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《基于 Web 设备远程监控系统》
设计报告
姓名:
学号:
班级:计算机 0801
指导教师:
完成日期:2011/9/18
(一) 前言
近年来随着计算机技术、控制技术、通信技术和网络技术的发展,远程监控
系统获得了飞速的发展,广泛应用于工商业的各个方面,如生产、检测、监控
等。而基于 Web 的远程监控系统是指通过 Internet,使用 TCP/IP 技术,让管
理层或调度人员能够看到生产现场的实时信息,并且能够实现对生产现场的远
程调度、指挥决策以及对生产设备的远程在线配置和故障诊断等。将 Web 技术
应用于远程监控系统,既减化了操作、延伸了管理范围,又减少了软件升级和
维护费用。能够实现对生产现场的远程调度指挥决策以及远程对生产设备的在
线配置和故障诊断等功能由于电力系统中电网复杂程度的增加对电力设备的安
全经济运行要求越来越高电力公司要求采用更多的远方集中控制和集中操作目
前很多 35 kV 和 110 kV 电力设备都实现了无人值班,如何将这些无人值班电
力设备的运行信息上传到调度中心是一个值得讨论的课题按照常规的办法只要
有 RTU 远动设备便可以实现无人值班但是随着以太网技术的应用和互联网的普
及人们意识到可以利用这些开放的网络来传输无人值班电力设备的运行信息应
用 Web 技术实现电力设备的远程监控使得以往的许多操作可以在客户端的浏览
器中实现即简化了操作延伸了电力调度自动化系统的管理范围又大大减少了软
件的升级维护费用。
本项目的完成,实现了监控电压的改变,并将改变后的实时数据展现到 WEB 动态网页
上,以数据和条形图及颜色的不同来告知用户实时电压的多少
。
(二) 总体设计
基于WEB的远程监控系统一般可以分为三层:现场智能设备层、SCADA层、远
程监控层。以太网连接图如图1所示。
图1. 以太网连接图
1.现场智能设备层
现场智能设备层的核心是现场总线,现场设备则是以网络节点的形式挂接在
现场总线上。依照现场总线的协议标准,底层智能设备采用了功能块的结构,
通过组态设计,从而完成数据采集、A/D转换、数字滤波、温度压力补偿、PID
控制以及阀位补偿等。
2.SCADA监控层
网络监控系统的第二层结构是SCADA(数据采集和监控)监控层,这一层从现
场设备中获取数据,完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能,
另外还包括控制组态的设计和下装。监控层的功能一般由上位计算机完成,一
般它通过扩展槽中网络接口板与现场总线相连,协调网络节点之间的数据通信;
或者通过专门的现场总线接口(转换器)实现现场总线网段与以太网段的连接,
这种连接方式使系统配置更加灵活。监控层处于以太网中,因此它的关键技术
是以太网与底层现场设备网络间的接口部分,主要负责现场总线协议与以太网
协议的转换,保证数据包的正确解释和传输。监控层除了上述功能外,还为实
现先进控制和远程操作优化提供支撑环境。
3.远程监控层
远程监控层的主要目的是在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系
统。首先要将中间监控层的数据库中的信息转入上层的关系数据库中,这样远
程用户就能随时通过浏览器查询网络运行状态以及现场设备的工作状况,对生
产过程进行实时的远程监控。用户被赋予一定的权限后,还可以在线修改各种
设备参数和运行参数,从而在广域网范围内实现底层测控信息的实时传递。目
前,远程监控实现的途径就是通过Internet,主要方式是租用企业专线或者利
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用公众数据网。由于涉及实际的生产过程,第2章基于Web的远程监控系统的分
析必须保证网络安全,可以采用的技术包括防火墙、用户身份认证以及密钥管
理等。
硬件结构如图2所示:
图2. 三层C/S硬件结构
软件的系统结构如图3所示
图3. 软件系统整体结构
(三) 嵌入式WEB 服务器的选择和移植
1. 选择gohead 的理由
在许多的web server中有许多轻量级的web server,如boa , thttp,lighttpd
等,但如果要有较高的安全性和能为后期的web开发开发提供便利的嵌入式web
服务器,上面提到的几个web server显得太单薄了.为了提高一定的安全性能.综
合比较了大几款轻量级,嵌入式web server.最后选用由Michael O'Brien架构的
web服务器:goahead
2. gohead 的移植方法和步骤
(1) 首先下载goahead服务器的压缩包,将其拷贝到192.168.0.123/bc文件夹
下;
(2) 进入虚拟机,打开root主目录--/home--/bc找到goahead压缩包,复制到
/arm2410s/exp/basic下,并解压得到ws031202文件夹;
L!!
(3)
修改LINUX目录下的MAKEFILE文件,添加两个变量..
