dá)到預(yù)期的效果。

遠(yuǎn)程監(jiān)控；EM770W；遠(yuǎn)程升級；服務(wù)器

0 引言

近年來，串級調(diào)速作為轉(zhuǎn)子側(cè)一種高效、節(jié)能的調(diào)速方法，在高壓大容量電機上的應(yīng)用日趨廣泛[1，2]。掌握串級調(diào)速系統(tǒng)運行狀態(tài)對于安全生產(chǎn)而言至關(guān)重要。然而，目前對串級調(diào)速系統(tǒng)的監(jiān)視和控制依然采用就地監(jiān)控的方式。就地監(jiān)控方式需要技術(shù)人員親臨串級調(diào)速裝置作業(yè)現(xiàn)場來查看設(shè)備運行參數(shù)，了解設(shè)備運行狀態(tài)[3]。這不僅降低了工作效率，而且不符合現(xiàn)代人們對于工業(yè)生產(chǎn)更加自動化、監(jiān)控管理更加人性化的期求。

隨著移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開啟和發(fā)展，應(yīng)用于工業(yè)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展[4～6]。目前，市場上遠(yuǎn)程無線工業(yè)監(jiān)控方案層出不窮，并已應(yīng)用到各行各業(yè)[7，8]，但是由于通訊協(xié)議、監(jiān)控參數(shù)、實時性要求的不同，寬泛的遠(yuǎn)程工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)并不能與所有載體兼容，很難精準(zhǔn)地應(yīng)用于串級調(diào)速裝置。因此設(shè)計一種專門用于串級調(diào)速系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)尤為必要。

針對以上問題，提出了一種基于移動網(wǎng)絡(luò)的串級調(diào)速系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的開發(fā)以嵌入式技術(shù)、移動通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為技術(shù)支撐。采用可拆卸3G數(shù)據(jù)終端對串級調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)信息進(jìn)行提取，在兼顧傳輸速度和傳輸費用的情況下，用WCDMA網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[9]。既滿足了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅芤?，又?jié)約了數(shù)據(jù)傳輸成本。在對比C/S和B/S的通訊模式特點后，客戶端與服務(wù)器通訊采用C/S結(jié)構(gòu)，使客戶端的設(shè)計更加靈活[10]。監(jiān)控系統(tǒng)在實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控的基礎(chǔ)上，增加遠(yuǎn)程固件升級的功能，使系統(tǒng)功能更加完善。該監(jiān)控系統(tǒng)可讓用戶在無須親臨現(xiàn)場的情況下通過監(jiān)控平臺對運行中的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制；串級調(diào)速系統(tǒng)生產(chǎn)廠家也可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺，實時掌握工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備運行情況，對設(shè)備的故障診斷、固件程序的升級為用戶提供遠(yuǎn)程協(xié)助。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)從功能上可分為三部分組成：3G數(shù)據(jù)終端、服務(wù)器、監(jiān)控客戶端。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3G數(shù)據(jù)終端主要負(fù)責(zé)從串級調(diào)速裝置中提取設(shè)備運行參數(shù)信息并將數(shù)據(jù)通過WCDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸至運行在Windows操作系統(tǒng)上的服務(wù)器端。服務(wù)器端負(fù)責(zé)對接收的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、分析、存入數(shù)據(jù)庫，并為監(jiān)控客戶端提供遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)功能。客戶端主要功能是為用戶提供登陸服務(wù)器、開啟監(jiān)控、遠(yuǎn)程升級等操作，并且將參數(shù)信息以數(shù)字或圖形的方式呈現(xiàn)在用戶面前。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)工作原理

