1 引言 隨著企業(yè)網絡的集成化發(fā)展，internet技術與控制技術融合在一起，遠程操縱生產過程技術成為自動化技術的重要研究內容。在工業(yè)自動化領域里，控制網絡也正向體系結構的開放性方向發(fā)展，信息溝通的領域正迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設備到控制、管理的各個層次，基于internet/intranet的企業(yè)綜合自動化方案已經成為熱門的研究方向[1]。 通過internet瀏覽器相關人員能夠進行生產過程的遠程監(jiān)視，遠程設備調試和遠程設備故障診斷、處理，不但可以提高企業(yè)自動化水平，實現(xiàn)無人職守，而且在很大程度上為企業(yè)生產運作的科學管理、安全運行和有效維護奠定了堅實的基礎。但是，由于網絡延時的存在，基于網絡的控制系統(tǒng)不可能是一種閉環(huán)控制，采用的是遠程監(jiān)督控制方案，而邏輯控制功能由現(xiàn)場設備層完成。本文根據(jù)這一思想提出基于b/s結構進行的網絡控制，并開發(fā)了一套基于plc和交流變頻器的實時遠程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)集工控組態(tài)軟件、plc技術、變頻控制技術，網絡通信技術于一體。 2 browser /server結構的工業(yè)信息監(jiān)控系統(tǒng) 客戶/服務器（client/server）技術是目前廣泛使用的一種信息處理模式[2]。與傳統(tǒng)的集中式信息處理模式相比，它可以減少系統(tǒng)開支，將網絡所連接的微機群信息處理性能大大提高，因為其分布式處理的特點，它可以提高系統(tǒng)的可靠性，此外，由于其采用模塊化及開放式體系結構，使得它容易將不同的機器有效地連接在一起，易于系統(tǒng)的擴展升級，提高了系統(tǒng)的靈活性。但其也存在許多潛在的缺陷[3]，諸如布局困難、培訓費用及系統(tǒng)維護費用高等，而且c/s結構也不能滿足客戶端跨平臺的要求。因此，本文利用browser /server結構建造工業(yè)信息監(jiān)控系統(tǒng)。 2.1 browser/server體系結構的特點 隨著internet/intranet技術和應用的發(fā)展，www服務成為核心服務，用戶可通過瀏覽器browser統(tǒng)一的界面上，完成網絡上各種服務和應用功能。這種在20世紀90年代中期發(fā)展的，基于瀏覽器、web服務器和應用服務器的計算結構稱為browser/service（b/s，瀏覽器/服務器）計算模式，b/s模式繼承傳統(tǒng)的c/s（客戶/服務器）模式中的網絡軟、硬件平臺和應用，但克服了c/s模式的上述缺陷，這種新的結構具有下列優(yōu)點[3]: （1） 應用服務器的開發(fā)簡單 b/s結構是一個包括了客戶、web服務器和應用服務器的三層結構，涉及到四個組成部分:瀏覽器、web服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器。這種劃分使得程序的編制簡單，例如應用服務器不必過多地考慮和客戶端的通訊問題，大量的與客戶端的數(shù)據(jù)傳輸由數(shù)據(jù)庫服務器和web服務器完成，使開發(fā)者能夠把更多的精力放在功能的完善上。 （2） 有許多現(xiàn)成的可供選擇的外圍程序 web服務器和數(shù)據(jù)庫服務器可以采用現(xiàn)成的產品，只有應用服務器需要自己開發(fā)，而且由于web服務器負責與數(shù)據(jù)庫服務器和客戶端瀏覽器的一部分通信，減輕了應用服務器的開發(fā)負擔。 （3） 客戶端獲取數(shù)據(jù)更加容易 采用b/s結構，最直接的和最大的變化體現(xiàn)在客戶端上?？蛻舳瞬辉傧駛鹘y(tǒng)的c/s結構中那樣，只與一個應用服務器通信?？蛻舳双@取數(shù)據(jù)的渠道不止一條。對于非實時數(shù)據(jù)，瀏覽器可以直接向web服務器發(fā)出數(shù)據(jù)查詢請求，而應用服務器只要負責把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫即可，不參與客戶端獲取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)這一過程。對實時數(shù)據(jù)，瀏覽器通過頁面內嵌的activex控件，直接與應用服務器通信，而web服務器和數(shù)據(jù)庫服務器對此將一無所覺。 2.2 browser/server結構的工業(yè)信息監(jiān)控系統(tǒng) b/s結構的工業(yè)信息監(jiān)控系統(tǒng)是c/s結構的延伸，它們的網絡結構基本相同，只是服務器端的功能更加分散，基本框圖如圖1所示。 工業(yè)信息監(jiān)控系統(tǒng)采用b/s模式，客戶端直接通過瀏覽器與服務器端進行動態(tài)交互，而c/s模式采用的是事件驅動方式。各子站得到現(xiàn)場控制單元的實時信息，并將其寫入數(shù)據(jù)庫服務器保存，web服務器將數(shù)據(jù)庫服務器的實時數(shù)據(jù)動態(tài)發(fā)布到網上，客戶端便能通過瀏覽器方便的得到這些實時信息;另一方面，客戶端的控制信息也可以通過web服務器寫入各子站，再由子站將數(shù)據(jù)寫入現(xiàn)場設備，實現(xiàn)遠程控制。b/s模式下瀏覽器代替專門的客戶端軟件，用戶通過瀏覽器獲得自己權限內的企業(yè)內部數(shù)據(jù)信息，同時做出決策。