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篇1

關(guān)鍵詞：圖像；抓?。粋魉?；遠(yuǎn)程；實(shí)時(shí)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）05-1056-02

The Research on Remote Screen Capture and Real-time Image Transmission Method

YANG Hua

（Inner Mongolia University of Technology， Hohhot 010000， China）

Abstract： This article expounds on the remote control and management of computer network for real-time image capture and transmission technology in application and the realization of the way， compared with the current technology， analyzes the advantages and disadvantages and the reasons， gives the remote screen image in the network transmission technology is a kind of method， and combining the practice， to solve the limitation and influence of Resource usage and the stability of the remote screen image transmission， and puts forward some problems that may be encountered in the course of solving problem.

Key words： image； capture； transmission； remote；real - time

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的迅猛發(fā)展，種類(lèi)繁多的有關(guān)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用軟件也得以快速發(fā)展。在這些軟件之中，有關(guān)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制和管理軟件的應(yīng)用尤其廣泛，比如在網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化管理、在線軟件技術(shù)支持、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程輔助教學(xué)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等方面，這些應(yīng)用具有不可替代技術(shù)含量和無(wú)可估量的商業(yè)價(jià)值。目前該方面已經(jīng)研發(fā)出的一些此類(lèi)相關(guān)軟件產(chǎn)品大多數(shù)在網(wǎng)絡(luò)帶寬占用、系統(tǒng)資源占用、實(shí)時(shí)性以及可靠性等方面存在一些問(wèn)題，究其原因就在于服務(wù)器和客服端的遠(yuǎn)程屏幕圖像的抓取和傳輸上。

通過(guò)反復(fù)的理論論證以及多次的實(shí)踐證明，找到了可以解決以上提到的有關(guān)遠(yuǎn)程屏幕圖像網(wǎng)絡(luò)截取與傳輸?shù)膯?wèn)題之可行辦法。

1 遠(yuǎn)程屏幕圖像的實(shí)時(shí)傳輸

此類(lèi)軟件在通常情況下都采用基本的C/S結(jié)構(gòu)（客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器結(jié)構(gòu)）。客戶(hù)端的主要作用有兩個(gè)，一個(gè)是發(fā)出截取的屏幕圖像的請(qǐng)求，另一個(gè)是把接收到的屏幕圖像實(shí)時(shí)的進(jìn)行顯示。服務(wù)器的主要作用也有兩個(gè)，一個(gè)是應(yīng)答發(fā)來(lái)的請(qǐng)求，另外一個(gè)是發(fā)送屏幕圖像。通常情況下，服務(wù)器端截取的屏幕圖像是位圖格式，它具有數(shù)據(jù)量大，直接發(fā)送占用系統(tǒng)資源大、占用網(wǎng)絡(luò)帶寬大以及實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性差的特征，所以在發(fā)送前需要經(jīng)過(guò)壓縮。相應(yīng)的，客戶(hù)端要正確的顯示圖像必須要把接收到的圖像數(shù)據(jù)壓縮解壓縮。

要想解決以上提出的問(wèn)題，主要需要解決的重點(diǎn)是兩點(diǎn)：一點(diǎn)是屏幕圖像的壓縮與解壓縮。另外一點(diǎn)就是屏幕圖像的截取方式的選擇。對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，主要需要考慮的是尋求高的壓縮率和快的壓縮與解壓縮的速度，這些可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膲嚎s與解壓縮算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如比較常用而且有效的算法有Huffman算法、RLE算法、LZW算法等等，目前存在的軟件這些方面處理比較合適，因此提高的余地是非常有限的。而在屏幕圖像的截取這方面上，很多相關(guān)軟件的開(kāi)發(fā)都只采用了最常用到的最一般的圖像截取方法，把屏幕圖像截取方法的選取的重要性忽略了。事實(shí)上，屏幕圖像的截取和數(shù)據(jù)的壓縮與解壓縮同樣重要，都會(huì)對(duì)屏幕圖像的傳輸產(chǎn)生很重要的影響，所以在這一點(diǎn)上，還有很大的提升空間。

2 屏幕截取與圖像傳輸方法的實(shí)現(xiàn)

2.1屏幕截取方式的比較與選擇

屏幕截取的方式有很多，目前也有很多現(xiàn)成軟件可以使用，比如picpick、faststonecapture等。在Delphi中，也提供了很多截取模式，比如有cmSrcCopy、mSrcInvert、cmWhiteness等。在這些模式中，最普通最常用的截取方式就是，在這種模式下，要截取的源圖會(huì)被直接截取到目的畫(huà)圖中，截取之后就馬上進(jìn)行壓縮處理。另外還有一種截取方式，那就是cmSrcInvert模式，這種截取方式需要將要截取的源圖和已經(jīng)截取到目的畫(huà)布中的圖先進(jìn)行XOR運(yùn)算，也就是異或運(yùn)算，運(yùn)算完成后對(duì)運(yùn)算后的圖再進(jìn)行壓縮處理，當(dāng)然這里提到的運(yùn)算都是位的運(yùn)算。與之相應(yīng)的就是顯示過(guò)程，首先把傳輸來(lái)的壓縮圖進(jìn)行解壓縮處理，然后把解壓縮后的圖的位值與當(dāng)前圖的位值進(jìn)行XOR（異或）運(yùn)算，那么運(yùn)算所得到的位圖當(dāng)然實(shí)際需要顯示的圖。

雖然cmSrcInvert模式比cmSrcCopy模式在客戶(hù)端與服務(wù)端都多了一次圖像位圖的XOR（異或）運(yùn)算，但是因?yàn)樵趥鬏斍岸家M(jìn)行壓縮處理，而后一種模式產(chǎn)生的圖像經(jīng)過(guò)壓縮之后的數(shù)據(jù)量要比前一種模式壓縮后得到的數(shù)據(jù)量要小很多，所以后一種截取圖像模式后需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就要更小。當(dāng)然，產(chǎn)生這樣的后果究其原因是因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下屏幕圖像的特征決定的，那就是因?yàn)槠聊粓D像總是在一個(gè)或幾個(gè)局部發(fā)生變化而不是全部屏幕在不停的發(fā)生變化。所以把當(dāng)前屏幕的圖像和上一次截取的屏幕圖像進(jìn)行XOR運(yùn)算，所得到的屏幕位圖沒(méi)有發(fā)生變化的部分的位值就是0，而發(fā)生了變化部分的位值則為1。當(dāng)屏幕圖像發(fā)生變化的范圍比較小的時(shí)候，那么截取的屏幕圖像位圖的大量位值就是0，那么此時(shí)待壓縮的數(shù)據(jù)本身在壓縮時(shí)就會(huì)有很好的壓縮率，傳輸時(shí)所占用的帶寬也更小。盡管在cmSrcInvert模式和cmSrcCopy模式下初始截取的屏幕圖像的數(shù)據(jù)是完全一樣的，但是在傳輸前測(cè)試所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就會(huì)發(fā)現(xiàn)， cmSrcInvert模式下壓縮后的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于cmSrcCopy模式下壓縮的數(shù)據(jù)量，那么原因也如之前所述。在具體的實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，我們采用了Delphi6.0中自帶的Zlib.pas和Zlibconst.pas兩個(gè)文件來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮與解壓縮，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試后一種也就是cmSrcInvert模式在傳輸屏幕圖像時(shí)占用網(wǎng)絡(luò)寬帶方面比cmSrcCopy模式非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.2屏幕的分區(qū)域截取與傳輸

在通常的軟件中，最常用的屏幕截取方式是一次性整屏截取，通常因?yàn)榻厝〉臄?shù)據(jù)量大而得不到好的實(shí)時(shí)效果，尤其是在網(wǎng)絡(luò)帶寬固定而且有限的時(shí)候這個(gè)問(wèn)題就變的更加突出和明顯。事實(shí)上，完全可以在服務(wù)端把屏幕先劃分成一定數(shù)量的大小相同的矩形，然后再在cmSrcInvert截取模式下對(duì)每個(gè)矩形分別進(jìn)行截取和壓縮，最后再把壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。當(dāng)然也可以先比較截取的矩形區(qū)域圖像有沒(méi)有發(fā)生變化，再進(jìn)行后期處理，如果發(fā)生了變化就對(duì)變化的區(qū)域進(jìn)行處理，如果沒(méi)有發(fā)生變化就不處理。和上述操作相對(duì)應(yīng)的操作是客戶(hù)端的操作，當(dāng)客戶(hù)端接收到數(shù)據(jù)后，首先要把接收到的數(shù)據(jù)隊(duì)列中的頭數(shù)據(jù)取出來(lái)進(jìn)行解壓縮，然后再在對(duì)應(yīng)的位置把這個(gè)矩形圖像顯示出來(lái)。如果在實(shí)際編程中需要考慮實(shí)時(shí)性的要求，當(dāng)然大部分情況下都需要考慮，那么就可以使用多個(gè)線程來(lái)對(duì)不同位置的屏幕圖像進(jìn)行處理，也就是我們常提到的多線程程序設(shè)計(jì)的方案。使用這種方案可以在不同的狀況下獲得好的實(shí)時(shí)性、好的資源占用性以及好的軟件穩(wěn)定性。但是要引起重視的是劃分屏幕的個(gè)數(shù)應(yīng)該根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬等因素來(lái)設(shè)定，劃分的區(qū)域個(gè)數(shù)太多的話，對(duì)每個(gè)區(qū)域圖像進(jìn)行截取、壓縮、傳輸、解壓所花費(fèi)時(shí)間的和就有可能超過(guò)對(duì)整屏圖像截取、壓縮、傳輸以及解壓的時(shí)間，這樣所造成的結(jié)果是，雖然占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬小了，但是實(shí)時(shí)性也下降了。當(dāng)然如果屏幕圖像劃分區(qū)域的個(gè)數(shù)太少，那么和整屏處理所占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬相差無(wú)幾，劃分區(qū)域就失去了意義。通過(guò)測(cè)試，當(dāng)局域網(wǎng)為10M時(shí)，劃分的較為理想的區(qū)域個(gè)數(shù)是4-6個(gè)，這時(shí)基本每個(gè)矩形區(qū)域的圖像在壓縮后變?yōu)?～2KB，和整屏處理相比，占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬低，實(shí)時(shí)性高，延遲也小于0.8秒。

服務(wù)端：

1）對(duì)屏幕圖像進(jìn)行恰當(dāng)?shù)木匦螀^(qū)域的劃分；

2）對(duì)劃分后的區(qū)域進(jìn)行圖像截取

3）判斷每個(gè)矩形區(qū)域的圖像是否發(fā)生變化；

4）對(duì)發(fā)生變化的矩形區(qū)域圖像進(jìn)行壓縮后發(fā)送；

5）執(zhí)行第一步。

客戶(hù)端：

1）取出接收到的圖像隊(duì)列中的一個(gè)數(shù)據(jù)塊；

2）把數(shù)據(jù)塊進(jìn)行解壓縮

3）確定解壓縮后的矩形區(qū)域數(shù)據(jù)塊的位置；

4）把矩形區(qū)域圖像在該位置進(jìn)行顯示；

5）執(zhí)行第一步。

3 屏幕圖像數(shù)據(jù)流的壓縮與解壓縮

截取的屏幕圖像要進(jìn)行壓縮與解壓縮，可以使用的算法有很多，比如Huffman、RLE、LZW等這些屬于第三方提供的壓縮算法。事實(shí)上，Del-phi6.0自帶了高效的壓縮與解壓縮的控件包Zlib，編程人員完全可以通過(guò)控件包Zlib中的Zlib.pas和Zlibconst.pas這兩個(gè)文件提供的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的壓縮與解壓縮。第一步：使用屏幕拷貝截取當(dāng)前全部屏幕圖像。第二步：在內(nèi)存中把截取的圖像文件保存成BMP格式。第三步：當(dāng)在服務(wù)器端壓縮截取的屏幕圖像時(shí)，把原始圖像壓縮后保存成自定義變量。第四步：當(dāng)在客戶(hù)端把獲取的屏幕圖像進(jìn)行解壓縮時(shí)，把壓縮的圖像解壓縮后還原成BMP格式的位圖并且及時(shí)進(jìn)行顯示。

4 總結(jié)

綜上所述，在軟件設(shè)計(jì)中考慮遠(yuǎn)程圖像截取與實(shí)時(shí)傳輸?shù)倪^(guò)程時(shí)，除了考慮上述提到的屏幕截取與數(shù)據(jù)壓縮后傳輸和解壓縮后顯示這兩個(gè)主要問(wèn)題，還要考慮選擇合適的網(wǎng)絡(luò)傳輸以及雙方握手協(xié)議。于此同時(shí)，指針、內(nèi)存流和多線程技術(shù)都是需要在整

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個(gè)圖像截取與傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)過(guò)程中需要考慮的問(wèn)題，只有從多方面共同解決問(wèn)題才能提高圖像截取與傳輸軟件的效率和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 耿增民，余正濤，康海燕；一種提高計(jì)算機(jī)屏幕圖像傳輸速度的方法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2005（1）.

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[3] 魯萍.遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中的屏幕圖像實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2005（12）.

