工业级远程监控系统在小型实验装置中的应用

戴金玲, 廖昌建, 李经伟

（中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

随着通讯手段和网络技术的日趋完善，信息以空前的速度和超乎想象的易用性传播到世界的每个角落。如何借信息时代的优势，将现代工业生产中的各种数据实时地、准确地显示在每个有需要的终端上，这将具有广阔的应用前景。

在各企业的工业生产装置现场，进行实验的小型装置类型各异，各装置可能需要间断或连续操作，充分利用工业级远程监控系统对小型实验装置进行监控，可实时获取所需实验装置的工艺参数等。因此，本文主要对工业级远程监控系统在实验装置上的应用进行探讨。

1 远程监控系统概述

远程监控系统使得操作人员可以在任何地点监视和操作实验装置，并达到与现场操作相同或相近的效果。该系统监控操作地点可以是操作室、中控室、实验室，直至通讯所能达到的任何地点。

目前，小型实验装置在工业装置现场间断或连续运行的过程中，装置不采用远程监控系统，若操作人员之间沟通不及时，可能引起装置被误操作、信息采集滞后甚至失误等问题。远程监控系统可以很好的解决传统信息采集方式的局限性。

（1）采用远程监控系统可实时监测和采集装置信息数据，数据更新速度可人为设定信息采集频率。

（2）远程监控系统可实现无人值守，而且可以设为热冗余备份，实现7×24 h 时不间断运行[1]。

（3）远程监控系统在实现装置运行数据的采集过程中，采集数据的错误几率可以忽略，从而避免了人工采集数据的失误。

2 远程监控系统的数据传输方式

2.1 有线数据传输方式

远程监控系统的数据传输方式分有线和无线传输两种方式。有线数据传输方式按照数据传输的路径可分为三个阶段。

采用电缆或光缆等传输介质将装置控制系统中的数据传输至厂内中控系统的过程称为有线数据传输的第一阶段。其目前的绝大多数工厂均采用这种方式通讯。如果是新增的小型实验装置，则需在实验装置的控制系统中配备与中控系统相匹配的通讯模块，并在中控系统中组态以识别新增装置并对其进行数据的读写工作。

信息数据由厂内中控系统传输至实验单位的过程称为有线数据传输的第二阶段。目前无论何种规模的实验单位，基本具备连接互联网的能力，只要通讯双方均遵守相同的网络协议，并在可控的前提下对对方开放一定权限，就可以在双方允许的情况下互访互通。此种通讯实施比较难，需要两边均为对方开放端口，速度受限，网络的安全性也得不到保证。而且，多数实验单位拥有自己的内部网络，当双方均处于自己内网时，通讯变得十分困难，即使开通VPN（虚拟专用网）连接，通讯的效果也只能是差强人意。也可利用现有电话线进行传输，优点是可以绕过局域网，缺点是增加电话费用、信号不稳、数据量受限、有可能触犯保密条例等等。

信息数据由实验单位传输至办公电脑或笔记本的过程称为有线数据传输的第三阶段。利用实验单位已有的互联网或内部网络通讯即可。同样，内部网络内外需要互相连接时，亦可利用VPN 连接。

2.2 无线数据传输方式

无线数据传输方式的过程见图1。

图1 无线数据通讯示意图Fig.1 Diagrammatic sketch of wireless data

现场仪表的信息数据经过数据采集站输送至装置控制系统的过程称为无线数据传输的第一阶段。在此过程中，由于数据采集站通常可放置于装置现场，其位置距离现场仪表相对较近，所以现场仪表、执行机构等于数据采集站之间可通过传统的有线方式通信。

同理，控制系统与数据采集站的距离相对较远，而且由于现场的复杂性，布置通讯电缆往往有很多不便。此时可选用无线通讯方式进行数据传输，需要在数据采集站——控制系统两端分别增加无线收发设备，例如无线调制解调器、无线网卡、路由器等软硬件设施，将数据信号集中传输至装置控制系统。

信息数据由装置控制系统传输至工作电脑或笔记本的过程称为第二阶段。在此过程中，需要在控制系统——工作电脑两端分别增加无线收发设备，利用通讯提供商联通、移动、电信等现有的GPRS 信号网络，实现数据传输[2]。相当于通过WAP、UNICOM 等移动设备网络来访问装置控制系统的上位机[3]。

如果实验单位拥有自己的内部网络，工作电脑要想访问装置上位机，必须采用VPN 方式，而且对双方电脑均需进行访问设置。如果普通笔记本想通过互联网访问装置上位机，只需要进行软硬件安装和设置即可。

2.3 有线与无线数据传输方式比较

有线数据传输方式技术比较成熟、应用较广泛，无线数据传输方式技术含量高。有线数据传输方式除硬件费用和软件组态费用外，几乎无需其他运行费用支出，其中的硬件、软件也可利用现有资源，在使用的过程中，无线数据传输方式需要交纳GPRS 数据传输的费用[4]。两种数据传输方式的技术特点详见表1。

