基于嵌入式控制的机电设备远程监控技术研究

　　当今市场竞争日益加剧，制造商在不断地寻求新的方法和五金工具以求做到事半功倍，立足、发展市场。机电设备朝着体积大型化，控制系统复杂化，客户分散化的方向发展，这就给制造商的售后服务带来了极大的不方便，要求有远程监控系统来降低售后成本。通信技术和互联网的迅速发展，使得远程监控成为了可能。
　　当前，嵌入式技术正呈现百花齐放的态势。嵌入式系统以其价格低廉，体积小，可在恶劣的工作环境下工作等优势而被广泛的应用于航海、石油、军事等领域，用于数据采集、工业控制等方面。嵌入式技术和Internet技术相结合，产生了嵌入式Internet技术，使得设备可以轻而易举的接入Internet网络，实现设备上网。人们也将嵌入式Internet技术应用于设备的远程监控，取得了一定的效益。当前的嵌入式远程监控主要有以下两种：
　　1．嵌入WEB单一式监控方式：在嵌入式系统中实现TCP/IP大多数协议包括HTTP/TCP/IP等协议，系统既充当WEB Server角色，又要起到数据采集、监控和故障诊断等作用。这种方式主要存在以下不足：
　　（1）由于嵌入式系统要实现WEB Server，功能过多，要求高性能的微控制器或者嵌入式的计算机来满足系统功能要求。高性能意味着高成本。在每一台设备上附加一个高成本的嵌入式系统是不符合制造商的低附加成本的要求的。
　　（2）每一嵌入式系统都是一个监控系统，一个WEB Server，这就要求每台设备都要有一个全球独立IP地址。一是现有的IP地址资源有限，二是监控人员要记住许多IP地址或域名，这也是很不利于远程监控系统发挥作用的。
　　2．传统的PC机集中式监控方式：PC充当WEB Server，起到监控与故障诊断作用（监控与诊断中心）。嵌入式系统只是起到采集现场设备数据并转发到诊断中心的作用。诊断中心可以同时监控多台设备。这种方式有利于节约IP资源和降低附加成本。但也存在不足 Internet网络传输是不稳定的，监控中心传输的控制数据有可能不能及时地到达设备的控制系统，而设备有时候会发生严重的故障。从生产和市场的角度来看，特意停机几小时，甚至几天来对大型机电设备进行检修，不符合用户快速应对市场需求的需要。大型机电设备出现故障后，会造成停工损失，严重的会使得机器彻底毁坏甚至危及人身安全。这就要求远程监控系统监视到严重故障参数异常后立即进行停机等保护性控制操作，以避免严重事故的发生。根据以上分析，文章提出了基于嵌入式控制的机电设备远程监控系统，系统能够提供实时监控和预报、预防严重故障产生的售后服务，以降低生产成本。
　　二、系统的总体设计与实现
　　目前，远程监控系统较为流行的系统架构有客户机/服务器（C/S）模式和浏览器/服务器（B/S）模式。C/S模式需要同时开发客户端和服务器端的应用程序，维护困难，并且在客户机上必须安装客户机软件，否则系统就不能工作了。B/S只需要开发服务器端的Web应用程序就可以了，可以在任何安装了浏览器的客户机上进行监控，真正做到了随时随地地远程监控。故系统采用B/S模式进行集中监控。系统主要由监控与故障诊断中心和嵌入式控制装置两部分组成。图1为系统的总体设计拓扑结构图。
　　（一）监控与故障诊断中心（Web服务器，简称中心）
　　监控与故障诊断中心平台由Web服务器、数据库服务器（0racle 8i）和数据接收与发送程序（后台运行程序，简称后台程序）组成，置于制造商方。中心接收嵌入式控制装置发送的现场设备数据和故障预报信息，对多台机电设备的运行状态进行远程监控和故障诊断，并通过Web发布监视信息和故障诊断结果及其维修方法等信息。设备用户在现场可以通过浏览器获取中心发布的故障诊断信息和维修方法等。设备用户或制造商技术员按照不同的安全访问权限进入系统后，还可以通过嵌入式控制装置远程地向设备控制系统（比如PLC）中写入信息参数、控制代码等，从而实现远程控制。