篇2

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程傳輸 城鎮(zhèn)燃?xì)?監(jiān)控

中圖分類(lèi)號(hào)：F407文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)介紹

遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類(lèi)信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。

流量?jī)x表和站控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)RTU設(shè)備（Remote Terminal Unit遠(yuǎn)程測(cè)控終端系統(tǒng)）或DTU設(shè)備（Data Transfer unit數(shù)據(jù)傳輸單元）經(jīng)由移動(dòng)公司無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線傳輸。

1、系統(tǒng)的組成元素

系統(tǒng)包括以下的子系統(tǒng)：

人機(jī)界面（human machine interface，簡(jiǎn)稱(chēng)HMI）、（電腦）監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（Remote Terminal Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)RTU）、可編程邏輯控制器（programmeable logic controller，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）、通信網(wǎng)絡(luò)。

2、監(jiān)控用設(shè)備

監(jiān)控站（Supervisory Station）是指要和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（例如RTU或PLC）及在控制室（或其他地方）工作站上HMI軟件通信所需要的服務(wù)器及軟件。在較小的遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控站就是一臺(tái)電腦。較大遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控站可能包括多臺(tái)服務(wù)器、分散式應(yīng)用軟件及意外備援系統(tǒng)。為了提高系統(tǒng)的集成性，多個(gè)服務(wù)器常規(guī)劃為雙冗余或是熱備件（hot-standby），在其中一臺(tái)服務(wù)器故障時(shí)仍然可以繼續(xù)控控制及監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)。

二、站控系統(tǒng)應(yīng)用情況

我公司與2010年建設(shè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，目前遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)主要將門(mén)站、大型工商業(yè)用戶(hù)等的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)秸{(diào)度中心，調(diào)度中心值班人員了解到監(jiān)測(cè)點(diǎn)管道的壓力、溫度、流量的變化，調(diào)度各站進(jìn)出站壓力、調(diào)整城市管網(wǎng)壓力和對(duì)工商業(yè)用戶(hù)的流量監(jiān)控，防止用戶(hù)偷盜氣等。

1、門(mén)站遠(yuǎn)程傳輸?shù)慕ㄔO(shè)

我公司現(xiàn)有2座城市門(mén)站，2座高中壓調(diào)壓站，負(fù)責(zé)全市工商業(yè)及居民的燃?xì)夤?yīng)、壓力調(diào)節(jié)、流量控制等。在門(mén)站建設(shè)遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)中，我們通過(guò)在站內(nèi)安裝的工控機(jī)，配置相對(duì)應(yīng)的站控軟件，再經(jīng)由RS-232轉(zhuǎn)RS-485裝置把信號(hào)傳送到RTU或DTU設(shè)備，最后RTU或DTU設(shè)備通過(guò)GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（電話卡）發(fā)送至公司調(diào)度中心機(jī)房的方法，實(shí)現(xiàn)門(mén)站各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

RTU或DTU傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備安裝上即可傳送數(shù)據(jù)，RTU或DTU設(shè)備配置、安裝簡(jiǎn)單易行，每月數(shù)據(jù)流量少于40M，投資少。

2、城市管網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的建設(shè)

城市管網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行與市民還有各個(gè)工礦企業(yè)息息相關(guān)，管網(wǎng)壓力大小與否直接影響著居民的生活和企業(yè)的生產(chǎn)，然而我公司在管網(wǎng)建設(shè)之初并沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到以后會(huì)增設(shè)遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備，因此直接在管網(wǎng)上采集壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)難以實(shí)現(xiàn)。為了能夠了解各處管網(wǎng)的工作狀況，我們想到了監(jiān)控在管網(wǎng)附近工商業(yè)用戶(hù)的辦法來(lái)解決問(wèn)題。

這種用戶(hù)的選擇不是盲目的，要有針對(duì)性，管網(wǎng)的首末兩端一定要有監(jiān)控用戶(hù)，中、低壓管線上要有代表性的監(jiān)控點(diǎn)，居民小區(qū)、工業(yè)用戶(hù)集中地區(qū)要多選，比較偏僻的地區(qū)也要選，結(jié)合城市規(guī)劃與公司輸氣情況，我們選擇了具有代表性的工業(yè)站點(diǎn)10個(gè)，商業(yè)站點(diǎn)17個(gè)來(lái)監(jiān)控城市管網(wǎng)壓力的運(yùn)行情況。

傳輸設(shè)備依然選擇使用RTU或DTU設(shè)備，安裝中我們需要向用戶(hù)協(xié)調(diào)供電、安裝位置、安全防護(hù)等事項(xiàng)。此類(lèi)用戶(hù)的安裝，不僅可以實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，輔助調(diào)度人員平衡氣源調(diào)度，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重要用戶(hù)的氣量監(jiān)控。比如，有些工業(yè)用戶(hù)與我公司簽訂了供用氣合同，在合同中明確規(guī)定了每月的用氣量，如有了監(jiān)控后，我們能夠及時(shí)的掌握企業(yè)的用氣情況，合理調(diào)配氣量，保證公司的利益。

3、對(duì)一些重點(diǎn)用的監(jiān)控

在已選擇的站點(diǎn)中，我們?cè)谥饕谋O(jiān)控點(diǎn)或用戶(hù)處安裝有YCL-Ex型防爆熱質(zhì)流量開(kāi)關(guān)，它的工作原理是通過(guò)與燃?xì)饨佑|的兩個(gè)探針之間測(cè)量的溫差變化，來(lái)確定燃?xì)獾牧魉伲?dāng)流速低于或高于某一設(shè)定值時(shí)，其中的繼電器接通或斷開(kāi)，輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)。它和流量?jī)x表一同接入RTU設(shè)備，當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)或用戶(hù)使用天然氣而流量?jī)x表不工作時(shí)，流量開(kāi)關(guān)就會(huì)通過(guò)RTU設(shè)備向調(diào)度中心報(bào)警，以此來(lái)確定監(jiān)控點(diǎn)和用戶(hù)是否存在設(shè)備損壞或偷盜氣行為，確保公司利益不受損失。

4、在燃?xì)夤艿罁岆U(xiǎn)搶修中的作用

燃?xì)夤艿离m然深埋于地下，但是隨著城市的建設(shè)，各種道路拓寬，新管道、線路敷設(shè)，其他部門(mén)的道路施工，時(shí)常能造成燃?xì)夤艿罁p毀，造成燃?xì)庑孤?，管道壓力降低。通過(guò)建立的這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，我們能及時(shí)的了解到哪個(gè)地方的壓力過(guò)低，為了確保燃?xì)獾恼９?yīng)，調(diào)度中心可通知各個(gè)服務(wù)區(qū)的工作人員進(jìn)行臨時(shí)調(diào)壓，保證用氣安全。

三、未來(lái)趨勢(shì)

1、硬件發(fā)展方面

遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)將依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以以太網(wǎng)及TCP/IP為基礎(chǔ)的通信協(xié)定會(huì)取代舊的專(zhuān)用協(xié)定。大部份的市場(chǎng)都已經(jīng)接受了以太網(wǎng)的HMI/遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)，只有一些少數(shù)特殊的應(yīng)用會(huì)因?yàn)橐詭瑸榛A(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)通信特性（如確定性、同步、通信協(xié)定選擇及耐環(huán)境性），無(wú)法使用以太網(wǎng)通信。

許多設(shè)備商已經(jīng)開(kāi)始提供特殊應(yīng)用的遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)，其主站建設(shè)在以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程平臺(tái)上。如此就不用在終端用戶(hù)的設(shè)備上安裝及規(guī)劃系統(tǒng)，而且可以利用以太網(wǎng)技術(shù)、虛擬私人網(wǎng)絡(luò)（VPN）及傳輸層安全中已有的安全特性。相關(guān)的問(wèn)題包括安全性[1]、以太網(wǎng)鏈接的可靠度及延遲時(shí)間，是需要相關(guān)企業(yè)共同來(lái)探討和解決的。

2、應(yīng)用趨勢(shì)

遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)作為生產(chǎn)調(diào)度的核心系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析，管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度模式和配合GIS系統(tǒng)運(yùn)行方面將發(fā)揮更大的作用。

篇3

This paper discussed the tele-transportation and application of the DICOM format medical images on WEB，and provided a new B/S structure mode of two-way tele-consultation between doctors，and expounded the technologies related to tele-consultation，such as PACS and HIS background connection based on HL7 back standard，tele SSL VPN technology，wireless application，lossless compression，multi-points consultation and logical isolation technology of virtual network.This application provides a new practical scheme for breaking through the limitation of intranet of medical service and full use of medical resource.

Key words

WEB；DICOM；PACS；tele-consultation

摘要： 本文探討DICOM格式的PACS圖像在WEB上的遠(yuǎn)程傳輸應(yīng)用，提出一種基于醫(yī)生間的B/S構(gòu)架遠(yuǎn)程雙向會(huì)診模式，并就與遠(yuǎn)程會(huì)診相關(guān)的HIS與PACS的HL7后臺(tái)關(guān)聯(lián)技術(shù)、遠(yuǎn)程SSLVPN技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)、圖像無(wú)損壓縮、多點(diǎn)會(huì)診應(yīng)用以及虛擬網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)等做一闡述。WEB雙向DICOM傳輸?shù)膽?yīng)用，為醫(yī)療信息突破局域網(wǎng)限制、充分利用醫(yī)療資源，提供了一種新型技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞： WEB；DICOM；PACS；遠(yuǎn)程會(huì)診

隨著通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是Internet的普及，WEB網(wǎng)站和IE瀏覽被廣泛采用，使遠(yuǎn)程會(huì)診在技術(shù)層面上有了很大的進(jìn)步。本文論述的雙向WEB模式PACS圖像傳輸技術(shù)，是基于Internet之上、采用B/S模式、IE瀏覽技術(shù)，以DICOM格式圖像在WEB上的遠(yuǎn)程傳輸。本項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，使參與會(huì)診的各方醫(yī)生真正做到雙向信息交流，使溝通討論成為可能，尤其對(duì)距離遙遠(yuǎn)或存在技術(shù)差異的地區(qū)與上級(jí)醫(yī)院專(zhuān)家之間會(huì)診更具實(shí)用價(jià)值。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)思想

國(guó)外遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的研究和應(yīng)用主要集中在:(1)醫(yī)療信息集成與交換協(xié)議(如DICOM3、HL7等)［1］；(2)遠(yuǎn)程醫(yī)療保健信息服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［2］；(3)遠(yuǎn)程醫(yī)療環(huán)境中的智能圖像管理技術(shù)［3］。國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程會(huì)診初期是基于兩地醫(yī)院間的應(yīng)用，由于信息技術(shù)水平及視頻通道等條件所限，會(huì)診病人醫(yī)療信息的數(shù)字化準(zhǔn)備工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，通常要建立專(zhuān)門(mén)的遠(yuǎn)程會(huì)診室，并由管理部門(mén)預(yù)約時(shí)間才能進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的遠(yuǎn)程會(huì)診［4］。

國(guó)內(nèi)有用DICOM網(wǎng)關(guān)在WWW網(wǎng)站上瀏覽PACS圖像的文獻(xiàn)報(bào)道［5］，但這種方式尚存在以下缺陷：(1)通過(guò)WEB獲取的PACS圖像不是DICOM格式，而是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的GIF或JPEG格式，由于這類(lèi)格式圖像不能進(jìn)行窗寬窗位的調(diào)整，達(dá)不到醫(yī)生精確閱片的要求；(2)WEB瀏覽終端不具有上傳DICOM格式圖像的功能，會(huì)診流程是單向的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)基于醫(yī)生間相互溝通而稱(chēng)之為真正意義上的遠(yuǎn)程會(huì)診；(3)WEB使用Windows的IE瀏覽軟件，IE是Internet網(wǎng)上最主要的不安全因素之一，所以通常的WEB遠(yuǎn)程會(huì)診應(yīng)用存在著安全隱患。

雖然IE存在某些缺陷，卻較實(shí)用，其中最主要的原因是使用方便。WEB應(yīng)用是B/S構(gòu)架，客戶(hù)端不需安裝專(zhuān)門(mén)軟件，只要能上網(wǎng)就可使用。醫(yī)療過(guò)程中的很多診斷都依賴(lài)于醫(yī)學(xué)影像學(xué)的診斷結(jié)果［6］，我們認(rèn)為，只要能解決在IE上瀏覽DICOM格式的PACS圖像和信息安全問(wèn)題，那么WEB模式的遠(yuǎn)程會(huì)診就具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2 WEB模式遠(yuǎn)程會(huì)診框架

WEB對(duì)向遠(yuǎn)程會(huì)診，見(jiàn)圖1圖1 WEB雙向遠(yuǎn)程會(huì)診示意圖

2.1 會(huì)診中心 一般指數(shù)字化水平較高的二級(jí)以上醫(yī)院，已經(jīng)建立了HIS、PACS、LIS、CIS等信息系統(tǒng)，并建有1個(gè)會(huì)診用WEB服務(wù)器。

2.2 局域網(wǎng) 會(huì)診中心的各信息系統(tǒng)建在同一個(gè)局域網(wǎng)上，通過(guò)RJ-45網(wǎng)線或WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與中心的會(huì)診專(zhuān)家相連。

2.3 SSL VPN網(wǎng)關(guān) 保證在會(huì)診中心和會(huì)診各方，包括通過(guò)Internet聯(lián)入的會(huì)診雙方或多方之間建立1個(gè)安全的信息通道。

2.4 安全網(wǎng)關(guān) 在會(huì)診中心局域網(wǎng)中建立虛擬網(wǎng)絡(luò)空間，使不同的應(yīng)用在邏輯隔離的空間中獨(dú)立運(yùn)行，某一空間中所有發(fā)生的信息不會(huì)影響到其他空間，從而保證會(huì)診中心的各類(lèi)應(yīng)用互不干擾。

3 WEB遠(yuǎn)程會(huì)診模式的特點(diǎn)

3.1 雙向互動(dòng) （1）下載：從WEB服務(wù)器中將病人的PACS圖像和各種報(bào)告下載到遠(yuǎn)程會(huì)診終端上，供會(huì)診專(zhuān)家參考。這里要求IE具有瀏覽DICOM格式PACS圖像的功能，具有實(shí)時(shí)窗位窗寬調(diào)整、放大縮小、拖移、旋轉(zhuǎn)和測(cè)量CT值、距離、角度、形狀等功能。（2）上傳：從遠(yuǎn)程客戶(hù)端的IE瀏覽器上，將具有DICOM格式的PACS圖像或文字信息上傳到WEB服務(wù)器，以便遠(yuǎn)程會(huì)診專(zhuān)家下載會(huì)診，要求IE具有讀取病人資料功能。

3.2 多點(diǎn)會(huì)診 WEB服務(wù)模式可向多用戶(hù)提供服務(wù)。一個(gè)病人可以通過(guò)WEB系統(tǒng)由多位專(zhuān)家參與會(huì)診；同樣，一位專(zhuān)家也可通過(guò)WEB為多個(gè)病人提供會(huì)診服務(wù)。從而建立一個(gè)基于醫(yī)患間靈活方便、多點(diǎn)互動(dòng)的遠(yuǎn)程會(huì)診平臺(tái)。

4 技術(shù)方案

4.1 WEB服務(wù)器 為保證安全性和高效率，會(huì)診中心的HIS和PACS為相互獨(dú)立的系統(tǒng)，各有自己的數(shù)據(jù)庫(kù)。WEB服務(wù)器具有分別針對(duì)PACS和HIS的接口軟件，將PACS圖像等關(guān)聯(lián)信息（STIDU_INSTANCE_UID）按照標(biāo)準(zhǔn)的信息交換HL7方式，組織成XML文檔提交給HIS系統(tǒng)。同時(shí)，當(dāng)HIS系統(tǒng)根據(jù)病人ID請(qǐng)求訪問(wèn)PACS時(shí)，完成相關(guān)病人的PACS圖像的下載和顯示。這樣，會(huì)診中心醫(yī)生就可以方便地在HIS系統(tǒng)環(huán)境中獲取病人的PACS資料，直接關(guān)聯(lián)到WEB會(huì)診的窗口，向遠(yuǎn)程的專(zhuān)家提供接入會(huì)診的條件。