3G數(shù)據(jù)終端獨立于串級調(diào)速裝置之外，通過RS232接口與串級調(diào)速裝置相連。3G數(shù)據(jù)終端上電后自動與服務(wù)器進(jìn)行連接，連接成功后，3G數(shù)據(jù)終端處于在線狀態(tài)。啟動串級調(diào)速裝置，串級調(diào)速裝置主控制器根據(jù)用戶選擇來判定先從BootLoader區(qū)執(zhí)行升級程序，還是從應(yīng)用程序區(qū)執(zhí)行用戶程序。默認(rèn)首先從應(yīng)用程序區(qū)執(zhí)行用戶程序。當(dāng)執(zhí)行用戶程序時，串級調(diào)速裝置根據(jù)預(yù)先定好的協(xié)議將參數(shù)信息發(fā)送至3G數(shù)據(jù)終端，經(jīng)由WCDMA/3G網(wǎng)絡(luò)傳輸至服務(wù)器上，并分類存入數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)執(zhí)行升級程序時，串級調(diào)速裝置主控制器首先將應(yīng)用程序區(qū)原來程序頁擦除，然后按頁將客戶端發(fā)送來的更新程序?qū)懭霊?yīng)用程序區(qū)，更新完畢后自動執(zhí)行新的應(yīng)用程序。用戶在客戶端登陸服務(wù)器后，處于用戶在線狀態(tài)。用戶在客戶端列表框內(nèi)可查看同時在線的其他用戶和數(shù)據(jù)終端。選擇指定數(shù)據(jù)終端，可對其進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與遠(yuǎn)程升級。同時，客戶端提供本地監(jiān)控與本地升級的功能。此時，無需連接3G數(shù)據(jù)終端，將串級調(diào)速裝置通過串口與PC直接相連。通訊協(xié)議和監(jiān)控畫面與遠(yuǎn)程監(jiān)控時相同。

2 3G數(shù)據(jù)終端的設(shè)計

3G數(shù)據(jù)終端作為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺，是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一，具有信息的分析、處理、串口傳輸、無線傳輸?shù)裙δ堋?shù)據(jù)終端通過RS232接口與串級調(diào)速裝置相連，經(jīng)由3G無線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器通訊，是連接現(xiàn)場設(shè)備與服務(wù)器的橋梁。

2.1 數(shù)據(jù)終端硬件設(shè)計

3G數(shù)據(jù)終端的設(shè)計采用模塊化設(shè)計，整個硬件平臺由處理器模塊、3G模塊、電源模塊及一些外圍電路組成。主處理器提供兩個標(biāo)準(zhǔn)的UART接口，分別與現(xiàn)場設(shè)備和3G模塊相連。主處理器主要負(fù)責(zé)3G模塊的驅(qū)動，數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)分析、處理。3G模塊主要功能是無線數(shù)據(jù)傳輸，主處理器通過AT命令實現(xiàn)對3G模塊的初始化配置，撥號聯(lián)網(wǎng)、收發(fā)數(shù)據(jù)等相關(guān)操作。數(shù)據(jù)終端總體框圖如圖2所示。

圖2 硬件總體框圖

數(shù)據(jù)終端采用飛思卡爾的十六位單片機MC9S12X128MAA作為主處理器。該芯片工作電壓為3.135～5.5 V，集成了兩個標(biāo)準(zhǔn)的UART串行接口。在本設(shè)計中，處理器工作電壓為5V，晶振頻率為16 MHz。為了使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、快速的運行，通過對鎖相環(huán)的設(shè)置，將處理器總線頻率增加到80 MHz。3G模塊采用華為公司EM770 W M2M模塊，該模塊支持內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧、標(biāo)準(zhǔn)的AT指令及華為擴(kuò)展AT指令集。該3G模塊集成2路UART通信接口。其中UART1支持帶流控功能的全串口模式，UART1支持?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)，用戶可以通過UART1接口發(fā)送AT指令完成撥號上網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)操作。UART2不支持?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)和AT命令[11]。系統(tǒng)使用EM770W M2M模塊的UART1與主處理器相連。該3G模塊I/O端口輸入電壓極限值為2.6 V，為了實現(xiàn)與主處理器I/O端口電平兼容，通過雙向電平轉(zhuǎn)換芯片74LVC4245實現(xiàn)。該3G模塊電源電壓范圍為3.0～3.6 V，本系統(tǒng)中采用德州儀器(TI)生產(chǎn)的LM2596降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片為3G模塊提供3.3 V穩(wěn)定電壓。