　　当前开发Web Server网页编译程序比较流行的有Asp和Jsp。Asp在每次客户请求时都须重新编译，而且编译时间一样，而Jsp编译第一次请求编译后无需再编译，工作效率高，因此Web服务器采用Jsp进行开发。后台程序采用Java语言开发，置于WEB服务器所在PC机上，PC机开机后就自动启动，监听嵌入式控制装置连接请求，建立连接，进行远程通信，将接收到的数据存储数据库中；同时定时查看数据库是否有新控制代码或者控制指令，如果有则发送到嵌人式控制装置，从而实现远程控制。监视界面中嵌入一个JavaBean．界面通过JavaBean定时的查询数据库中的设备运行数据并显示出来。控制界面中也嵌入了一个对数据库操作的JavaBean，技术人员在浏览器的表单中提交控制指令或代码后，就可以写入数据库的控制字段中。中心工作模式如图2听示。
　　（二）嵌入式控制装 置
　　嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，钦件硬件可剪裁，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它主要由嵌人式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件等部分组成，通常嵌入到设备在中以实现对其他设备的控制、监视和管理等功能。嵌入式开发包括硬件设计、操作系统选择和用户应用软件的开发。北京硕人科技有限公司的STEC2000型控制器支持标准串口RS232/RS485；支持TCP/IP协议，可以以电话拨入方式和以太网直联方式接人Internet；具有8-32M的历史数据存储空间；可以液晶显示；内嵌剪裁的LINUX操作系统，适合嵌入式和实时控制的要求；自带支持Socket、串口等开发的应用程序接口（API）。本系统对控制的要求较高，故可选用STEC2000作为嵌入式控制装置的开发平台，直接在其上利用自带的API进行用户应用程序开发，而不需再去进行硬件设计，节约开发成本。
　　嵌人式控制装置（图3）主要包括远程通信模块、数据采集与存储模块、数据发送模块、严重故障参数监视模块、严重故障报警模块和控制模块（包括停机等保护性控制）。远程通信模块负责嵌入式控制装置与中心的远程通信，即设备上网。数据采集与存储模块通过RS232串口通信方式采集PLC中的数据或接收A/D转换器转换的油温液压等状态量。SREC2000具有8M～32M的历史数据存储空间，可本地存储监控历史数据，掉电后也不会丢失。控制装置可每隔一段时间(这里为1.5分钟)，保留一定的数据，作为故障发生后远程专家进行故障诊断与排除的数据依据。监视严重参数模块监视会引起严重故障的参数，预防严重故障的产生，避免不必要的损失。当该模块监视到了严重参数异常现象的时候，则推动控制模块进行停机等保护性控制。并同时启动严重故障报警模块，在显示器上显示异常参数值，向中心发送故障警报消息。系统不仅在现场监控严重参数，而且将所有数据都送往中心进行监视。数据发送模块则负责将采集到的所有数据发送到中心，作为远程监视的数据依据；在故障发生后，还可以根据专家发送数据指令请求，将本地存储的历史数据发往中心作为故障诊断分析的依据。这样，不仅现场的操作员可以看到故障显示，异地的专家也可以在任何地方通过浏览器监视到现场设备的工作状况，进行远程监控和故障诊断。
　　结论
　　文章提出了一种切实可行的基于嵌入式控制的远程监控方案，论述了系统的工作原理及其关键技术。系统可以实时的监控现场没备运行状况，预防故障发生，从而降低生产成本。建立起了原型系统，通过了调试，在试用阶段取得了较好的效果。远程监控技术方兴未艾，随着网络通信技术、数据采集技术和嵌入式控制技术的毪速发展，它必然会在网络制造领域中发挥巨大作用。