4.2 專(zhuān)用控件 為保證會(huì)診專(zhuān)家在IE上看到PACS圖像是DICOM格式，我們開(kāi)發(fā)了具有處理DICOM圖像功能的OCX控件。當(dāng)會(huì)診專(zhuān)家通過(guò)SSL VPN首次接入WEB會(huì)診系統(tǒng)時(shí)，IE會(huì)自動(dòng)下載這個(gè)OCX控件，并插入IE瀏覽器。以后再次進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診，就可直接下載具有DICOM格式的PACS圖像，并可作各種滿(mǎn)足PACS醫(yī)學(xué)診斷的調(diào)整操作。

4.3 圖像的有損和無(wú)損壓縮 為提高網(wǎng)絡(luò)傳輸和會(huì)診的效率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了通過(guò)小圖標(biāo)關(guān)聯(lián)，提供分布式后臺(tái)下載無(wú)損壓縮的DICOM圖像的方式。在速度相對(duì)較慢的網(wǎng)絡(luò)條件下，首先提供高壓縮比JPG小圖標(biāo)，單幅容量約30K左右，而同樣的原始DICOM圖像在500K～5M之間。用戶(hù)可以首先瀏覽小圖標(biāo)初看圖像，然后再根據(jù)需要選擇下載瀏覽大圖像。對(duì)彩色圖像或者對(duì)精度要求不太高的圖像，可以采用JPG2000有損壓縮，最高壓縮比可達(dá)1∶20甚至更高，但以保證診斷質(zhì)量為前提。通過(guò)類(lèi)似多種處理方式，提高了圖像傳輸速度、降低了網(wǎng)絡(luò)流量，從而保證了在低速帶寬模式下的使用方便性與合理性。

4.4 信道與帶寬 WEB模式的遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)適用4類(lèi)信道和帶寬：有線局域網(wǎng)100M以上帶寬，完全達(dá)到PACS傳輸要求；WIFI無(wú)線局域網(wǎng)54M帶寬，傳輸1幅CT圖像0.3s，CR圖像1.3s；ADSL寬帶網(wǎng)2M帶寬，傳輸1幅CT圖像4s，CR圖像70s；CDMA1X無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：153.6K帶寬，傳輸一幅CT圖像12s，CR圖像260s；CDMA1X信道屬于窄帶，實(shí)驗(yàn)證明CT圖像傳輸速度在會(huì)診可接受的范圍內(nèi)，但目前CR圖像傳輸還不太理想，我們將進(jìn)一步研究解決方法。其他信道，已可以滿(mǎn)足WEB遠(yuǎn)程會(huì)診的要求。

4.5 SSL VPN SSL(secure sockets layer，安全套接層協(xié)議層) VPN(virtual private net，虛擬專(zhuān)用網(wǎng))是最新VPN技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是：(1)移動(dòng)用戶(hù)使用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器，無(wú)需安裝客戶(hù)端程序，便可通過(guò)SSL VPN隧道遠(yuǎn)程接入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)；(2)只需維護(hù)中心節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，客戶(hù)端免維護(hù)，降低了部署和支持費(fèi)用；(3)SSL VPN是基于應(yīng)用層的VPN，在基于WEB的應(yīng)用上更有優(yōu)勢(shì)；(4)提供細(xì)粒度訪問(wèn)控制，即可以對(duì)用戶(hù)的權(quán)限、資源、服務(wù)、文件等控制得更加細(xì)致精確。

4.6 虛擬網(wǎng)絡(luò)邏輯隔離 醫(yī)院信息系統(tǒng)的發(fā)展正趨向多功能性，內(nèi)部應(yīng)用有HIS、PACS、LIS、CIS、OA辦公系統(tǒng)，上Internet瀏覽也是必需的。為保證各應(yīng)用信息系統(tǒng)的安全，我們引用虛擬網(wǎng)絡(luò)概念，將各應(yīng)用空間邏輯隔離（而不采取物理隔離方式），相互之間的信息不可交互，并對(duì)每個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)的終端外設(shè)接口（USB、軟驅(qū)、光驅(qū)等）加以控制，既保障了網(wǎng)絡(luò)安全的可靠性，又減少了投入成本。

5 討論

雙向WEB遠(yuǎn)程會(huì)診模式突破了醫(yī)院局域網(wǎng)限制，醫(yī)生離開(kāi)醫(yī)院后，不分時(shí)間地點(diǎn)，都能隨時(shí)了解住院病人的情況并給予及時(shí)處理，提高了工作效率；用于遠(yuǎn)程會(huì)診，在參與會(huì)診醫(yī)生之間建立起互動(dòng)平臺(tái)，雙向交流意見(jiàn)，有利于對(duì)病情的深入了解和分析；在醫(yī)療條件較差的邊遠(yuǎn)地區(qū)或基層，無(wú)論何時(shí)何地，只要網(wǎng)絡(luò)通暢，就能將影像資料等病人信息迅速傳輸?shù)綍?huì)診專(zhuān)家的電腦上，進(jìn)而得到專(zhuān)家的指導(dǎo)性意見(jiàn)。WEB遠(yuǎn)程會(huì)診模式的推廣應(yīng)用，為解決因技術(shù)力量不平衡帶來(lái)的看病難問(wèn)題，提供了一個(gè)良好的解決方案。

致 謝

本課題為上海市浦東新區(qū)信息化應(yīng)用推進(jìn)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（編號(hào)：PKX2003-23）。

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篇4

1系統(tǒng)整體方案

系統(tǒng)主要研究微控制器、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心三部分組成。傳感器采集到數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換以及相關(guān)處理后發(fā)送到STM32微控制器，STM32通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRSSIM900A模塊，GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心之間一般可通過(guò)HTTP協(xié)議建立數(shù)據(jù)連接。將數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS空中接口接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并由移動(dòng)通信連接到網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)到達(dá)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心接受數(shù)據(jù)將其分類(lèi)整理儲(chǔ)存等。

2STM32芯片特性

意法半導(dǎo)體推出的STM32系列32位微控制器基于ARMCortex-M3內(nèi)核，包括提升性能的同時(shí)又提高了代碼密度的Thumb-2指令集、大幅度提高的中斷響應(yīng)，而且所有新功能都具有非常低的功耗水平。Cortex-M3處理器在高性能內(nèi)核基礎(chǔ)上，集成了多種系統(tǒng)外設(shè)，可以滿(mǎn)足不同應(yīng)用對(duì)成本和性能的要求。處理器是全部可綜合、高度可定制的（包括物理中斷、系統(tǒng)調(diào)試等）。處理器內(nèi)核是ARMv7-M架構(gòu)的。Cortex-M3內(nèi)核是建立在一個(gè)高性能哈佛結(jié)構(gòu)的三級(jí)流水線基礎(chǔ)上的，可滿(mǎn)足事件驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用需求。STM32的優(yōu)勢(shì)是低功耗、高性能，程序在不同核之間的兼容性很好。基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32芯片比其他ARM系列芯片運(yùn)行速度更快，性能也得到很大提高[2]。

2.1STM32最小系統(tǒng)

2.1.1電源控制電路

基于主控制器STM32F103RCT6的最小系統(tǒng)硬件電路包括電源電路、復(fù)位電路、晶振電路接口電路等。STM32處理器工作電壓為2.0~3.6V，常用3.3V。通過(guò)內(nèi)置的電壓調(diào)節(jié)器為內(nèi)核、內(nèi)存和片上外設(shè)提供所需的1.8V電源。為了提高轉(zhuǎn)換的精度，ADC使用一個(gè)獨(dú)立的電源供電，過(guò)濾和屏蔽一些外部干擾。ADC的電源引腳為VDDA，獨(dú)立的電源地VSSA當(dāng)主電源VDD掉電后，可通過(guò)VBAT腳為實(shí)時(shí)時(shí)鐘和備份寄存器提供電源，切換VBAT供電由復(fù)位模塊中的掉電復(fù)位功能控制。

3STM32與SIM900A通訊鏈接方式

MAX232是TTL—RS232電平轉(zhuǎn)換的典型芯片，按照芯片的推薦電路，取振蕩電容為uF的時(shí)候，若輸入為5V，輸出可以達(dá)到-14V左右，輸入為0V，輸出可以達(dá)到14V，在扇出電流為20mA的時(shí)候，處處電壓可以穩(wěn)定在12V和-12V。因此，在功耗不是很大的情況下，可以將MAX232的輸出信號(hào)經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源使用。RS232串口通信分配連接在USART2上，由PA2和PA3連接MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片，以DB9針形座輸出MAXA3232串口電路圖2所示。

3.1SIM900A模塊

SIM900A是ALIENTEK推出的一款高性能工業(yè)級(jí)GSM/GPRS模塊。SIM900A模塊板載是工業(yè)級(jí)GSM/GPRS模塊：SIM900A，工作頻段雙頻：900/1800Mhz，SIM900A模塊支持RS232串口，并帶硬件流控制，支持5~24V的超寬工作范圍，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸[3]。GPRS模塊采用內(nèi)置HTTP協(xié)議的SIM900A作為數(shù)據(jù)傳輸工具，從而保證數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和可靠性，而且非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用。SIM900A模塊的功能特性如表1所示。

3.2GPRS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在GSM網(wǎng)絡(luò)中，GPRS首先引入了分組交換的傳輸模式，使得原有的采用電路交換模式的GSM傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生了根本變換，這在一定程度上解決了無(wú)限資源稀缺的問(wèn)題。用戶(hù)只有充分利用這些空隙，才能充分利用無(wú)線資源，從而提高信道利用率[4]。傳輸速率高，GPRS可提供高達(dá)115Kbit•s-1的數(shù)據(jù)傳輸速率。這意味著通過(guò)便攜式電腦GPRS用戶(hù)將可以獲得和ISDN用戶(hù)一樣的快速上網(wǎng)瀏覽，使快速網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可以隨時(shí)隨地。接入時(shí)間短，分組交換接入時(shí)間小于1秒，能提供快速即時(shí)的連接?？梢源蠓忍岣咭恍┦挛锏男剩⑹宫F(xiàn)有的Internet操作更加方便、快捷、流暢。GPRS支持Internet上應(yīng)用最廣泛的IP協(xié)議和X.25協(xié)議。支持X.25協(xié)議可使已經(jīng)存在的X.25應(yīng)用能夠在GSM網(wǎng)絡(luò)上繼續(xù)使用。而且由于GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，所以使得GPRS能夠提供Internet和其他分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無(wú)線接入[6]。

3.3GPRSHTTP服務(wù)實(shí)現(xiàn)步驟

在本系統(tǒng)中，利用STM32串口2發(fā)送AT指令對(duì)SIM900A無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。首先通過(guò)串口2與SIM900A串口相連接。啟動(dòng)STM32的GPRS通信工作狀態(tài)，串口波特率-9600，相應(yīng)的AT命令控制GSM模塊工作，詳見(jiàn)下圖5串口子程序流程圖。AT+SAPBR=3，1“，Contype”“，GPRS”；//配置承載AT+SAPBR=3，1，“APN”，“CMNET”；//配置GPRS參數(shù)AT+SAPBR=1，1；//打開(kāi)承載AT+SAPBR=2，1；//請(qǐng)求承載AT+HTTPINIT；//初始化HTTP協(xié)議AT+HTTPPARA=“CID”，1；//測(cè)試HTTP設(shè)置值A(chǔ)T+HTTPPARA=“URL”，“/get.php?data=%d%d.%d”//域名訪問(wèn)，提交數(shù)據(jù)AT+HTTPACTION=0；//HTTP激活方式：GET，上傳數(shù)據(jù)由圖3可見(jiàn)，該SIM900A系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了GPRSHTTP服務(wù)功能。我們通過(guò)該SIM900A系統(tǒng)向云服務(wù)器提交了傳感器采集的機(jī)車(chē)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3.4系統(tǒng)通信方式與優(yōu)勢(shì)

機(jī)車(chē)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通過(guò)GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)模塊發(fā)送到云服務(wù)器處理存儲(chǔ)。服務(wù)器具有固定的IP，所以終端查詢(xún)客戶(hù)端可以在任何一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)。服務(wù)器提供面向連接、可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)送應(yīng)答機(jī)制，數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)、無(wú)重復(fù)的發(fā)送，且按發(fā)送順序接收，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)本身就是可靠鏈路傳輸，提供一個(gè)實(shí)時(shí)的雙向的傳輸通道，能很好的滿(mǎn)足傳輸?shù)囊?。該方案使用范圍廣，費(fèi)用低廉，穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)來(lái)滿(mǎn)足數(shù)據(jù)的傳輸[5]。

4系統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)

4.1數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)主要包括網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送和數(shù)據(jù)庫(kù)的管理及對(duì)傳輸終端的控制。在硬件啟動(dòng)之后，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)調(diào)度，主要包括：初始化、參數(shù)配置、建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、斷開(kāi)連接五個(gè)組成部分。如圖4所示，應(yīng)用程序流程圖。其中對(duì)通信配置主要步驟概括如下：（1）將GPRS模塊的串口線與RAM的串口相連。（2）在調(diào)制解調(diào)器屬性中輸入AT命令，控制GPRS模塊，完成系統(tǒng)的啟動(dòng)，獲得GPRS內(nèi)部固定的IP地址。（3）在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器上重新建立一個(gè)新的撥號(hào)連接，并將之設(shè)為斷線重?fù)苣Ｊ?。?）成功登錄GPRS網(wǎng)絡(luò)之后，采用HTTP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)一步降低編程工作量并同時(shí)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.2終端界面

設(shè)計(jì)的終端經(jīng)過(guò)機(jī)車(chē)開(kāi)始工作后，通過(guò)傳感器采集到的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)機(jī)車(chē)田間的工作狀態(tài)、溫度、油耗等，在數(shù)據(jù)中心的界面進(jìn)行監(jiān)測(cè)[6-7]。如圖5所示對(duì)溫度測(cè)試。GSM模塊定時(shí)發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)，將作業(yè)狀態(tài)、作業(yè)速度、地理位置信息實(shí)時(shí)上傳給數(shù)據(jù)中心。機(jī)車(chē)工作中勻速行駛，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集以定時(shí)采集的模式向遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心上傳數(shù)據(jù)，時(shí)間間隔設(shè)定值最小為20s，最大達(dá)到24小時(shí)。這樣作業(yè)時(shí)間間隔與實(shí)時(shí)間隔一致，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性好，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。機(jī)車(chē)作業(yè)過(guò)程中，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心通過(guò)讀取數(shù)據(jù)采集器發(fā)送的地理位置信息，實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)車(chē)進(jìn)行作業(yè)軌跡的動(dòng)態(tài)跟隨（如圖6所示）。

5結(jié)論

篇5

【關(guān)鍵詞】WITSML；隨鉆測(cè)井；分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

A Type of WITSML Based Teletransmission System of LWD Operating Data

DENG Xiao-qing LU Hua-tao YIN Bo

（China Oilfield Service Ltd，Sanhe Hebei 065201，China）

【Abstract】The Drilog LWD System， which was developed by COSL and applied successfully in oilfield， has realized the function of realtime teletransmission of LWD operating data from wellsite to the base. This paper has stated the design and implement of a type of WITSML based teletransmission system of LWD operating data.