2.2 數(shù)據(jù)終端軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)終端的軟件開發(fā)是在Windows操作系統(tǒng)下，使用C語言在codeWarrior開發(fā)環(huán)境下完成。數(shù)據(jù)終端工作過程分為初始態(tài)、登錄服務(wù)器、功能選擇判斷、遠(yuǎn)程升級、監(jiān)控數(shù)據(jù)通信5個狀態(tài)，模型如圖3所示。具體分述如下：

圖3 數(shù)據(jù)終端狀態(tài)機模型

(1)初始態(tài)。系統(tǒng)啟動后，完成串口初始化、鎖相環(huán)設(shè)置，I/O端口初始化等操作后，處于初始態(tài)。

(2)登錄服務(wù)器。對3G模塊進(jìn)行波特率、接入點的配置，然后與指定的IP地址、端口號的服務(wù)器建立UDP鏈接，與服務(wù)器交換登錄數(shù)據(jù)包后即登錄服務(wù)器成功。

(3)功能選擇判斷。根據(jù)用戶選擇，判斷下一時刻進(jìn)入哪種工作狀態(tài)。當(dāng)?shù)卿浄?wù)器后，5 s時間內(nèi)，條件(SCI1Receive[0]==‘>’)滿足，則進(jìn)入遠(yuǎn)程升級狀態(tài)，否則進(jìn)入遠(yuǎn)程監(jiān)控狀態(tài)。

(4)遠(yuǎn)程升級。數(shù)據(jù)終端按頁接收客戶端發(fā)送的更新程序，并按頁轉(zhuǎn)發(fā)給串級調(diào)速裝置，經(jīng)串級調(diào)速裝置主控器的Boot區(qū)引導(dǎo)程序?qū)⒏鲁绦虬错搶懭雴纹瑱C應(yīng)用區(qū)Flash中。遠(yuǎn)程升級完成后，串級調(diào)速系統(tǒng)主控制器開始執(zhí)行應(yīng)用程序區(qū)新的程序，3G數(shù)據(jù)終端進(jìn)入監(jiān)控數(shù)據(jù)通信狀態(tài)。

(5)監(jiān)控數(shù)據(jù)通信。進(jìn)入數(shù)據(jù)通信狀態(tài)后，終端以一定的時間間隔將串級調(diào)速系統(tǒng)運行參數(shù)按照約定好的協(xié)議發(fā)送至服務(wù)器端，經(jīng)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控客戶端。同時終端不斷響應(yīng)客戶端監(jiān)控指令。系統(tǒng)復(fù)位后，3G數(shù)據(jù)終端進(jìn)入初始態(tài)。

3 上位機軟件設(shè)計

上位機軟件使用C++語言，在Windows操作系統(tǒng)下，使用Microsoft Visual C++ 6.0開發(fā)工具編寫完成。上位機軟件主要包括服務(wù)器軟件與客戶端軟件兩部分。

3.1 服務(wù)器的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1.1 服務(wù)器端總體設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)采用覆蓋范圍較廣的WCDMA網(wǎng)絡(luò)，由于IPv4資源的匱乏，聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)運營商為每個SIM卡分配的IP地址都是私有IP，企業(yè)或家庭電腦接入因特網(wǎng)所用的IP地址也多是內(nèi)網(wǎng)IP，因此3G數(shù)據(jù)終端與客戶端的IP地址互不可見，無法直接通信，因此需要一臺有公網(wǎng)IP的服務(wù)器中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。所以服務(wù)器軟件必須運行在一臺具有公網(wǎng)IP的計算機上。

服務(wù)器的設(shè)計是基于對話框的模式。由于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與用戶的交互主要在客戶端完成，所以服務(wù)器端只設(shè)計了一個主功能界面。服務(wù)器端主界面提供登陸服務(wù)器、退出服務(wù)器操作、顯示在線用戶列表及監(jiān)控信息。服務(wù)器端接收來自3G數(shù)據(jù)終端的串級調(diào)速系統(tǒng)的運行參數(shù)、上限值等各項參數(shù)信息，響應(yīng)客戶端監(jiān)控請求將接收到的參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，同時將這些參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，為客戶端提供訪問歷史數(shù)據(jù)服務(wù)。