CC=armv4l-unknown-linux-gcc
AR= armv4l-unknown-linux-ar
cc 改为$(CC)
修改LINUX下的 main.c initWEB()屏蔽if循环
加入语句:intaddr.s_addr=inet_addr(“192.168.0.115”)
(4) 新建终端,并依次输入以下命令
minicom
mount –t nfs 192.168.0.123:/arm2410s /host
cd /
cd mnt/yaffs
ls
cd ad
ls
insmod s3c2410-adc.o
cd ..
mount –t nfs 192.168.0.123:/arm2410s /host
cd /
cd host/exp/basic/ws031202/ LINUX
./webs
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(5) 编译
(6) make
cd /
cd arm2410s/exp/basic/ws031202/web/cgi-bin
ls
make
armv4l-unknown-linux-gcc –o main main.c –lpthread
(7) 在IE上访问192.168.0.115/home.asp(即可看到web server 服务器),如
图4所示:
图 4. web server 服务器
(四) CGI 应用程序设计
(1)CGI(Common Gateway Interface)技术
CGI 是第一个针对图形设备接口,而不是应用程序接口的交互式计算机图形
标准。CGI 的目标是使应用程序和图形库直接与各种不同的图形设备相作用,使
其在各种图形设备上不经修改就可以运行,即在用户程序和虚拟设备之间以一
种独立于设备的方式提供图形信息的描述和通信。
CGI 规定了发送图形数据到设备的输出和控制功能,从图形设备接收图形数
据的输入、查询和控制功能,因 CGI 是设备级接口,对出错处理和调试的只提
供了最小支持。CGI 提供的功能集包括控制功能集、独立于设备的图形对象输出
功能集、图段功能集、输入和应答功能集以及产生、修改、检索和显示以象素
数据形式存储的光珊功能集。在二维图形设备中可以找到 CGI 支持的功能,但
没有一个图形设备包含由 CGI 定义的所有功能,从这个意义上说,CGI 定义了与
虚拟设备的接口。
CGI 是设备级的计算机图形标准,它规定了一个 CGI 实现和 CGI 用户之间的
接口。一个 CGI 的实现叫做对象,对象既可以是硬件设备也可以是一个程序。
CGI 的用户就是用 CGI 对象实现的与设备无关的应用程序。CGI 提供了一些功能
来实现一个 CGI 对象和一个 CGI 应用程序之间数据交换。对象和应用程序之间
的接口由 CGI 引用模式来描述,基于 CGI 对象和 CGI 应用程序的配置情况,引
用模式提供了一个概念上的框架说明 CGI 在一个计算机图形环境中如何使用。
CGI有三种引用模式:应用、对象和CGI产生器与解释器配置。为了使应用程
序创建、保存、修改和显示图形,CGI提供了管道机制,如图5所示:
图5.CGI管道机制模式
(2)CGI部分关键程序代码
static int init_ADdevice(void)
{
if((adc_fd=open(ADC_DEV, O_RDWR))<0){
printf("Error opening %s adc device\n", ADC_DEV);
return -1;
}
}
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static int GetADresult(int channel)
{
int PRESCALE=0XFF;
int data=ADC_WRITE(channel, PRESCALE);
write(adc_fd, &data, sizeof(data));
read(adc_fd, &data, sizeof(data));
return data;
} int main(void)
{
int i;
float d[3] = {0} ;
void * retval;
if(init_ADdevice()<0)
return -1;
for(i = 0 ; i < 3 ; i ++)
d[i]=((int)GetADresult(i)*3.3)/1024.0*100;
screen(d);
return 0 ;
}
(五) 系统测试
1. 将程序下载到实验箱后,运行gohead 服务器及修改后的AD 采集程序。
2. 打开 IE 浏览器输入 192.168.0.115/cgi-bin/ad,显示 AD 数据采集结果,a0,
a1,a2 分别表示三个不同的通道,及其后面条形图依次是各自的AD 数据结
果,其中黑色代表高压(大于 3V),灰色低压(小于 0.5V),绿色正常
(0.5~3.0V),
3. 分别调整试验箱上 a1,a2, a3 电压值,依次得到 a0 低压,a1 正常,a2 高
压, 如图6 所示:
图 6. a1 高压,a2 正常,a3 低压
4. 分别调整试验箱上 a1,a2, a3 电压值,依次得到 a0 正常,a1 正常,a2 正
常, 如图7 所示:
图 7. a1 正常,a2 正常,a3 正常
(六) 总结
随着Internet 的飞速发展加快了信息的交流和信息的共享工业监控系统由
传统的DCS 和Windows 风格转向Web 风格是一种潮流和必然借助于浏览器用户
可远程监控电力设备的实时运行情况对电力系统的安全经济运行起到了促进作
用应该指出的是本文的方法不仅仅限于电力设备远程监控系统对于其它工业远
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