【Key words】WITSML； LWD； Distribute System； Design

0 引言

在油田開(kāi)發(fā)作業(yè)中，要將作業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦净氐姆?wù)器上，供專(zhuān)家和管理者實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供決策支持。由BP和Statoil發(fā)起，并與Baker Hughes，Halliburton/Landmark以及Schlumberger等主要油田服務(wù)公司合作，發(fā)展形成了WITSML（Wellsite Information Transfer Standard Mark-up Language 井場(chǎng)信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記語(yǔ)言）協(xié)議[1]。

由中海油服自主研發(fā)的隨鉆測(cè)井系統(tǒng)Drilog 進(jìn)入了商業(yè)化海上作業(yè)階段。隨鉆作業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸功能也納入到了該系統(tǒng)的IDEAS隨鉆測(cè)井地面系統(tǒng)軟件之中，并在現(xiàn)場(chǎng)得到運(yùn)用。

1 系統(tǒng)功能與組成

Drilog系統(tǒng)在作業(yè)中，基于WITSML的隨鉆作業(yè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將作業(yè)數(shù)據(jù)，包括井場(chǎng)信息、鉆井?dāng)?shù)據(jù)、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)從IDEAS系統(tǒng)提取出來(lái)轉(zhuǎn)化為WITSML格式數(shù)據(jù)，然后以SOAP協(xié)議[3]發(fā)送到基地的作業(yè)信息服務(wù)器。服務(wù)器按照WITSML協(xié)議將數(shù)據(jù)保存并提供訪問(wèn)接口?；丶夹g(shù)支持和專(zhuān)家們通過(guò)Web客戶(hù)端，實(shí)時(shí)訪問(wèn)最新或者歷史數(shù)據(jù)，監(jiān)控油田開(kāi)發(fā)，提供決策支持。

根據(jù)以上場(chǎng)景描述，我們將系統(tǒng)劃分為三個(gè)部分：發(fā)送終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器和Web瀏覽服務(wù)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 發(fā)送終端

發(fā)送終端WitsmlSender運(yùn)行于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。主要功能為提取地面系統(tǒng)數(shù)據(jù)或第三方WITSML文件，按照WITSML格式發(fā)送。

技術(shù)方案上，WitsmlSender程序采用.Net平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用輕型開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite作為緩存數(shù)據(jù)庫(kù)。使用WITSML標(biāo)準(zhǔn)制定方官網(wǎng)提供的開(kāi)發(fā)者工具包組件DevKit作為格式轉(zhuǎn)換的主要工具。程序主要分為：界面顯示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層。界面顯示層主要負(fù)責(zé)程序界面的顯示及交互，業(yè)務(wù)邏輯層主要負(fù)責(zé)基本數(shù)據(jù)及操作邏輯的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層主要負(fù)責(zé)底層數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。WitsmlSender程序的主界面如圖2所示：

WitsmlSender由8個(gè)庫(kù)模塊和2個(gè)第三方庫(kù)組成。部分為WITSML標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)官方提供的封裝了WITSML協(xié)議的通信以及WITSML對(duì)象的序列化、反序列化操作的類(lèi)庫(kù)。

3 數(shù)據(jù)服務(wù)器

數(shù)據(jù)服務(wù)器提供WITSML數(shù)據(jù)讀寫(xiě)接口服務(wù)。WITSML服務(wù)器以Web Service的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。根據(jù)WITSML標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，需實(shí)現(xiàn)以下公共接口[4]：WMLS_AddToStore、

aseMsg、WMLS_GetCap、WMLS_GetFromStore、WMLS_GetVersion、WM-

LS_UpdateInStore。在實(shí)現(xiàn)接口的過(guò)程中，涉及到WITSML文件的解析、WITSML與數(shù)據(jù)對(duì)象的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能[5]。

數(shù)據(jù)服務(wù)器程序用.Net平臺(tái)開(kāi)發(fā)。以SQL Server作底層數(shù)據(jù)庫(kù)。主要設(shè)計(jì)層次為：公共接口層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層。公共接口層主要負(fù)責(zé)WITSML標(biāo)準(zhǔn)接口的實(shí)現(xiàn)和公開(kāi)；業(yè)務(wù)邏輯層主要負(fù)責(zé)基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及邏輯的實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)訪問(wèn)層主要負(fù)責(zé)底層數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能為實(shí)現(xiàn)WITSML的標(biāo)準(zhǔn)接口，主要為WITSML對(duì)象的表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。其中：井表（Well）：用于存儲(chǔ)井相關(guān)數(shù)據(jù)。井筒表（WellBore）：用于存儲(chǔ)井筒相關(guān)數(shù)據(jù)。測(cè)井表（WellLog）：用于存儲(chǔ)測(cè)井相關(guān)數(shù)據(jù)。測(cè)井曲線表（WellLogCurve）：用于存儲(chǔ)測(cè)井曲線相關(guān)數(shù)據(jù)。公共數(shù)據(jù)表（CommonData）：用于存儲(chǔ)公共數(shù)據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)。

4 數(shù)據(jù)瀏覽服務(wù)

數(shù)據(jù)瀏覽服務(wù)將WITSML格式的數(shù)據(jù)綁定到網(wǎng)頁(yè)中進(jìn)行曲線、儀表等多種形式的展示，并為用戶(hù)提供多種顯示方案。同時(shí)提供用戶(hù)瀏覽權(quán)限管理。

瀏覽服務(wù)程序是按照Browser/Server客戶(hù)端設(shè)計(jì)模式，使用ASP開(kāi)發(fā)。為了達(dá)到理想效果，曲線和儀表樣式都通過(guò)第三方控件來(lái)實(shí)現(xiàn)。測(cè)井曲線等復(fù)雜控件則是以SVG（Scalable Vector Graphics）[6]格式繪制，需要8.0及以上版本IE瀏覽器支持。數(shù)據(jù)模板是用XML文件靈活配置。數(shù)據(jù)顯示區(qū)域頁(yè)面圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)顯示頁(yè)面

用戶(hù)權(quán)限控制由用戶(hù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)支持。用戶(hù)信息庫(kù)與隨鉆作業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)是隔離的。這樣既保證了作業(yè)數(shù)據(jù)的安全性，也達(dá)到低耦合的設(shè)計(jì)原則。用戶(hù)管理、權(quán)限分配、數(shù)據(jù)顯示模板分配頁(yè)面只有管理員用戶(hù)才能看到。

5 總結(jié)

這種隨鉆作業(yè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，利用分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)了隨鉆作業(yè)數(shù)據(jù)從專(zhuān)用模式，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了WITSML格式的隨鉆作業(yè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程瀏覽，為實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向決策等服務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)完成后，已隨Drilog隨鉆測(cè)井系統(tǒng)在渤海油田累計(jì)完成了29井次的海上油田生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)。系統(tǒng)的穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性都得到了驗(yàn)證。

【參考文獻(xiàn)】

[1]M.A Kirkman， SPE，BP； M.E Symmonds， SPE， Schlumberger等，Wellsite Information Transfer Standard Mark-up Language， WITSML， an Update（SPE 84066）.

[2]王智明，尚捷，菅志軍，等.SPOTE 隨鉆測(cè)井系統(tǒng)的試驗(yàn)研究[J].承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2012，14（3）：25-30.

[3]D Box. Simple Objext Access Protocol（SOAP） I.1.World Wide Web Consortium （W3C）[EB/OL].http：///TR/SOAP 2000.

[4]Web Services 安全規(guī)范[EB/OL]. http：///developerworks/library/ws-secure/ 2002.

篇6

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)傳輸；VB6.0；Winsock控件；協(xié)議

在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的方法有2 種：一是采用RS-485進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；二是通過(guò)調(diào)制解調(diào)器進(jìn)入電話線來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，然而這2 種方法都有自己的缺點(diǎn)。這樣一來(lái)就限制了它們的應(yīng)用范圍。

本文介紹了在VB6.0中利用Winsock控件來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端與遠(yuǎn)程客戶(hù)端建立連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?/p>

一、基于Winsock控件的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸

（一） Winsock控件簡(jiǎn)介

Microsoft提供的Winsock控件，是ActiveX控件的一種。在VB中可以將其添加到工具箱中以便使用。在程序運(yùn)行時(shí)，Winsock控件是不可見(jiàn)的，但通過(guò)對(duì)其屬性、方法、事件的設(shè)置及應(yīng)用可輕松地實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)間的遠(yuǎn)程連接，該控件為用戶(hù)提供了訪問(wèn)TCP和UDP網(wǎng)絡(luò)及其方便的途徑，不需要了解低級(jí)Winsock API調(diào)用實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。VB的Winsock控件內(nèi)部幾乎封裝了所有的Internet協(xié)議，以類(lèi)的形式提供了屬性、方法、事件，使得程序得到了極大的簡(jiǎn)化。

Winsock控件的常用屬性如表1。

（二）傳輸協(xié)議

在使用Winsock控件時(shí)，首先要考慮使用什么通信協(xié)議?？晒┻x擇的協(xié)議有傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP），都是位于傳輸層的協(xié)議、使用端口號(hào)來(lái)識(shí)別應(yīng)用程序，區(qū)別在于連接的狀態(tài)。TCP協(xié)議是一個(gè)基于連接的協(xié)議，在收發(fā)數(shù)據(jù)前必須建立連接，并且該連接可靠性強(qiáng)，使數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)地傳輸，適合有確認(rèn)信息的、重要的、數(shù)據(jù)量大（如聲音和圖像）的文件。UDP協(xié)議是不與對(duì)方建立連接而是直接就把數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送過(guò)去。傳輸速度較快也較便宜，適用于少量數(shù)據(jù)傳送、可靠性

要求不高的文件傳輸。本文中均選用TCP協(xié)議。

（三）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1、遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)軟件流程

軟件在Visual Basic環(huán)境下開(kāi)發(fā)，利用Winsock控件完成客戶(hù)端與服務(wù)器端的相互通訊。

創(chuàng)建客戶(hù)端程序時(shí)，必須知道服務(wù)器端的IP地址（RemoteHost屬性）和服務(wù)器“偵聽(tīng)”的端口（RemotePort 屬性）然后調(diào)用 Connect 方法請(qǐng)求與服務(wù)器連接。

創(chuàng)建服務(wù)器端程序時(shí)，必須設(shè)置一個(gè)收聽(tīng)端口（LocalPort屬性）并調(diào)用Listen方法偵聽(tīng)端口，本論文中使用的IP地址為202.205.84.222，使用的端口號(hào)為2020。當(dāng)客戶(hù)端請(qǐng)求連接時(shí)就會(huì)發(fā)生ConnectionRequest事件。為了完成連接，可調(diào)用ConnectionRequest事件內(nèi)的Accept方法與客戶(hù)端進(jìn)行連接。

連接建立后，雙方就可以相互收發(fā)數(shù)據(jù)。通過(guò)調(diào)用 SendData方法完成數(shù)據(jù)發(fā)送。接收數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)觸發(fā)DataArrival事件，調(diào)用DataArrival事件內(nèi)的 GetData方法獲取數(shù)據(jù)。

2、服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)

（1）服務(wù)器端窗體加載事件

利用Private Sub Form_Load（）加載，并且設(shè)置本地

端口，打開(kāi)偵聽(tīng)，獲取并顯示本地狀態(tài)信息。

（2）與客戶(hù)端的連接

客戶(hù)端發(fā)出連接請(qǐng)求時(shí)，觸發(fā)ConnectionRequest事件，并調(diào)用Accept方法完成連接。如果本地有連接，則斷開(kāi)，因?yàn)椴荒芡瑫r(shí)接受兩組數(shù)據(jù)

（3）建立連接

利用socks.Accept requestID接收當(dāng)前連接，并顯示遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)名、客戶(hù)端IP及遠(yuǎn)程端口名稱(chēng)等遠(yuǎn)程狀態(tài)信息。

（4） 接收數(shù)據(jù)

當(dāng)客戶(hù)端發(fā)送的數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，觸發(fā)DataArrival事件，并調(diào)用GetData方法獲取數(shù)據(jù)

（5）確認(rèn)信息

當(dāng)客戶(hù)端數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，觸發(fā)SendComplete事件，服務(wù)器端會(huì)將發(fā)送的內(nèi)容回發(fā)作為接收到數(shù)據(jù)的確認(rèn)信息。

1、客戶(hù)端程序設(shè)計(jì)

（1）客戶(hù)端窗體加載事件

利用Private Sub Form_Load（）加載，并且指定欲建立連接的服務(wù)器IP及端口名稱(chēng)，并隨時(shí)偵測(cè)連接是否成功。

（2）客戶(hù)端向服務(wù)器端發(fā)送連接請(qǐng)求

利用Private Sub sockcl_Connect（）進(jìn)行偵測(cè)，一旦成功連接，便向服務(wù)器發(fā)送客戶(hù)端數(shù)據(jù)。

（3）服務(wù)器接收客戶(hù)端發(fā)送的數(shù)據(jù)

當(dāng)客戶(hù)端端發(fā)送的數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，觸發(fā)DataArrival事件，并調(diào)用GetData方法獲取數(shù)據(jù)。