表1 有线及无线数据通讯的特点对比Table 1 Comparison of wire and wireless data

3 远程监控系统在实验装置中的应用

远程监控系统具有一个特点，那就是，针对不同的使用目的所配置的远程监控系统，它们所需的硬件大体相同，但根据所选择的软件和使用人的需要的不同，远程监控系统具有不同的作用，这种差别直接影响到系统的投资、产生的效果和对工业装置所产生的影响。例如，一套无需远程控制远程系统，仅需具备监视功能的远程监视系统；一套能够同时实现监视和控制等全部功能的远程监控系统，则都需要配置包括无线数据调制解调设备、用于监视和系统操作的上位机、输入输出设备等硬件设施，但它们所需的软件有着较大的差异。前者不需要将控制信号输出至现场仪表，因此在软件选择时可以省略掉与之相关的模拟量/数字量/脉冲量输出功能；后者因为功能较为齐全，所选择的软件功能也必然强大，随之而来的必然是实施过程中更繁琐的软件编程和更复杂的实际操作。同样，一套只需作为“旁观者”而存在的远程监视系统，担负的仅仅是单向接收实验装置的数据、显示数据并储存数据的功能，对实验装置所处的工业生产装置的正常运行所产生的影响可谓微乎其微。相反，可以直接对实验装置进行操作的远程监控系统，如果编程和调试过程稍有疏漏，或在应用中产生一些误操作，有可能对工业装置的正常运行造成隐患。

为了充分利用远程监控系统，并尽量避免实验装置对工业生产装置产生影响，兼顾监控系统使用中的稳定性和易用性，工业级远程监控系统在小型实验装置上进行应用可以通过以下方法来实现。

（1）工业级远程监控系统在小型实验装置数据的监控过程中，设定远程监控系统自动将部分或所有工艺数据间断的上传至指定的电脑中。在电脑中通过建立实时或历史数据图表的形式展示给操作员。这种方法基于数据的单向传输实现，无需操作员进行额外操作，也不需要对现场装置进行操作，这样可以避免对工业装置产生影响。

（2）远程操作人员可以采用远程桌面的方式访问现场装置上位机，在个人电脑中可直接调用上位机中的数据信息，甚至可以对装置进行实时监控和操作。在此过程中，现场装置的上位机将自动锁定，此时上位机不允许被现场操作。该方法利用了现有电脑操作系统内置的远程桌面访问程序，电脑无需额外添置其他程序，该过程有利于维持电脑操作系统的稳定性。

（3）在装置监控的电脑中装入远程监控系统自带的监控软件后，可对装置进行数据收集和远程监控操作。远程监控软件与电脑操作系统自带的远程桌面软件相比，能够更加贴近操作人员的操作习惯，并可实现诸如一机多用户、数据压缩传输等更多实用功能，但需要注意远程监控软件与电脑操作系统之间的兼容性[5]。

4 工业级无线数据通讯的应用现状

目前市场上存在很多生产、销售和配置工业级无线数据通讯的公司，这些公司多以成套供货的方式为用户提供从售前咨询、系统配置到售后技术支持的服务。以下是某公司无线数据通讯的部分工业应用解决方案。

4.1 石油/天然气行业

（1）Shell 石油公司

为了使 RTU 信号能够在远距离的移动平台上进行通讯，Shell 石油公司大量使用了某公司的LLM1000 Bell 202T 调制解调器和MDL500 移频键控（FSK）调制解调器。Shell 石油公司还使用了DDAA1000 模拟信号多路复用器，用于经现有的电话线传输4～20 mA 信号。

（2） Conoco

该系统使用 FDM7000 光纤调制解调器和DDAA1000 模拟信号多路复用器在高电磁干扰环境中传输4～20 mA 信号，传输距离超过588 m。

60只雄性BALB/C小鼠购自中科院生物研究所实验动物中心，小鼠体重为30±2 g，采用随机数字表法将所有小鼠随机分为3组，采分别为治疗组、损伤组和对照组，每组均为20只小鼠，

4.2 水处理行业

水及污水处理系统要求全天候24 h 工作，常见应用有：水池各项指标监控、泵控制等。

（1）Camrosa 给水管理区

该区以前使用模拟电话线路进行水池、泵站、排污站及计量站的数据传输。通过用基于PLC 的人机界面和某公司 SRM6100 无线调制解调器替换旧系统，Camrosa 每年节省$24 000 电话费支出，并减少了系统因故障而停机的时间。尽管该区周围存在大量电磁干扰，SRM6100 无线调制解调器仍旧能够正常工作。

（2）伊尼德地区OK 供水厂

5 总 结

在日趋大型、复杂、连续、集成的工业生产装置中，远程监控系统是保证装置安全、稳定、高效运行的主要手段。工业级无线远程监控系统可以作为小型实验装置的一种辅助手段，在实验单位本地或其他任何一个地点可以对实验装置现场数据进行采集和处理，从而使得科研人员更加高效地监控实验装置，并能实时掌握准确的实验数据。

［1］胡友民，李锡文，杜润生，杨叔子. 基于PLC 高可靠性工业过程远程监控系统[J].华中科技大学学报（自然科学版），2002（04）：13-15.

［2］郑淼淼，赵苍荣.无线远程传输的水质自动监测系统[J]. 化工自动化及仪表，2012（01）：92-94.

［3］黄伟. 基于GSM 的污水流量远程监控报警系统的设计[J].濮阳职业技术学院学报，2012（02）：151-153.

［4］郑万溪，黄元庆，张鑫,等.基于GPRS 通信技术的远程检测系统［J］.传感器与微系统，2008，27(2):83-92.

［5］颜信材，程明.基于DCS 的锅炉自动控制及其远程监控系统[J].化工自动化及仪表，2012（03）：305-308.