為了使監(jiān)控數(shù)據(jù)有效、規(guī)律地存儲、查詢，在服務(wù)器端引入數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計以MySQL Server 5.6數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，實現(xiàn)實時及歷史數(shù)據(jù)的入庫、檢索，支持客戶端遠(yuǎn)程查詢、應(yīng)用。通過分析傳輸數(shù)據(jù)的類型，可將遠(yuǎn)程監(jiān)控數(shù)據(jù)分為兩類：狀態(tài)參數(shù)和設(shè)置參數(shù)。因此在MySQL平臺下創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫g3_monitor，并根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)類型創(chuàng)建設(shè)置參數(shù)表settingparameter 和狀態(tài)參數(shù)表statusparameter。

3.1.2 服務(wù)器端程序設(shè)計

服務(wù)器端作為整個監(jiān)控系統(tǒng)的通信樞紐，其主要功能有界面初始化、數(shù)據(jù)接收及處理、檢查用戶在線、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)庫操作。為了提高數(shù)據(jù)處理效率，降低程序復(fù)雜度，分模塊對這些功能進(jìn)行設(shè)計[12]。服務(wù)器軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 服務(wù)器軟件結(jié)構(gòu)

圖5 數(shù)據(jù)接收及處理模塊流程圖

初始化模塊負(fù)責(zé)完成服務(wù)器界面的初始化以及通信套接字的初始配置。數(shù)據(jù)接收及處理模塊是服務(wù)器軟件設(shè)計核心，負(fù)責(zé)接收和處理來自終端和客戶端的數(shù)據(jù)包，其軟件流程圖如圖5所示。當(dāng)客戶端和終端的心跳包或通信數(shù)據(jù)包到來時，更新其連接標(biāo)志位，檢查用戶在線模塊通過判斷終端和客戶端連接標(biāo)志確定終端和客戶端是否在線[13]。EM770W模塊對于收發(fā)的數(shù)據(jù)有嚴(yán)格要求，接收數(shù)據(jù)范圍為0x01～0x7F，發(fā)送數(shù)據(jù)范圍為除0x08外的0x01～0x7F，0x08在發(fā)送數(shù)據(jù)中有著特殊意義，表示退格。本系統(tǒng)的服務(wù)器運行在Windows操作系統(tǒng)下，由服務(wù)器向3G終端發(fā)送數(shù)據(jù)時，操作系統(tǒng)會自動在0x0A之前添加0x0D,所以0x0A無法直接發(fā)送。服務(wù)器端與3G終端實際通信數(shù)據(jù)范圍為0x00～0xFF，而且上位機與下位機編譯環(huán)境不同，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體對齊方式不同。因此需對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)義以及格式轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)庫操作模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)終端發(fā)送的監(jiān)控數(shù)據(jù)分析、處理，然后寫入數(shù)據(jù)庫。

3.2 客戶端的設(shè)計與實現(xiàn)

客戶端是整個監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，它提供了可視化的監(jiān)視界面和實時高效的操作平臺。在權(quán)衡B/S與C/S架構(gòu)模式優(yōu)缺點的情況下，監(jiān)控客戶端采用C/S架構(gòu)模式。根據(jù)功能不同，將監(jiān)控客戶端化分為系統(tǒng)操作、設(shè)備運行狀態(tài)、運行參數(shù)、接觸器設(shè)置、上限值設(shè)置、保護(hù)值設(shè)置、調(diào)速關(guān)聯(lián)參數(shù)、啟動關(guān)聯(lián)參數(shù)、操作項、過程曲線顯示十大功能模塊。

另外事件記錄和控制命令模塊作為系統(tǒng)必要的操作和顯示部分，在每個功能模塊的界面中都能顯示。事件記錄顯示系統(tǒng)當(dāng)前運行狀態(tài)以及運行狀態(tài)的改變。啟動、停止、調(diào)速等命令按鈕用來對串級調(diào)速系統(tǒng)下達(dá)控制命令。客戶端的開發(fā)是基于對話框的模式，每一個功能模塊都與之對應(yīng)交互界面和類。在主對話框中，采用工具欄、狀態(tài)欄、位置固定的子區(qū)域與用戶交互。點擊工具欄按鈕，在主對話框的子區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出對應(yīng)的功能模塊的界面。遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端界面如圖6所示。