（4）確認(rèn)信息

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

（一）實(shí)驗(yàn)環(huán)境描述

實(shí)驗(yàn)中的客戶(hù)端是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用單片機(jī)作為主控制芯片，利用各種傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)中。單片機(jī)通過(guò)串口與GPRS模塊連接，實(shí)現(xiàn)與移動(dòng)網(wǎng)的連接，再與Internet連接。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)只采用8路差分模擬輸入的3路――AI 6、AI 7、AI 8，因?yàn)榇嬖诟蓴_，固前5路的數(shù)值還有一些誤差。顯示的數(shù)值不表示實(shí)際溫度、濕度值，需經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較，證實(shí)該方法傳輸數(shù)據(jù)的可

靠性。程序和整個(gè)系統(tǒng)均有待改進(jìn)。

三、結(jié)束語(yǔ)

Winsock是編制各種C/S程序的利器，不僅很好地解決了分散的溫度、濕度遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并能有效可靠地進(jìn)行傳輸，還能開(kāi)發(fā)聊天程序、搶答系統(tǒng)[9]等。算法具有簡(jiǎn)單性，且易實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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篇7

引 言

每一個(gè)油田都擁有眾多的油氣井, 并且分布在山川曠野里，油氣井的管理方式多為由人工每日值守，定時(shí)檢查設(shè)備運(yùn)行情況，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。這種方式增加了用工人數(shù)，加大了護(hù)井工勞動(dòng)強(qiáng)度，最重要的是影響對(duì)設(shè)備的監(jiān)控。當(dāng)抽油機(jī)、電泵出現(xiàn)微小故障時(shí)，往往很難被人工及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而得不到有效地防護(hù)與控制［9］。

為了能有效地發(fā)現(xiàn)油井、地層、油藏的變化，可用油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng),通過(guò)在抽油機(jī)上安裝位移傳感器和載荷傳感器，檢測(cè)抽油機(jī)的工況，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)抽油機(jī)工作參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并報(bào)警，及時(shí)維護(hù)。本文提出了一種基于rtu的油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸層設(shè)計(jì)方案，并將該方案用于實(shí)際的井場(chǎng)應(yīng)用中。

1 油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)總體架構(gòu)

油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示，整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的組網(wǎng)架構(gòu)分為現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)、企業(yè)信息網(wǎng)兩大部分。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎梅謱有切屯負(fù)?，是為了在中央測(cè)控室的中央測(cè)控服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)的各個(gè)測(cè)控服務(wù)器的測(cè)控對(duì)象之間建立更有效的連接方式。每個(gè)測(cè)控分站設(shè)測(cè)控服務(wù)器，實(shí)時(shí)發(fā)送或讀取的井場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)先經(jīng)測(cè)控服務(wù)器處理后再并行傳輸?shù)街醒霚y(cè)控服務(wù)器，這樣既讓等級(jí)高的設(shè)備預(yù)警信號(hào)得到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的及時(shí)響應(yīng)，又減輕了中央測(cè)控服務(wù)器處理數(shù)據(jù)的壓力。web服務(wù)器與中央測(cè)控服務(wù)器通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接，這種連接方式使web服務(wù)器面向的對(duì)象是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，有利于web服務(wù)器在處理管理用戶(hù)的指令時(shí)與中央監(jiān)控服務(wù)器保持一定的時(shí)差，避免了相互動(dòng)作間的沖突［2］。而所有這些數(shù)據(jù)來(lái)自于測(cè)控服務(wù)器通過(guò)井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與傳輸層得到的。it目前最常見(jiàn)的數(shù)據(jù)采集與傳輸層的工作方式有圖1所示的兩種情況。其中井場(chǎng)1針對(duì)安裝多個(gè)傳感器的油氣井，在每個(gè)油氣井處安裝一個(gè)rtu從站,能夠?qū)υ撚蜌饩膫鞲衅鬟M(jìn)行統(tǒng)一管理，并在每個(gè)井場(chǎng)設(shè)置一個(gè)rtu主站，采用主叫/從響應(yīng)的方式，采集各從站的傳感器數(shù)據(jù)，然后將各從站數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)(測(cè)控服務(wù)器)；井場(chǎng)2針對(duì)安裝幾個(gè)傳感器的油氣井，在每個(gè)井場(chǎng)放置一個(gè)rtu,直接將傳感器的數(shù)據(jù)采集后發(fā)送到上位機(jī)；為了能夠兼容這兩種工作方式，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于rtu的數(shù)據(jù)采集與傳輸層系統(tǒng)軟件。

2 數(shù)據(jù)采集與傳輸層硬件基礎(chǔ)——rtu

有些油氣田由于地理原因，不易鋪設(shè)電纜，本系統(tǒng)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加入無(wú)線通信zigbee模塊,并利用其自組織原理，實(shí)現(xiàn)在井場(chǎng)無(wú)線自組織尋址和數(shù)據(jù)傳輸,可以簡(jiǎn)單、方便地實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，利用這些有效數(shù)據(jù)指導(dǎo)油田油氣生產(chǎn),提高產(chǎn)量,其構(gòu)成一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)回路,改變了油田生產(chǎn)方式［5］。

油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)rtu采用samsung公司的s3c2440a，具有400 mhz的工作頻率，主要控制數(shù)據(jù)流的輸入輸出；采用具有2 mb存儲(chǔ)能力的nor flash (en29lv160ab)存儲(chǔ)程序；用有128 mb存儲(chǔ)能力的nand flash(k9f2g08u0b)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；利用ad轉(zhuǎn)換器ads7952采集8通道12位模擬數(shù)據(jù)；系統(tǒng)環(huán)境溫度由溫度傳感器tmp100獲得；考慮到zigbee模塊的接口以及有線方式下的長(zhǎng)距離傳輸?shù)纫蛩兀瑀tu的串行鏈路口為rs 232及rs 485；為與測(cè)控服務(wù)器pc機(jī)相連，rtu采用dm9000實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)連接；rtu的初始配置信息采用e2prom存儲(chǔ)；rtu內(nèi)還包含隔離電路、控制單元等幾個(gè)部分。rtu的硬件框圖如圖2所示。

3 數(shù)據(jù)采集與傳輸層系統(tǒng)軟件

3.1 數(shù)據(jù)采集與傳輸層通信協(xié)議

modbus通信協(xié)議已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制和通信領(lǐng)域中，通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)通信。modbus網(wǎng)絡(luò)屬于一種主從網(wǎng)絡(luò)，允許一個(gè)主站和一個(gè)或多個(gè)從站通信。它采用命令/應(yīng)答方式，每種命令報(bào)文都對(duì)應(yīng)著一種應(yīng)答報(bào)文。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)從站都必須分配一個(gè)唯一的地址。主站發(fā)出的命令中含有要求訪問(wèn)的從站地址，只有具有該地址的從站才會(huì)對(duì)該命令響應(yīng)。

3.1.1 modbus/rtu通信協(xié)議

rtu主/從站串口通信時(shí)，通常使用的是modbus/rtu傳輸模式。在modbus報(bào)文rtu幀中，如果兩個(gè)字符之間的空閑間隔大于1.5個(gè)字符時(shí)間，那就認(rèn)為報(bào)文幀不完整，此時(shí)接收站應(yīng)該丟棄這個(gè)報(bào)文。時(shí)長(zhǎng)至少為3.5個(gè)字符時(shí)間的空閑間隔將報(bào)文幀區(qū)分。rtu消息幀的典型格式如表1所列。

表1 modbus/rtu消息幀典型格式

地址設(shè)備功能碼數(shù)據(jù)crc校驗(yàn)

8 bits8 bits8n bits16 bits

轉(zhuǎn)貼于

3.1.2 modbus/tcp通信協(xié)議

modbus/tcp是一種應(yīng)用層的協(xié)議，上層為 modbus協(xié)議,下層為 tcp協(xié)議，它規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)節(jié)點(diǎn)間的請(qǐng)求/應(yīng)答的通信方式。幀格式必須嚴(yán)格遵守協(xié)議所規(guī)定的adu(application data unit)格式，才能在以太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。圖3所示即為 modbus/tcp的數(shù)據(jù)幀格式［3］。

mbap報(bào)文頭 (modbus application protocol header)是tcp/ip使用的專(zhuān)用報(bào)文頭，用來(lái)識(shí)別modbus的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元。mbap共有 7個(gè)字節(jié)，其具體組成及含義如表 2所列。

國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)編號(hào)分配管理機(jī)構(gòu)iana(internet assigned numbers authority)專(zhuān)門(mén)為其賦予了一個(gè)tcp端口號(hào)502端口，利用tcp發(fā)送所有的modbus/tcp adu［1］。

3.1.3 modbus/tcp與modbus rtu數(shù)據(jù)幀的區(qū)別

modbus/tcp雖然包括了從站地址、功能碼和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，但是沒(méi)有校驗(yàn)控制碼，這是因?yàn)閙odbus/tcp校驗(yàn)功能已經(jīng)在下面的四層如 tcp/ip協(xié)議和鏈路層的校驗(yàn)機(jī)制得到了保證。

3.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸層系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

油井遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸層主要完成的功能：傳感器數(shù)據(jù)的采集、傳輸和對(duì)繼電器的控制。圖1中提到了兩種常見(jiàn)的工作方式。在井場(chǎng)1中存在rtu主站和從站：主站主要負(fù)責(zé)對(duì)各從站進(jìn)行輪詢(xún)、數(shù)據(jù)打包和向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，從站主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、繼電器的控制和輪詢(xún)命令的響應(yīng)，主從站之間的通信使用的是modbus/rtu。在井場(chǎng)2中只存在一個(gè)rtu，主要完成數(shù)據(jù)的采集、繼電器的控制和向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，通信使用的是modbus/tcp。在數(shù)據(jù)采集與傳輸層的工作過(guò)程中，考慮到系統(tǒng)的兼容性，對(duì)rtu軟件設(shè)計(jì)提出了可配置的要求，不需要重新下載程序，只需要使用系統(tǒng)配置軟件就可選擇不同的工作方式和通信方式，這就保證了系統(tǒng)的可操作性和兼容性，系統(tǒng)的適應(yīng)性大大加強(qiáng)。

在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，考慮到串行通信速度較慢的特點(diǎn)，采用多線程技術(shù)，故引入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μc/os_ii，將modbus/rtu通信、modbus/tcp通信等放在單獨(dú)的線程中進(jìn)行，而數(shù)據(jù)采集和控制等則采用另外的線程實(shí)現(xiàn)。

3.2.1 μc/os_ii的移植

μc/os_ii是可移植、可剪裁的搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，適用于工業(yè)控制中的實(shí)時(shí)監(jiān)控。本系統(tǒng)成功地將實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μc/os_ii移植到s3c2440a微處理器上，并實(shí)現(xiàn)了modbus通信協(xié)議。

μc/os_ii可以管理64個(gè)任務(wù)，具有信號(hào)量、互斥信號(hào)量、消息隊(duì)列、任務(wù)管理、時(shí)間管理和內(nèi)存塊管理等系統(tǒng)功能。μc/os_ii的移植主要包括三部分代碼：μc/os_ii核心代碼、μc/os_ii配置代碼、μc/os_ii移植代碼。其中μc/os_ii移植代碼包括1個(gè)匯編文件、1個(gè)c程序文件和1個(gè)頭文件。這部分代碼與微處理器相關(guān)，是移植的關(guān)鍵［6］。

3.2.2 modbus通信的實(shí)現(xiàn)

rtu與上位機(jī)使用modbus/tcp進(jìn)行以太網(wǎng)通信時(shí)，需不斷接收上位機(jī)發(fā)送的查詢(xún)命令，處于服務(wù)器(從站)狀態(tài)。rtu在使用modbus/rtu進(jìn)行串口通信時(shí)，需單獨(dú)完成主從站功能。在實(shí)際應(yīng)用中，不存在modbus/tcp和modbus/rtu的從站并存在同一rtu的情況，因而在程序編寫(xiě)過(guò)程中，modbus/tcp和modbus/rtu的從站使用同一個(gè)modbus從站庫(kù)，但對(duì)其幀頭的處理略有不同。以下分別講述modbus/tcp服務(wù)器(從站)在tcp/ip協(xié)議棧上的實(shí)現(xiàn)以及modbus/rtu主站在串口通信上的實(shí)現(xiàn)。

(1) modbus/tcp通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)

由于操作系統(tǒng)μc/os_ii本身沒(méi)有tcp/ip協(xié)議棧，故先移植嵌入tcp/ip協(xié)議棧，再編寫(xiě)modbus/tcp服務(wù)器(從站)程序。在μc/os_ii下嵌入了tcp/ip協(xié)議棧后就監(jiān)聽(tīng)tcp502端口的連接請(qǐng)求，只有在與客戶(hù)機(jī)建立了連接之后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。服務(wù)器端在收到客戶(hù)機(jī)的請(qǐng)求之后，會(huì)確認(rèn)和客戶(hù)機(jī)的連接，同時(shí)接收并分析客戶(hù)機(jī)的請(qǐng)求報(bào)文。如果 mbap報(bào)文頭正確，則讀完所有的報(bào)文，只有協(xié)議類(lèi)型值為0x00時(shí)才對(duì)請(qǐng)求幀進(jìn)行下一步操作，否則直接丟棄報(bào)文。接著分析 pdu中的功能代碼，不同的功能對(duì)參數(shù)要求也不同，最后根據(jù)數(shù)據(jù)域中的參數(shù)規(guī)定，執(zhí)行相應(yīng)的操作。若有錯(cuò)誤出現(xiàn)，直接丟棄報(bào)文，仍繼續(xù)處理 pdu的數(shù)據(jù)顯得不必要，影響實(shí)時(shí)性。根據(jù)對(duì)客戶(hù)端請(qǐng)求報(bào)文的分析處理，有兩種響應(yīng)結(jié)果，一種是正常的響應(yīng)報(bào)文，另一種是異常響應(yīng)報(bào)文，即返回的是錯(cuò)誤信息。其modbus/tcp的從站通信流程如圖4所示。

圖4 modbus/tcp服務(wù)器(從站)設(shè)計(jì)流程圖

(2) modbus/rtu通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)

modbus主站需要處理發(fā)送請(qǐng)求幀、等待應(yīng)答、處理應(yīng)答、處理差錯(cuò)和等待轉(zhuǎn)換延時(shí)等事件。其主站設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

modbus/rtu報(bào)文幀是否完整和幀與幀之間的區(qū)分可以通過(guò)空閑間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這需要使用定時(shí)器完成1.5個(gè)字符和3.5個(gè)字符的定時(shí)，并在定時(shí)到后，進(jìn)入接收處理函數(shù)，然后實(shí)現(xiàn)adu數(shù)據(jù)到pdu數(shù)據(jù)的處理。

