基于Web远程监控系统的设计实现

Design and Realization of Remote Monitoring System Based on Web

赵　阳1　高　强2

(天津理工大学自动化学院1，天津　300384；天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室2，天津　300384)

基于Web远程监控系统的设计实现

Design and Realization of Remote Monitoring System Based on Web

赵阳1高强2

(天津理工大学自动化学院1，天津300384；天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室2，天津300384)

摘要：远程监控系统是企业发展的一个重要应用领域。针对企业发展的应用需求，分析了远程监控系统设计方法，设计与实现了一种基于B/S架构的Web发布系统,并对Web远程监控系统进行了研究。从身份验证和数据安全性两方面详细论述了Web远程监控发布系统的安全机制。该系统依托某区给水加压泵站系统，以WinCC Web Navigator为工具，通过Internet/Intranet实现了Web远程监控的功能，解决了泵站无人值守、远程访问的难题，降低了监控系统的开发和维护成本。

天津市中青年骨干创新人才培养计划资助项目(编号：20130830)；

天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划资助项目(编号：JW20120315)；

天津市高等学校创新团队培养计划资助项目(编号：TD12-5015)。

修改稿收到日期：2014-06-25

第一作者赵阳(1989-)，男，现为天津理工大学自动化学院在读硕士研究生；主要从事神经网络、过程控制智能控制和复杂系统的故障诊断方面的研究。

关键词：加压泵站远程监控远程访问Web发布安全机制WinCC

Abstract：The remote monitoring system is an important application area for development of enterprises. To meet the application demands for development of enterprises, the design method of remote monitoring system is analyzed. The Web release system based on B/S framework is designed and realized, and the Web remote monitoring system is researched. The security mechanism of Web remote monitoring release system is discussed in detail from aspects of authentication and data security. The system relies on the water supply booster pump station system in a certain area, with WinCC Web Navigator as the tool, the Web remote monitoring function is implemented through Internet/Intranet, to solve the difficulties of unattended pump station and remote access, and reduce the costs of development and maintenance for the monitoring system.

Keywords：Booster pump stationRemote monitoringRemote accessWeb releaseSecurity mechanismWinCC

0引言

1997年1月，首届基于Internet的远程监控诊断会议在斯坦福大学召开。随后斯坦福大学和麻省理工大学开发了基于Internet的远程监控诊断示范系统，得到了制造业、计算机业和仪器仪表业Sun、HP、Boeing、Inter等12家公司的大力支持。随着网络技术的不断发展，Internet技术已经渗透到工业生产的各个领域[1]。传统的监控系统采用集中式操作，远远不能满足现代企业生产管理扁平化、精细化发展的要求。生产中非常重要的监控技术正逐渐被人们所认识和重视，而监控系统也逐渐从集中监控过渡为远程监控。这使得远程监控工业自动化生产成为现实。

本文以某区给水加压泵站系统为背景，阐述如何利用Web服务器远程监控实现本地工程师和远程操作员对泵站系统的监视和操作。

1远程监控系统

远程监控是指本地计算机通过网络对远程端进行监视和控制，完成参数调节、故障恢复等操作。Web服务器发布系统是基于B/S三层架构模型，形成“瘦客户机-胖客户机-瘦服务器”的计算机模式。B/S模式的服务端运行在Web服务器上，客户端是企业信息网上任何具有权限的计算机[2-3]。B/S模式远程监控系统是以网络作为通信平台，以HTTP技术为基础，充分利用现有的局域网资源和广域网资源，以最高的性价比，以信息的实时获取和实时控制为中心，实现信息、资源的合理化配置。B/S模式远程监控系统具有简单、高效等优点，已经成为普遍应用的网络远程监控模式。

2远程监控系统实现

2.1　背景简介

某区给水加压泵站自动控制系统主要由上位监控系统、S7-300 PLC控制器以及执行机构组成，系统结构如图1所示。自动化控制系统负责全厂生产过程监视控制与数据采集。监控主站及监控分站均设在泵站的泵房及配电间构筑物内。控制主站主要包括：两台IPC监控计算机(一台操作员站、一台工程师站)投影仪、UPS电源、激光打印机等。监控子站由泵房监控子站和加氯间监控子站组成。泵房监控子站包括PLC机柜、可编程控制器、网络接口等。加氯间监控子站为厂家成套设备。各监控站之间、水泵变频器及软启动器之间的通信采用总线型结构，通过以太网交换机连接IPC及各终端，并考虑未来企业信息管理网络的建设，为其留有扩展和网络连接的接口[1-4]。

图1　系统结构图

2.2　WinCC Web Navigator

WinCC是市场上第一个IHMI软件，它将用户的系统控制软件与自动化过程真正地聚集在一起。而WinCC Web Navigator可以使WinCC作为标准工具，非常快速和便捷地通过Internet和Intranet来分配用户自动化系统的控制和监视功能，具有很好的平台无关性和易维护性。