圖6 遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端界面

為了提高程序執(zhí)行效率，監(jiān)控客戶端的程序開發(fā)在分模塊設(shè)計的基礎(chǔ)上采用了多線程技術(shù)。線程調(diào)度由線程調(diào)度器完成。為了實現(xiàn)線程間的協(xié)調(diào)運行，防止多個線程同時訪問同一資源時出現(xiàn)不可預(yù)知的后果，采用Windows環(huán)境提供的同步措施—事件(Event)來解決以上問題?？蛻舳顺绦虺骶€程外，還包括保持客戶端在線線程、發(fā)送更新程序線程、數(shù)據(jù)接收線程、串口收發(fā)線程。監(jiān)控客戶端軟件流程圖如圖8所示。

圖7 客戶端軟件流程圖

保持客戶端在線線程以一定時間間隔向服務(wù)器端發(fā)送“心跳”包，通知對方客戶端的當(dāng)前狀態(tài)。發(fā)送程序線程主要負(fù)責(zé)將更新程序按頁發(fā)送至服務(wù)器端。當(dāng)用戶打開程序文件時，將更新程序讀取至數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。此時遠(yuǎn)程升級按鈕為可操作狀態(tài)，點擊遠(yuǎn)程升級按鈕，激活發(fā)送線程。發(fā)送線程將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的升級程序按頁發(fā)送至服務(wù)器端，經(jīng)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)至終端，收到終端應(yīng)答后，發(fā)送下一頁程序，依此循環(huán)，直至程序頁完全發(fā)送(FLAG==TRUE)，然后發(fā)送完成標(biāo)志。數(shù)據(jù)接收線程主要功能是接收來自服務(wù)器端的數(shù)據(jù)包，并對其分析、處理，例如將監(jiān)控信息通過窗口間消息機制發(fā)送至指定窗口進(jìn)行顯示。就地監(jiān)控與升級需通過串口與串級調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行通訊，打開串口后即創(chuàng)建串口收發(fā)線程，串口收發(fā)線程主要負(fù)責(zé)客戶端PC與串級調(diào)速裝置間的數(shù)據(jù)往來。

4 系統(tǒng)測試與分析

本系統(tǒng)已在保定華仿科技有限公司的串級調(diào)速系統(tǒng)實驗平臺進(jìn)行系統(tǒng)測試，并對運行情況進(jìn)行詳細(xì)記錄與分析。為防止因采樣頻率過大而增加流量費用和消耗系統(tǒng)資源，而且又要避免重要信息遺漏，將數(shù)據(jù)采樣周期定為60 s。系統(tǒng)測試總次數(shù)為200次。系統(tǒng)測試記錄如表1所示。

表1 系統(tǒng)測試

WCDMA/3G網(wǎng)絡(luò)理論上上行、下行速率可達(dá)到5.76 Mbps、7.2 Mbps，在實驗環(huán)境下測得其平均速率為0.78 Mbps。由于采集的監(jiān)控參數(shù)數(shù)據(jù)經(jīng)封裝以及轉(zhuǎn)義后大小約為4.312 Kbyte，網(wǎng)絡(luò)寬帶有較大富余，能保證監(jiān)控數(shù)據(jù)較快傳輸。在系統(tǒng)測試中，數(shù)據(jù)包傳輸時間小于1 s，小于系統(tǒng)實時性要求的2 s，滿足實時性要求。測試中沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)包的丟失及出錯以及傳輸中斷情況，滿足系統(tǒng)的可靠性及準(zhǔn)確性要求。終端登陸服務(wù)器用時與實驗現(xiàn)場3G網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量有關(guān)，測試中接入服務(wù)器時間小于3 s，滿足系統(tǒng)要求。3G數(shù)據(jù)終端出現(xiàn)2次掉線，經(jīng)分析，這是由于實驗現(xiàn)場3G網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量不穩(wěn)定所致。由于在3G數(shù)據(jù)終端軟件設(shè)計中，增加了掉線重連功能，所以3G數(shù)據(jù)終端在掉線后能及時再次登陸服務(wù)器，避免影響下一次數(shù)據(jù)傳輸。實驗各項數(shù)據(jù)表明，實時性、可靠性、準(zhǔn)確性、丟包率等各項指標(biāo)都滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。