3.2.3 系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化操作，主要包括設(shè)置串口、定時(shí)器等內(nèi)容，并讀取eeprom中的配置信轉(zhuǎn)貼于

息，對(duì)rtu進(jìn)行配置，包括主從工作模式選擇、ip地址設(shè)置、輪詢(xún)的通信方式選擇、傳感器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、繼電器輸出狀態(tài)等。若處于主站狀態(tài)，還可以獲取從站配置信息并配置從站，配置成功后，主站開(kāi)始對(duì)各從站進(jìn)行掃描，并對(duì)從站報(bào)文進(jìn)行處理；每掃描完一個(gè)從站，主站就對(duì)輪詢(xún)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；在掃描從站的同時(shí)，如果主站傳感器和外部繼電器處于開(kāi)狀態(tài)，會(huì)同時(shí)采集模擬通道和數(shù)字通道的數(shù)據(jù)并控制外部繼電器，采集到的數(shù)據(jù)存于相應(yīng)寄存器中，等待上位機(jī)請(qǐng)求命令，按照modbus協(xié)議將相應(yīng)數(shù)據(jù)打包，并上傳到上位機(jī)。若處于從站，采集模擬通道和數(shù)字通道的數(shù)據(jù)并控制外部繼電器，采集到的數(shù)據(jù)存于相應(yīng)寄存器中，并等待rtu主站輪詢(xún)命令，當(dāng)輪詢(xún)到該從站時(shí)，按modbus協(xié)議打包數(shù)據(jù)并發(fā)送到rtu主站。不管該rtu是主站還是從站，其tcp/ip的服務(wù)器程序一直等待系統(tǒng)配置軟件的配置信息，當(dāng)收到配置信息后，將數(shù)據(jù)存入eeprom并復(fù)位系統(tǒng)程序，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

從圖6中可以同時(shí)看到modbus/rtu和modbus/tcp的從站處理函數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，rtu處于modbus/rtu主站時(shí)，其modbus/rtu從站的處理任務(wù)不運(yùn)行，modbus/tcp從站的處理任務(wù)運(yùn)行,該狀態(tài)下rtu可用于圖1中井場(chǎng)1的rtu主站和井場(chǎng)2的rtu兩種情況;處于modbus/rtu從站時(shí)，該狀態(tài)下rtu可用于圖1中井場(chǎng)1的從站情況，以太網(wǎng)服務(wù)器任務(wù)只等待配置信息。

4 測(cè)試

本系統(tǒng)的測(cè)試采用了第三方的modbus測(cè)試工具modbus poll v4.3.3、modbus slave v4.3.1和實(shí)驗(yàn)室自主開(kāi)發(fā)的配置軟件。

4.1 輪詢(xún)測(cè)試

利用系統(tǒng)配置軟件的界面如圖7所示，設(shè)置一個(gè)rtu主站和兩個(gè)rtu從站，在一臺(tái)pc機(jī)上運(yùn)行modbus poll程序，模擬modbus/tcp客戶(hù)機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)與rtu主站相連，rtu主從站之間通過(guò)無(wú)線zigbee模塊(或rs 485模塊)相連。串行通信的波特率設(shè)置為38 400 b/s，無(wú)校驗(yàn)位，停止位為1位。

pc端的modbus/tcp客戶(hù)機(jī)可向rtu主站發(fā)送命令，并讀取存于rtu主站輸入寄存器的從站數(shù)據(jù)。當(dāng)從站的數(shù)字輸入端接高電平(24 v)時(shí)，從modbus poll的對(duì)應(yīng)地址可讀取到1，圖8所示是modbus/tcp客戶(hù)機(jī)接收到的輪詢(xún)數(shù)據(jù)，其中地址500~507為從站1中8通道數(shù)字輸入端對(duì)應(yīng)的狀態(tài)值；地址508~515為從站2中8通道數(shù)字輸入端對(duì)應(yīng)的狀態(tài)值。經(jīng)多次測(cè)量，均正確無(wú)誤。

4.2 控制測(cè)試

pc端模擬的modbus/tcp客戶(hù)機(jī)向rtu的保持寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，rtu會(huì)將對(duì)應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出端口，例如地址100對(duì)應(yīng)數(shù)字輸出端口0，當(dāng)對(duì)地址100置1時(shí)，對(duì)應(yīng)指示燈亮，輸出高電平。

4.3 數(shù)據(jù)采集測(cè)試

轉(zhuǎn)貼于

rtu模擬輸入端0接一定頻率的正弦波，數(shù)字輸入端接高電平信號(hào)，利用modbus poll查詢(xún)r(jià)tu模擬輸入端與數(shù)字輸入端的數(shù)據(jù)。

圖9所示為modbus/tcp客戶(hù)機(jī)所接收到的采集數(shù)據(jù)。

rtu采集到數(shù)字輸入端的脈沖值以及開(kāi)關(guān)狀態(tài)，地址0~7對(duì)應(yīng)相應(yīng)通道的脈沖值，地址8~15對(duì)應(yīng)相應(yīng)通道的開(kāi)關(guān)狀態(tài)值；地址19為rtu板上的溫度傳感器的值，當(dāng)前rtu的溫度是24 ℃；地址20~49為模擬通道0采集到的正弦波信號(hào)，之后為其他通道采集到的ad值，每個(gè)通道的采樣點(diǎn)數(shù)和頻率可調(diào)。

篇8

成型機(jī)的機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化、自動(dòng)化發(fā)展很快.目前,成型設(shè)備已由完備的成型鼓、帶束層貼合鼓、功能齊全的供料架、傳遞環(huán)、壓輥裝置及自動(dòng)的激光指示燈系統(tǒng)組成.在成型過(guò)程中的各種布料及橡膠部件的導(dǎo)開(kāi)、定長(zhǎng)、截?cái)唷⑺皖^、貼合、接頭以及鋼絲圈的輸送就位等工序均由機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化的功能來(lái)執(zhí)行.這些動(dòng)作又通過(guò)各種傳感元件將信號(hào)輸送到PLC,由電腦進(jìn)行控制,用以實(shí)現(xiàn)一定程度的自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程.現(xiàn)在的成型機(jī)每個(gè)鼓擔(dān)負(fù)許多功能,很多工序必須在一個(gè)鼓上完成,這勢(shì)必導(dǎo)致供料架的復(fù)雜化以及聯(lián)動(dòng)動(dòng)作的相互干擾,不利于成型過(guò)程的全自動(dòng)化控制.如果將每個(gè)工序由一個(gè)鼓來(lái)完成,則供料機(jī)構(gòu)也可以分解,這對(duì)全自動(dòng)化技術(shù)的設(shè)計(jì)將帶來(lái)很大方便.

工業(yè)化國(guó)家已投入了大量的人力、物力、財(cái)力對(duì)全自動(dòng)化輪胎成型技術(shù)及設(shè)備進(jìn)行了多年研究,目前有些技術(shù)和成型設(shè)備已經(jīng)具備投產(chǎn)條件,但是他們對(duì)這些技術(shù)都進(jìn)行了嚴(yán)格保密.從一些資料中可以看出目前國(guó)內(nèi)外新技術(shù)具有如下共同點(diǎn):以成型為中心,全面鋪開(kāi)自動(dòng)化操作;采用低溫連續(xù)混煉工藝;撤并部件預(yù)制及停放工序.可見(jiàn),全自動(dòng)化輪胎成型技術(shù)將是最具有發(fā)展前景和最活躍的發(fā)展動(dòng)向[1].

為進(jìn)一步提高輪胎企業(yè)綜合自動(dòng)化水平,使綜合自動(dòng)化技術(shù)深入到輪胎成型各生產(chǎn)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)及時(shí)掌握成型設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況,力求達(dá)到無(wú)人值守,全面提高輪胎生產(chǎn)的管理水平,開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了組合成型生產(chǎn)線綜合數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng).在該系統(tǒng)中,由于移動(dòng)鼓存在移動(dòng)工作特性,其電氣參數(shù)的傳輸需采用無(wú)線收發(fā)方式與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng).隨著通信技術(shù)的發(fā)展,信息的獲取與傳輸方式逐步從有線過(guò)渡到無(wú)線.作為無(wú)線通信方式的一種,無(wú)線數(shù)傳技術(shù)近年來(lái)得到了廣泛關(guān)注及應(yīng)用,相應(yīng)的產(chǎn)品也已滲透到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域,如工業(yè)數(shù)據(jù)采集、無(wú)線抄表、區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)、城市路燈監(jiān)控、水文監(jiān)測(cè)、熱網(wǎng)與氣網(wǎng)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)等[2].在移動(dòng)成型鼓上,通過(guò)連線的方法得到傳感器的信號(hào)顯然有一定難度.采用無(wú)線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳送,可以較好地解決這一問(wèn)題[3].

1新概念成型生產(chǎn)線單元組成

成型生產(chǎn)線是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),系統(tǒng)輸入的是與制造有關(guān)的物料、設(shè)備、工具、能源、人員、制造理論、制造工藝和制造信息等,輸出的是一個(gè)合格的產(chǎn)品[4],新概念組合式成型生產(chǎn)線在模型建立的過(guò)程中考慮系統(tǒng)的可重構(gòu)性,目的在于改進(jìn)系統(tǒng)的內(nèi)部架構(gòu),更加適應(yīng)于市場(chǎng)需求的變化,更好地滿(mǎn)足客戶(hù)的需求,最大限度延長(zhǎng)系統(tǒng)的生命周期,包含可重構(gòu)特性設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可以通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的一次重組來(lái)切換或替換故障單元,起著補(bǔ)充和冗余的作用.組合式生產(chǎn)線具有全自動(dòng)化的因素,在系統(tǒng)發(fā)生故障后,可以通過(guò)故障檢測(cè)和定位采取相應(yīng)的故障處理策略使系統(tǒng)從故障狀態(tài)恢復(fù)到正常工作狀態(tài).組合式可重構(gòu)成型系統(tǒng)連續(xù)工作模擬流程以及內(nèi)部動(dòng)態(tài)重構(gòu)如圖1和圖2所示。

基于上述思想在成型工藝流程中對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分解,如圖3所示,依據(jù)分解環(huán)節(jié)建立組合式生產(chǎn)線模型.組合生產(chǎn)線中移動(dòng)鼓是帶有地面安裝軌道的傳遞式設(shè)備,圍繞輪胎成型生產(chǎn)線可配置一些不同部件的供料裝置,例如:帶束層供料裝置;冠帶層供料裝置;供胎面裝置;胎體供料裝置;壓合裝置.所有這些設(shè)備和供料裝置可組成一個(gè)完整的組合輪胎成型生產(chǎn)線.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所要達(dá)到的第一個(gè)目的是減少人工操作的含量,這不僅僅為了增加生產(chǎn)能力,也是為了改善重構(gòu)性.組合輪胎成型生產(chǎn)線是高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線,人工操作含量被減到最小,具有高生產(chǎn)能力.帶束層自動(dòng)供料裝置設(shè)計(jì)成具有自動(dòng)測(cè)量(沒(méi)有變形),定長(zhǎng)切割,精確導(dǎo)向定位功能等單元,包括:①主機(jī)架結(jié)合件,上面裝有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)滾道輸送裝置,同時(shí)每個(gè)輸送裝置的頂部有帶束層裁斷系統(tǒng);②兩個(gè)導(dǎo)開(kāi)工位,用標(biāo)準(zhǔn)的或定做的卷軸;③帶束層裁斷系統(tǒng);④帶束層導(dǎo)向?qū)χ邢到y(tǒng),可實(shí)現(xiàn)精確的對(duì)接.冠帶層供料裝置包括:①導(dǎo)開(kāi),適合操作靈活寬度的冠帶層;②環(huán)路控制;③具有前端導(dǎo)向的貼合裝置;④冠帶層切刀;⑤布卷卷軸.胎面供料裝置配置在帶束胎面貼合鼓的前面,容易放置胎面膠,包括帶有滾道和導(dǎo)向裝置的主架,可以借助于中心的溝槽或者胎面膠的邊沿來(lái)導(dǎo)向.胎面供料裝置適用寬度可調(diào)的胎面膠,胎面導(dǎo)向裝置高度可調(diào).控制單元可用工業(yè)上的可編程序邏輯控制器,采用伺服傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)精確的同步,可以把故障診斷、輪胎規(guī)范和維護(hù)指南存儲(chǔ)在上位機(jī)中.

2移動(dòng)成型鼓單元的協(xié)議統(tǒng)一無(wú)線通信

針對(duì)組合成型生產(chǎn)線中移動(dòng)鼓單元的運(yùn)動(dòng)特性,將傳感器技術(shù)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合,研制適用于各類(lèi)傳感器的無(wú)線數(shù)傳模塊以實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的無(wú)線測(cè)量.采用RS-485總線作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路,把無(wú)線終端設(shè)備和其它終端設(shè)備通過(guò)統(tǒng)一協(xié)議掛接到總線上[5].先將移動(dòng)鼓PLC的RS485通信接口與無(wú)線發(fā)射裝置進(jìn)行有效電氣對(duì)接,然后將無(wú)線接收裝置安裝在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控分站固定部分,從而使移動(dòng)鼓的數(shù)據(jù)采集與控制實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸模式,最后經(jīng)RS485通信接口與成型系統(tǒng)通信主站聯(lián)網(wǎng).