通过WinCC Web Navigator进行组态配置，监控画面、报表图形和归档数据无需任何转换和维护工作，即可显示在IE浏览器上。

WinCC Web Navigator软件包由安装在服务器计算机上的特殊WinCC Web Navigator Server组件和运行在Internet计算机上的WinCC Web Navigator Client 组件组成。其可以像在常规WinCC系统中那样对显示在 WinCC Web Navigator Client上的画面进行控制[5]。

2.3　系统设计

泵站WinCC Web Navigator远程控制、监控系统设计的实现，基于计算机自动控制技术、网络通信技术、信息服务(IIS)管理技术、标准Web、OPC技术。这些技术使工业TCP/IP网络与标准TCP/IP网络相结合组成远程高级控制系统[6-7]。系统结构设计如图2所示。

图2　系统结构设计图

2.4　Web发布

WinCC Web Navigator发布分为以下几个步骤。

① 组态WinCC Web Navigator工程。首先确保变量管理是以“以太网”为基础，打开某区给水加压泵站系统WinCC项目中的Web Configurator，进行Web站点的参数设置。

② 发布过程画面。以某区给水加压泵站系统为例，发布过程画面包括：功能选择界面、加压泵站流程界面、加氯间工艺流程界面、PID控制调节界面、报警管理界面、归档变量记录界面等。

③ 用户权限设置[8]。系统设置了操作员、管理员和工程师三个权限密码，用户可以依照所对应的权限进行操作。

④ 客户端访问Web服务器。在IE浏览器中输入Web服务器对应的站点，按照要求下载所需控件Web Navigator Client客户端，输入对应的权限密码，现场数据画面即被显示。

3远程监控系统安全机制

信息安全机制是远程监控系统安全体系中的核心部分，企业的数据安全更是远程监控系统应该考虑的重中之重。在远程监控系统设计中，提出了身份验证、数据安全性[9]两种安全服务功能。

① 身份验证。随着Web服务器技术逐渐的成熟，可以采用基于安全性令牌、生物特征等方式确保通信服务双方身份的真实和有效。此外，还可以通过IP用户筛选机制，通过系统设置允许或拒绝特定的IP发来服务请求、符合要求的IP地址允许中间件请求数据，并将数据进行打包处理，回应Web服务器。

② 数据安全性。远程监控中数据传递的机密性是Web服务器中必须考虑的一部分。数据的安全性通过XML技术来实现。系统采用Web服务器中构建的ASP通信组件，结合多种加密算法以及ASP.NET环境下的安全性配置，利用ASP通信组件中的UDP通信接口与中间件通信；并在XML文件设置一个校验元素，通过两次数据校验的对比，极大地保证了数据的传输安全。

4结束语

Web发布系统在充分运用现代计算机网络技术、通信技术、信息处理技术和应用开发技术的基础上，实现了泵站数据、报表、图形显示。通过浏览器监控泵站的运行，从而获取数据，为生产管理、决策提供一个即时准确的反馈依据。

远程控制监控系统设计，运行可靠、维护性高，能很好地展示现场监控和数据分析两大功能，有效解决了远程访问的困难，给企业提供了更合理化的监控平台。

Web远程监控技术，能够充分利用现有网络资源，并有效地实现资源的合理配置，是未来发展的必然趋势[10]。

参考文献

[1] 孙德明,何正嘉.快速构建基于Web的远程测控系统[J].计算机工程与应用,2003(23):160-162.

[2] 姜建芳，杨秀爽，陈新华.基于WinCC Web Navigator的PLC远程实验室设计[J].实验室研究与探索，2008,27(12):57-62.

[3] 曹路圆,吴迪,刘征宇.基于WinCC Web Navigator的生产数据发布系统[J].制造业自动化,2010(9):185-186.

[4] 王文明，李志安，程怀舟.一种新型的泵站Web发布系统[J].可编程控制器与工厂自动化(PLC FA)，2010(5):61-63.

[5] 贾云婷,王喜军.油田基于WinCC Web Navigator的远程数据采集控制系统的设计[J].工业控制计算机,2010(3):12-13.

[6] 高强,安康,董超,等.基于OPCHDA技术的历史数据通讯系统的实现[J].化工自动化及仪表,2007,34(5):48-50.

[7] 高强,张亮,李月凤.基于OPC技术的虚拟DCS监测系统设计[J].自动化与仪表,2009,24(12):30-32.

[8] 高强,郑晓庆,陈敏.嵌入式Linux的家用无线远程监控系统[J].自动化与仪表,2010,25(5):47-51.

[9] 郭玉龙,杨浩杰.WEB服务器发布安全策略研究[J].网络安全技术与应用,2014(1):138-139.

[10]张金山,高强,李航,等.新型的应用于过程控制的半实物仿真系统[J].计算机工程与设计,2013(4):1356-1360.

中图分类号：TP277

文献标志码：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201501008