在工業(yè)自動化領域里，控制網(wǎng)絡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(jīng)成為熱門的研究方向,。
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(wǎng)絡延時的存在,，基于網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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：
(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,。客戶端獲取數(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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡功能較強,，能快速實現(xiàn)基于 tcp/ip協(xié)議的網(wǎng)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(wǎng)絡控制的實現(xiàn)及安全管理
因為組態(tài)王是完全基于網(wǎng)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(wǎng)絡版windows98/2000或nt上,，并在配置網(wǎng)絡時綁定tcp/ip協(xié)議，即可利用其網(wǎng)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(wǎng),，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(wǎng)絡標識設為server,，其余計算機作為遠程客戶,，將其網(wǎng)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(wǎng)絡連接之后,，對各個站點設置網(wǎng)絡參數(shù)，并且定義在網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡功能,，并利用該組態(tài)軟件實現(xiàn)了網(wǎng)絡遠程控制，進而證明了利用b/s模型進行網(wǎng)絡控制的有效性,。