2.1移動(dòng)成型鼓的移動(dòng)載體控制方案設(shè)計(jì)

移動(dòng)成型鼓的運(yùn)動(dòng)載體是一個(gè)半自主移動(dòng)四輪小車(chē),小車(chē)的整個(gè)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是分布式的,由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分構(gòu)成.上位機(jī)是一臺(tái)PC,作為監(jiān)控中心,其作用是實(shí)現(xiàn)控制策略,進(jìn)行路徑跟蹤以及路徑規(guī)劃,發(fā)出控制指令進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控.下位機(jī)采用可編程控制器,固定在小車(chē)移動(dòng)車(chē)體上,負(fù)責(zé)接收主控計(jì)算機(jī)指令并分配給各個(gè)子系統(tǒng),同時(shí)把各個(gè)子系統(tǒng)的傳感信息發(fā)送到計(jì)算機(jī),兩者通過(guò)無(wú)線模塊進(jìn)行通信[6].小車(chē)底層控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的來(lái)自監(jiān)控中心的指令以及傳感器信息控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng),完成小車(chē)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、停止等動(dòng)作.為了滿(mǎn)足在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)小車(chē)的有效控制,控制系統(tǒng)必須具有良好的機(jī)動(dòng)性和靈活性,使小車(chē)具有向各個(gè)方向行駛的能力和可控能力,最終實(shí)現(xiàn)小車(chē)的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng).采用無(wú)線通信方式從上位機(jī)監(jiān)控中心接收指令信息,根據(jù)指令信息實(shí)現(xiàn)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)控制.在這個(gè)過(guò)程中需要對(duì)通過(guò)無(wú)線通訊接收到的指令信息進(jìn)行通信協(xié)議解算,得到小車(chē)下一步的位置信息和速度信息,并且需要把小車(chē)當(dāng)前位置信息與下一步的位置信息進(jìn)行比較得到小車(chē)下一步的運(yùn)動(dòng)方向,最后根據(jù)解算信息進(jìn)行運(yùn)動(dòng)判斷,完成閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制,返回后繼續(xù)接收下一步的指令信息.將解算信息中的速度信息和位置信息作為給定輸入進(jìn)行閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制,主要完成對(duì)驅(qū)動(dòng)小車(chē)的直流電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制,使小車(chē)能夠平穩(wěn)運(yùn)行.對(duì)驅(qū)動(dòng)小車(chē)的直流電機(jī)采用電流環(huán)和位置環(huán)構(gòu)成的全數(shù)字雙閉環(huán)PID控制策略,如圖4所示.小車(chē)啟動(dòng)、停轉(zhuǎn)或者大幅度增減設(shè)定值的時(shí)候,短時(shí)間系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)較大的偏差,引起積分飽和效應(yīng),造成系統(tǒng)震蕩.為消除積分飽和,在控制系統(tǒng)中可采用抗積分飽和控制策略.工作時(shí)時(shí)監(jiān)控中心將移動(dòng)小車(chē)的運(yùn)行路線通過(guò)無(wú)線通訊以指令的形式傳給小車(chē),小車(chē)解算指令后響應(yīng)指令做出相應(yīng)的動(dòng)作.

2.2通信協(xié)議選擇

輪胎行業(yè)的工業(yè)控制模式已從單機(jī)走向集中監(jiān)控.工業(yè)控制器聯(lián)網(wǎng)也為網(wǎng)絡(luò)管理提供了方便.Mod-Bus協(xié)議就是工業(yè)控制器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種,通過(guò)此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以進(jìn)行通信.它的開(kāi)放性、可擴(kuò)充性和標(biāo)準(zhǔn)化使它成為一個(gè)通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn).ModBus可以應(yīng)用在支持ModBus協(xié)議的PLC和PLC之間、PLC和個(gè)人計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)之間、遠(yuǎn)程PLC和計(jì)算機(jī)之間以及遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)之間(通過(guò)Modem連接).由于ModBus是一個(gè)事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),許多廠家的PLC和HMI、組態(tài)軟件都支持ModBus,因此,ModBus有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ).在實(shí)際應(yīng)用中,可以使用RS232、RS485/422、Modem加電話線、甚至TCP/IP來(lái)聯(lián)網(wǎng).本文聯(lián)網(wǎng)通信總線采用RS485傳輸,通信協(xié)議采用ModBus標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議.

組合式成型生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的終端設(shè)備可以分別選用三菱公司的F2NX系列PLC、西門(mén)子公司的S7200系列PLC以及LG公司的K120系列PLC,這幾種終端設(shè)備在移動(dòng)鼓上應(yīng)用具有較高的性?xún)r(jià)比.可以采用LG公司PLC提供的RS485通訊接口,激活其通訊模式,因LG本身支持ModBus標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議,所以可突破LG聯(lián)網(wǎng)瓶頸.西門(mén)子S7-200PLC支持ModBus標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議,但需要進(jìn)行軟件設(shè)置,通過(guò)軟設(shè)置可實(shí)現(xiàn)其聯(lián)網(wǎng)功能.三菱FX2N系列PLC本身不支持ModBus標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議,可通過(guò)擴(kuò)展通訊模塊以硬設(shè)置的方式完成其聯(lián)網(wǎng)功能.

2.3移動(dòng)鼓無(wú)線通信技術(shù)設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)

確立通信協(xié)議后就可以設(shè)計(jì)無(wú)線通信聯(lián)網(wǎng)方案.組合成型生產(chǎn)線移動(dòng)鼓選用三菱FX2N-64MR型PLC可編程控制器進(jìn)行各種動(dòng)作控制.移動(dòng)鼓運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括運(yùn)行速度、定位角度、牽引電流、液壓系統(tǒng)壓力、故障狀態(tài)等,可通過(guò)RS485通訊接口實(shí)時(shí)向外傳輸.基于移動(dòng)成型鼓PLC控制器裝載在移動(dòng)部位,難以通過(guò)通信電纜介質(zhì)與成型機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接,方案采用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)方式,通過(guò)無(wú)線收發(fā)裝置收發(fā)狀態(tài)數(shù)據(jù),依據(jù)所選擇的協(xié)議模型設(shè)定通訊協(xié)議,實(shí)現(xiàn)與其它終端設(shè)備聯(lián)網(wǎng)[7].

1)移動(dòng)成型鼓無(wú)線通信技術(shù)方案設(shè)計(jì)首先將移動(dòng)鼓PLC的RS485通信接口與無(wú)線發(fā)射裝置設(shè)置在移動(dòng)設(shè)備上,如圖5所示.然后再將無(wú)線接收裝置設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控分站固定位置,如圖6所示.通過(guò)此種通信方式使移動(dòng)成型鼓的狀態(tài)信息上傳下達(dá).無(wú)線數(shù)傳模塊通信收發(fā)功率為1W,開(kāi)闊地域發(fā)收距離為4km,具有抗強(qiáng)干擾的有效距離也可以達(dá)到300m,成型生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)使用無(wú)線方式通信足以滿(mǎn)足要求.無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過(guò)RS-485總線獲取現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備的參數(shù),并依無(wú)線方式發(fā)送出去,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控分站的無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊接收數(shù)據(jù),并經(jīng)RS-232總線發(fā)送到中心數(shù)據(jù)服務(wù)器,服務(wù)器記錄、存儲(chǔ)采集的參數(shù)形成報(bào)表.

2)移動(dòng)成型鼓無(wú)線通信技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)正常數(shù)據(jù)采集通信時(shí)序?yàn)?發(fā)射端的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過(guò)RS-485總線間隔lS循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令(命令字符串中包含數(shù)據(jù)采集模塊的地址),相應(yīng)地址的數(shù)據(jù)采集模塊接收命令后將采集到的參數(shù)回送至無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊立即將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)出,接收端的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收這些數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)送到中心數(shù)據(jù)服務(wù)器.無(wú)線通訊系統(tǒng)起著核心作用的部分選用上海某公司的某型號(hào)無(wú)線數(shù)傳開(kāi)發(fā)模塊,對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),其提供標(biāo)準(zhǔn)RS-232,RS-485和UART(TTL電平)3種接口方式,可與計(jì)算機(jī)、用戶(hù)的RS-485設(shè)備、單片機(jī)或其它UART器件直接連接使用,該型號(hào)無(wú)線數(shù)傳模塊應(yīng)用原理如圖7所示.無(wú)線數(shù)傳模塊使用直流電源,電壓為+9.0V±0.5V,根據(jù)用戶(hù)的需要可以與其它設(shè)備共用電源,模塊提供1個(gè)9針的連接器(JP1),一個(gè)天線接口(ANT),一組調(diào)線短路器(JP2),可以根據(jù)終端設(shè)備的設(shè)定進(jìn)行連接和跳線調(diào)整.無(wú)線模塊端口的定義及配置方法,如圖8所示:圖8無(wú)線數(shù)傳模塊端口定義Fig.8Portdefinitionofwirelesscommunicationmodule①GND電源地;②VCC電源DC9V;③RXD/TTL串行數(shù)據(jù)接收端;④TXD/TTL串行數(shù)據(jù)發(fā)射端;⑤SGND信號(hào)地;⑥A(TX)RS-485的A,RS-232的TX;⑦B(RX)RS-485的B,RS-232的RX;⑧SLEEP休眠控制(輸入);⑨RESET復(fù)位控制(輸入).系統(tǒng)采用KDW-0.6/12型隔爆兼本安直流穩(wěn)壓電源,采用精密鑄造,鑄鋼外殼,箱蓋設(shè)有電源指示燈,機(jī)芯與電源變壓器為一整體,采用雙重過(guò)流、過(guò)壓保護(hù),輸出DC10-DC12V,額定電流700mA.為完成供電電源與無(wú)線模塊的電壓匹配,選用廣州普田電子有限公司的DC/DC電源模塊.該模塊性能穩(wěn)定,工作壽命長(zhǎng),采用SIP封裝,體積小,溫度特性好,可直接焊在PCB上.

3)移動(dòng)成型鼓無(wú)線通信工作模式設(shè)定考慮到無(wú)線數(shù)傳模塊的電源電壓為9V,為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),使接口電平兼容、統(tǒng)一,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的所有芯片采用9V供電.RS-485電平轉(zhuǎn)換芯片采用低功耗半雙工收發(fā)器,RS-485網(wǎng)絡(luò)為“單主/多從”通信方式,任一時(shí)刻只能有一個(gè)RS-485發(fā)送器工作在“發(fā)送”狀態(tài),其余節(jié)點(diǎn)必須工作在“接收”狀態(tài),如果同時(shí)有2個(gè)或以上RS-485收發(fā)器工作在“發(fā)送”狀態(tài)將會(huì)導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)紊亂,甚至損壞RS-485收發(fā)器[7].采用高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù),提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾的能力,數(shù)據(jù)傳輸采用實(shí)時(shí)同步,32B的同步結(jié)構(gòu)和完善的通訊協(xié)議使該產(chǎn)品更加穩(wěn)定可靠.在視距情況下,采用吸盤(pán)天線,在天線擺放合理的條件下,通信距離可以達(dá)到2km以上.設(shè)計(jì)透明的數(shù)據(jù)接口,適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶(hù)協(xié)議,自動(dòng)過(guò)濾掉空中產(chǎn)生的噪音信號(hào)及假數(shù)據(jù),所發(fā)即所收.配置8個(gè)信道滿(mǎn)足用戶(hù)多種通信組合方式的需求.通過(guò)短路器設(shè)定接口方式為單一協(xié)議的RS-485接口.傳輸速率設(shè)定為9600bit/s,數(shù)據(jù)位設(shè)為8b,結(jié)束位設(shè)為1b,采用偶校驗(yàn).

3基于無(wú)線通信的移動(dòng)成型鼓數(shù)據(jù)采集與控制

建立起移動(dòng)成型鼓無(wú)線通信模式后,組合成型生產(chǎn)線就可以通過(guò)綜合數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)把移動(dòng)成型鼓的運(yùn)行速度、定位信息、牽引電流、液壓系統(tǒng)壓力、故障狀態(tài)等信息在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控分站進(jìn)行顯示與控制.借助于無(wú)線通信方式,監(jiān)控系統(tǒng)可顯示移動(dòng)成型鼓的總體運(yùn)行狀況,包含歷史曲線、報(bào)警記錄、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)查看、操作幫助信息、設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)等.帶束層供料裝置、冠帶層供料裝置、供胎面裝置、胎體供料裝置、壓合裝置等設(shè)備的電氣參數(shù)采用有線組網(wǎng)的方式與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控分站聯(lián)網(wǎng),利用自主開(kāi)發(fā)的通訊程序,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線的方式與主站通訊.上位監(jiān)控畫(huà)面以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示畫(huà)面如圖9所示.數(shù)據(jù)顯示區(qū)實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù),監(jiān)控畫(huà)面設(shè)備以動(dòng)畫(huà)形式與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備同步,用鼠標(biāo)點(diǎn)擊任一個(gè)設(shè)備框圖均會(huì)顯示該設(shè)備的工作狀態(tài),顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史曲線以及報(bào)警信息.

篇9

【關(guān)鍵詞】告警直傳；遠(yuǎn)程瀏覽；源端維護(hù)

0 引言

電網(wǎng)的告警信息處理是調(diào)度監(jiān)控的日常重要工作之一，告警信息的智能化水平對(duì)于提升調(diào)度全面感知電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、快速應(yīng)對(duì)電網(wǎng)異常告警具有重要意義。隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的廠站端與調(diào)度主站的遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸已不能滿(mǎn)足調(diào)度監(jiān)控集約化發(fā)展的需求。本文主要介紹在地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中采用告警直傳和遠(yuǎn)程瀏覽技術(shù)，以滿(mǎn)足電網(wǎng)調(diào)度、集中監(jiān)控的需求。

1 地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀

目前，地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中心值班人員監(jiān)控到的信息是由變電站的遠(yuǎn)動(dòng)裝置將采集到的設(shè)備信息通過(guò)報(bào)文規(guī)約傳輸?shù)秸{(diào)度主站系統(tǒng)，主站維護(hù)人員負(fù)責(zé)在系統(tǒng)中繪制變電站一次接線圖，修改遙信、遙測(cè)、遙控表等方式，經(jīng)過(guò)主站服務(wù)器處理后，將這些信息直觀地反映給監(jiān)控值班人員，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)視和控制。

隨著電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)模的擴(kuò)大、電網(wǎng)的運(yùn)行和控制特性日趨復(fù)雜，對(duì)調(diào)控中心信息判斷和事故處理能力的及時(shí)性和準(zhǔn)確性提出了更高的要求。為此，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，調(diào)度監(jiān)控人員不能再花費(fèi)時(shí)間從大量告警信息中尋找告警源，而是直接獲得告警信息，縮短事故處理時(shí)間；處理分析復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，往往還需要瀏覽變電站內(nèi)更詳細(xì)的情況，因此站端應(yīng)提供更多有效手段給調(diào)度監(jiān)控人員遠(yuǎn)程調(diào)閱變電站的全景信息。

1.2 目前的運(yùn)行模式中存在的問(wèn)題

調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在告警處理方面存在展示手段單一、信息繁雜等問(wèn)題，調(diào)控中心對(duì)電網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)的掌握能力略顯不足；尤其是在惡劣天氣、自然災(zāi)害、電網(wǎng)出現(xiàn)故障的情況下，調(diào)控中心短時(shí)間內(nèi)涌入大量信息，調(diào)度監(jiān)控人員需要從上百條的告警中分析得出問(wèn)題的根源和關(guān)鍵信息，無(wú)形中增加了故障處理的壓力。