另外，系統(tǒng)抗干擾能力是整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。由于串級調(diào)速系統(tǒng)作業(yè)于工業(yè)現(xiàn)場，作業(yè)環(huán)境中的電磁信號干擾影響著采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量也是影響采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的一項重要因素?？赏ㄟ^優(yōu)化硬件及軟件設(shè)計來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由于硬件設(shè)備由廠家生產(chǎn)，不可隨意更改，本系統(tǒng)主要通過優(yōu)化系統(tǒng)軟件設(shè)計的措施來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。采用的措施：一是在數(shù)據(jù)包中增加數(shù)據(jù)校驗位，數(shù)據(jù)校驗位為所有數(shù)據(jù)位異或；二是3G數(shù)據(jù)采集終端將從串級調(diào)速裝置提取的參數(shù)信息存入臨時緩存區(qū)，待接收到客戶端正確接收數(shù)據(jù)包的應(yīng)答后，清空臨時緩沖區(qū)，以為下次存儲新的數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備；否則重新發(fā)送數(shù)據(jù)包，超時仍未收到客戶端正確接收數(shù)據(jù)包的應(yīng)答，視為包丟失。系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)顯示沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)包的丟失及錯誤情況，驗證了系統(tǒng)具有一定抗干擾能力，能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集及可靠傳輸。

5 結(jié)論

本文從3G數(shù)據(jù)終端硬件結(jié)構(gòu)、軟件狀態(tài)機模型，服務(wù)器及監(jiān)控客戶端的實現(xiàn)等方面闡述了系統(tǒng)的設(shè)計思路與實現(xiàn)方法。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)解決了串級調(diào)速系統(tǒng)傳統(tǒng)的就地監(jiān)控方式對惡劣環(huán)境中的現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)管不便的問題，確保操作人員及管理人員無須親臨工業(yè)現(xiàn)場，能及時掌握串級調(diào)速系統(tǒng)運行狀態(tài)，有效的提高了工作效率并且節(jié)約了物力、人力。并且還可以根據(jù)實際需求，調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸方式(由無線傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)榇趥鬏?，提高了系統(tǒng)的適用性。通過在保定華仿科技有限公司的串級調(diào)速系統(tǒng)上實際測試，驗證了系統(tǒng)的可行性。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)成本低，操作簡便，監(jiān)控畫面友好，具有良好的市場應(yīng)用前景。

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Design and Implementation of Remote Monitoring System of Cascade Control System

Zhang Qinghong1,Lin Yongjun1, Wang Xingwu2,Zhang Zhaoyan2

(1.School of Control and Computer Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China；2.Baoding Huafang Science and Technology Co., Ltd.,Baoding 071051,China)

Aiming at issues such as the limitation of operating spot and supervision inconvenience of traditional local monitoring methods used by cascade control system,this paper proposes a solution of remote monitoring system of cascade control system based on mobile network. A hardware platform based on wireless data terminal realized the remote wireless monitoring of cascade control system through the cooperation with the server and client software developed in the Windows system.The wireless data terminal was developed based on MC9S12X128MAA MCU of Freescale company which was combined with wireless transmitting module EM770W M2M of HUAWEI company.The remote monitoring system was designed to transmit through 3G networks and Internet, the information of the wireless data network terminals jobsite equipment parameters to the server which can store and forward them.Users could achieve real-time on-site monitoring and control of the equipments by monitoring the operations of the clients. In addition to the remote monitoring functions, the system also included a remote upgrading capabilities. The overall scheme of the system was presented. And the implementation of software and hardware of lower computers, the software of host computer were introduced in detail. Practical experiment shows that the system could work stably with a friendly HMI, and meet the desired effects.

remote monitoring；EM770W；remote upgrading；server

2015-05-14。

張慶紅(1989-)，女，碩士研究生，研究方向為嵌入式技術(shù)在工業(yè)過程中的應(yīng)用，E-mail：1044528248@qq.com。

TP393

B

10.3969/j.issn.1672-0792.2015.07.009