按照tcp/ip通信協(xié)議和www規(guī)范，通過嵌在web頁面activex控件對數(shù)據(jù)端口的訪問，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的遠程采集，同時根據(jù)采集的信息發(fā)出相應的指令對現(xiàn)場設備進行控制。因此，系統(tǒng)的開放性得到很大提高，開發(fā)與維護更加方便。 3 基于b/s結構的遠程控制實例 本文研究開發(fā)了一套基于plc和交流變頻器的實時遠程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)集工控組態(tài)軟件、plc技術、變頻控制技術，網絡通信技術于一體。 3.1 系統(tǒng)總體結構 本系統(tǒng)是一個雙容水箱水位實時檢測和控制系統(tǒng)，采用一般化的監(jiān)控系統(tǒng)分層結構，整個系統(tǒng)分成三級:現(xiàn)場控制級（plc）、上位機監(jiān)控級（服務器）、遠程控制級（客戶）。實驗臺實現(xiàn)以下功能: （1） 通過對下位機（plc）的程序設計，使其能實現(xiàn)對水位的pid控制和模糊控制。 （2） 通過通訊電纜實現(xiàn)下位機（plc）與上位機（組態(tài)王）的通訊。 （3） 通過對上位機工控軟件的開發(fā)，使其能采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將客戶端的用戶信息寫到下位機（plc）。 （4） 遠程客戶與上位機通過實驗室局域網通信，使遠程客戶能瀏覽水位實時趨勢圖和歷史趨勢圖，并能進行控制參數(shù)的調節(jié)，選擇控制方式，以及緊急事故處理（啟停泵）。 系統(tǒng)框圖如圖2所示。 3.2 系統(tǒng)硬件配置 整個水位網絡控制系統(tǒng)的工藝流程的設計如下所述:通過plc控制程序對水位進行pid控制和模糊控制，把運算的結果輸出到變頻器，來控制交流馬達的啟停和轉速，從而水位穩(wěn)定在設定值，此外通過plc與組態(tài)王的通信，以及遠程客戶機與上位機的通信，實現(xiàn)在遠程客戶端對給定值，高限，低限的設置，以及控制方式的選擇，控制參數(shù)的調整，并通過報警圖，趨勢圖對水位進行監(jiān)控。系統(tǒng)硬件具體配置如附表所示。 3.3系統(tǒng)軟件配置 由上述的網絡結構，整個系統(tǒng)分成三個層次，其軟件設計也由三個部分組成: （1） 現(xiàn)場控制層軟件設計:在這一部分要實現(xiàn)的功能是水位信號的采集、pid控制算法的實現(xiàn)、模糊控制算法的實現(xiàn)、控制信號的輸出等。選用的控制器是西門子s7-300系列的可編程邏輯控制器，因此選擇與之配套的編程軟件step7，它可使用梯形邏輯，功能塊圖或語句表。利用step7編制控制程序，調試成功后將程序寫入plc，這樣plc就可以脫機運行了。通過實驗，驗證了這一控制方案，控制精度高，運行平穩(wěn)，抗干擾能力強。 （2） 上位機軟件設計:這一部分主要是作為遠程客戶機與下位機（plc）通信的橋梁，一方面負責采集plc數(shù)據(jù)，并將其傳送給遠程客戶機，另一方面，接收遠程客戶機的控制信息，并將其寫入plc。組態(tài)王自帶s7-300的驅動程序，能方便地得到plc數(shù)據(jù)，并且其網絡功能較強，能快速實現(xiàn)基于tcp/ip協(xié)議的網絡通信，因此，我們采用組態(tài)王作為上位機軟件開發(fā)環(huán)境。 （3） 遠程客戶端軟件設計 這一部分主要是實現(xiàn)與上位機的通信以及監(jiān)控畫面的開發(fā)，為了便于實現(xiàn)與上位機的通信，采用統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境—組態(tài)王，將整個應用程序分配給多個服務器，用以提高項目的整體容量結構并改善系統(tǒng)的性能。服務器的分配可以是基于項目中物理設備結構或不同的功能，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)需要設立專門的io服務器、歷史數(shù)據(jù)服務器、報警服務器、登錄服務器和web服務器等。 3.4 網絡控制的實現(xiàn)及安全管理 因為組態(tài)王是完全基于網絡的，是一種真正客戶/服務器模式，因此可以將“組態(tài)王”安裝在網絡版windows98/2000或nt上，并在配置網絡時綁定tcp/ip協(xié)議，即可利用其網絡功能實現(xiàn)遠程控制。 在本系統(tǒng)中我們利用實驗室原有的局域網，將其中1臺作為服務器，通過串行口與下位機（plc）相連，并將該機網絡標識設為server，其余計算機作為遠程客戶，將其網絡標識分別設為client1、client2等，各主機安裝統(tǒng)一的操作系統(tǒng)windows2000，且都安裝組態(tài)王6.0。完成網絡連接之后，對各個站點設置網絡參數(shù)，并且定義在網絡上進行數(shù)據(jù)交換的變量，報警數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的存儲和引用等等。 在此系統(tǒng)中，程客戶端除了可以實時監(jiān)控雙容水箱的水位控制情況外，利用網絡的回寫功能，還可以實現(xiàn)遠程修改p、i、d參數(shù)，以提高控制效果。為確保系統(tǒng)的安全運行，每個參數(shù)都有一定的修改權限，只有擁有該權限的用戶才能修改，這樣就確保了網絡控制的安全有效性。 4 結束語 本文客戶/服務器模式和瀏覽器/服務器模式進行了分析比較，提出了基于瀏覽器/服務器模式的網絡架構。并以實驗室雙容水箱水位控制系統(tǒng)為研究對象，深入研究了組態(tài)軟件—組態(tài)王的網絡功能，并利用該組態(tài)軟件實現(xiàn)了網絡遠程控制，進而證明了利用b/s模型進行網絡控制的有效性。