目前調(diào)度主站和變電站間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)基本上是采用IEC101和IEC104兩種傳輸規(guī)約，這兩種傳輸規(guī)約安全可靠，因此得到了廣泛應(yīng)用。但是上述兩種規(guī)約是按照點(diǎn)號(hào)來(lái)匹配主、子站間的信息，因此若要接收變電站側(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，必須在站端和主站分別維護(hù)各自數(shù)據(jù)的點(diǎn)號(hào)，并嚴(yán)格核對(duì)以保證主、子站的統(tǒng)一。一般情況下單個(gè)500kV變電站的遙信量在5000個(gè)左右，甚至更多，對(duì)處理全區(qū)所有變電站信息的主站服務(wù)器來(lái)說(shuō)負(fù)荷巨大；主站界面的電網(wǎng)一次設(shè)備圖是由主站維護(hù)人員負(fù)責(zé)繪制，每次運(yùn)行方式變更以及遙信、遙測(cè)點(diǎn)表調(diào)整，都要在調(diào)度員界面修改圖形和關(guān)聯(lián)量測(cè)。對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)人員來(lái)說(shuō)，這些重復(fù)的維護(hù)操作占據(jù)了大部分的日常工作量。

基于以上分析，為了減少調(diào)度自動(dòng)化主站系統(tǒng)的日常維護(hù)工作量，降低主站服務(wù)器的負(fù)荷，提高調(diào)度監(jiān)控人員的工作效率，全面、及時(shí)地對(duì)站端情況進(jìn)行監(jiān)控，在電網(wǎng)調(diào)度中采取告警直傳、遠(yuǎn)程瀏覽技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足目前“大集中、大運(yùn)行”的需求。

2 告警直傳和遠(yuǎn)程瀏覽技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 告警直傳簡(jiǎn)介

告警直傳是將變電站監(jiān)控系統(tǒng)收到的告警信息以文本形式，采用標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的告警描述語(yǔ)言格式形成直傳信息，經(jīng)變電站圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)通過(guò)DL476規(guī)約、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)直接上送到調(diào)度主站，從而實(shí)現(xiàn)告警信息的源端維護(hù)、自動(dòng)解析的技術(shù)。主站收到的告警直傳信息是變電站處理過(guò)的格式，不需要再使用傳統(tǒng)的按照點(diǎn)號(hào)進(jìn)行信息匹配的傳輸模式；通過(guò)對(duì)變電站告警直傳信息的整合，調(diào)度監(jiān)控員可以全面掌握變電站的詳細(xì)保護(hù)動(dòng)作情況，為調(diào)度事故處理提供了重要的信息支撐，提高了主站側(cè)在線故障診斷功能的實(shí)用性。

2.2 遠(yuǎn)程瀏覽簡(jiǎn)介

遠(yuǎn)程瀏覽是將變電站監(jiān)控系統(tǒng)的畫(huà)面（包括一次接線圖、間隔圖、光字牌、曲線等）轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)G文件格式，經(jīng)圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)上傳到主站，主站系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程瀏覽客戶(hù)端，來(lái)監(jiān)視變電站全景信息的技術(shù)。調(diào)度監(jiān)控人員需要查看變電站的詳細(xì)信息時(shí)，可以使用遠(yuǎn)程瀏覽界面調(diào)閱相應(yīng)的實(shí)時(shí)畫(huà)面和數(shù)據(jù)，這樣一來(lái)主站維護(hù)人員就不用再重復(fù)地繪制，便能瀏覽到變電站的完整信息。

3 告警直傳、遠(yuǎn)程瀏覽功能建設(shè)

3.1 總體架構(gòu)

如圖1所示，以江門(mén)地調(diào)EMS為例，我們?cè)谡{(diào)度自動(dòng)化主站E8000系統(tǒng)中增加功能擴(kuò)展，在變電站增加一臺(tái)圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)，作為告警直傳、遠(yuǎn)程瀏覽模塊的部署設(shè)備，且獨(dú)立于變電站遠(yuǎn)動(dòng)裝置、監(jiān)控后臺(tái)運(yùn)行。

3.2 告警直傳功能實(shí)施

在調(diào)度主站端瀏覽變電站告警信息，需要在主站增加告警采集模塊、告警處理模塊，作為T(mén)CP連接的客戶(hù)端；站端圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)增加告警信息轉(zhuǎn)發(fā)模塊，通過(guò)DL476/IEC104協(xié)議直接傳輸告警信息，作為T(mén)CP連接的服務(wù)器端。

3.2.1 告警直傳數(shù)據(jù)流程

一般來(lái)說(shuō)，告警直傳的工作流程如下：有告警信息產(chǎn)生時(shí)，變電站監(jiān)控系統(tǒng)先將本地后臺(tái)的告警信息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式的告警信息，再傳輸給主站；主站告警采集模塊對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行解析，并發(fā)送消息給告警處理模塊；主站告警處理模塊對(duì)收到的站端信息進(jìn)行處理、顯示、存盤(pán)，及歷史查詢(xún)。如圖2所示。

3.2.2 告警直傳格式

為減輕傳輸數(shù)據(jù)量，傳送的字符串里變電站名電壓等級(jí)設(shè)備等不直接傳輸，采用編碼上傳； 在E8000系統(tǒng)設(shè)計(jì)告警直傳時(shí)，采用八段式上傳：“事項(xiàng)編號(hào)告警時(shí)間設(shè)備名稱(chēng)告警內(nèi)容告警級(jí)別責(zé)任區(qū)量測(cè)類(lèi)型告警代碼”。

如：577 2014-11-06 10：25：56.031 鶴山上南變/110kV鶴上線1616開(kāi)關(guān) 正常變位（人工置數(shù)）：合 3 3 701 B146.110kV.1616.B146161Cb。表示鶴山上南變的110kV鶴上線1616開(kāi)關(guān)于2014-11-06 10：25：56.031合上，原因?yàn)槿斯ぶ脭?shù)。

3.3 遠(yuǎn)程瀏覽功能實(shí)施

遠(yuǎn)程瀏覽的關(guān)鍵技術(shù)是“G語(yǔ)言”，即電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范。站端監(jiān)控系統(tǒng)的圖形由程序轉(zhuǎn)換生成G格式文件，保存在圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)上；調(diào)度主站瀏覽變電站數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)DL476/IEC104協(xié)議向站端發(fā)送獲取相應(yīng)G文件的請(qǐng)求；圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)收到主站的請(qǐng)求后，按通信格式要求將請(qǐng)求的文件分多幀發(fā)送，上送完成后，按G文件中關(guān)聯(lián)的元件ID號(hào)取出對(duì)應(yīng)的變化數(shù)據(jù)，發(fā)送給主站，并等待下一個(gè)請(qǐng)求。

我們?cè)谘赜脟?guó)家電網(wǎng)模式的前提下，還對(duì)遠(yuǎn)程瀏覽的傳輸機(jī)制進(jìn)行了擴(kuò)展：改進(jìn)通信協(xié)議，在主站服務(wù)器增加G文件緩存，開(kāi)發(fā)對(duì)比程序、斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)，提高了圖形召喚的效率；采用版本控制的機(jī)制，保證了遠(yuǎn)程瀏覽結(jié)果的實(shí)時(shí)性和一致性。

4 告警直傳、遠(yuǎn)程瀏覽的實(shí)用效果

目前，基于E8000平臺(tái)的告警直傳和遠(yuǎn)程瀏覽技術(shù)自開(kāi)展研究以來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷磨合和優(yōu)化完善，如今已經(jīng)在江門(mén)電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)，并在調(diào)度主站以及變電站系統(tǒng)中得到應(yīng)用，運(yùn)行效果顯示具備良好的實(shí)用性，為無(wú)人值班變電站提供了重要保障。

通過(guò)告警直傳，有效解決了在當(dāng)前集約化大背景下重要信號(hào)容易被大量信號(hào)淹沒(méi)的問(wèn)題，一個(gè)500kV變電站遙測(cè)、遙信信息大幅減少，從近5000個(gè)點(diǎn)縮減到不到1000點(diǎn)，主站系統(tǒng)可以利用告警直傳的全面性，對(duì)從其他渠道獲得的告警信息加以輔助，幫助調(diào)度監(jiān)控人員了解故障原因，做出合理判斷。

通過(guò)遠(yuǎn)程瀏覽，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)從傳統(tǒng)意義上的單一主站擴(kuò)展到納入所有調(diào)控變電站的監(jiān)控系統(tǒng)，是調(diào)度自動(dòng)化的一次飛躍。主站系統(tǒng)無(wú)需人為維護(hù)，信息表編制、數(shù)據(jù)庫(kù)制作、畫(huà)面繪制等工作實(shí)現(xiàn)源端維護(hù)，極大減輕了主站維護(hù)人員的工作量。

篇10

古柏先生曾談到：“學(xué)校教育的大班上課，小學(xué)、中學(xué)、包括大學(xué)本科，教授的都是基本知識(shí)，是普及教育，而真正的研究式的學(xué)習(xí)階段是在研究生以后。教育發(fā)達(dá)國(guó)家的教授，通常帶的研究生就幾個(gè)，并且往往并不由我們書(shū)面考試的方法錄取，而是采取推薦自薦、觀察考察的方法揀拔。這和中國(guó)藝術(shù)文化、武術(shù)文化傳承的師傅選擇徒弟的方法，師傅對(duì)徒弟選擇的重視天賦、品行，師傅注重對(duì)徒弟的言傳身教，有著某種程度上的相似”。古柏先生還談到：“科學(xué)研究出成就的，有可能是年輕人；但文化事業(yè)上出成就的，則往往多為高齡者。沒(méi)有漫長(zhǎng)時(shí)間的‘悟道’，沒(méi)有老師長(zhǎng)期的和手把手的教授，后進(jìn)何以成為大師。學(xué)者、作家、藝術(shù)家、武術(shù)家，莫不如此。掌握精品文化或上位文化的，就是這些大師們”。古柏先生的意見(jiàn)應(yīng)說(shuō)頗有見(jiàn)地。在我們沒(méi)有找到更好的方式之前，原有的方式應(yīng)該鼓勵(lì)，保障、保證它的存在。原有的師徒承傳方式得到了保存，那么原有的理論體系、技術(shù)體系、選材方式、訓(xùn)練方法、禮書(shū)儀式、組織形式等，無(wú)疑也都將得到保存。

儒學(xué)理論的核心，一個(gè)是“仁”，一個(gè)是“禮”，仁是內(nèi)容，禮是形式。我們現(xiàn)在常說(shuō)的是：內(nèi)容最重要，形式則不那么重要，可以靈活變通因時(shí)而異。但孔子不這么認(rèn)為，他認(rèn)為仁是原則，禮也是原則，禮如果不存在，仁也就不存在了。所以他的弟子避免浪費(fèi)要減少祭祀用的羊的數(shù)目，孔子堅(jiān)決反對(duì)，于是說(shuō)了那句有名的話：“爾愛(ài)其羊，我愛(ài)其禮”。孔子把禮上升到原則的高度來(lái)堅(jiān)持，有著深刻的道理。這尤其值得今天的我們深思。

諸如拜師儀式正式拜師遞大紅帖子，行跪拜口口頭大禮；諸如清明節(jié)在師祖墳前，燒香磕頭，頂禮膜拜，長(zhǎng)跪不起等等。對(duì)一個(gè)信仰無(wú)神論的人，對(duì)一個(gè)受過(guò)現(xiàn)代教育的人，說(shuō)實(shí)話，第一次，從面子到心中，我們恐怕都難以適應(yīng)，會(huì)極為難堪，坦率說(shuō)甚至有點(diǎn)荒唐感。但如果逐漸地深入其中，我們就不難感覺(jué)和領(lǐng)悟到它的道理。它對(duì)于建立中國(guó)武術(shù)武學(xué)傳統(tǒng)的神圣的感情，維護(hù)傳統(tǒng)武術(shù)宗師老師的德望不口威信，維護(hù)本門(mén)派武功的威嚴(yán)尊嚴(yán)和對(duì)它的力量的信心，密切師徒間徒弟間的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)徒弟遵從傳統(tǒng)的門(mén)規(guī)和道德，增強(qiáng)該團(tuán)體的向心力凝聚力，其實(shí)有著深刻和極大的影響力。但是，若非置身其中身I臨其境，你很難明白它的本意與要旨。有同樣感覺(jué)的有李拜天先生，他在太原長(zhǎng)大，在北京上了大學(xué)，從此在北京工作，但2002年他回山西平遙農(nóng)村參力口了他爺爺?shù)膫鹘y(tǒng)的隆重而繁復(fù)的葬禮，他的看法改變了。他說(shuō)：“這一天，我不知道自己磕了幾千個(gè)頭”；“原來(lái)儀式上每一個(gè)瑣碎的環(huán)節(jié)都有它特定的意義在里面，沒(méi)有一樣是純粹的花樣子”；“我第一次用心感覺(jué)著腦9下的這片黃土地，第一次發(fā)覺(jué)它是如此堅(jiān)韌和沉重。我們都從這片土地上走出來(lái)，被這方水土養(yǎng)育了數(shù)年之后，最終將自己的一切又原原本本地又還給了它。從我出生的那天起，就注定了我無(wú)論走多遠(yuǎn)，這塊土地都會(huì)象磁石一樣緊緊吸附著我的靈魂”。

從這個(gè)意義講，唐豪考證少林附會(huì)達(dá)摩沒(méi)錯(cuò)，那是歷史學(xué)的考證；考證是科學(xué)；但少林派供奉達(dá)摩也沒(méi)錯(cuò)，供奉達(dá)摩是尊祖，尊祖是一種信仰，信仰不是科學(xué)，信仰自有它深刻的道理。都說(shuō)我們中國(guó)是“禮儀之邦”，但打倒孔家店快百年了，那些或許是繁文縟節(jié)的禮節(jié)我們?cè)缇蛼伒搅司畔鲈仆?，于是我們往往起碼的禮貌都缺乏，哪里還能尋到我們是“禮儀之邦”的多少影子；都說(shuō)我們是“文明古國(guó)”自古重教育，但“天地君親師”的牌位早砸了，學(xué)生有多少明白原來(lái)意義上的“師”，老師有多少明白原來(lái)意義上的“道”，于是我們哪里還能尋到我們的“師道尊嚴(yán)”的多少影子。