利用公有云对无人值守台站进行数据传输和远程监控的研究

程 可，郭悦立，王 宁

（黑龙江地震局，黑龙江 哈尔滨 150090）

Abstract:At present, the unattended seismic stations in Heilongjiang Province have all implemented the separation of internal and external networks for security reasons. In this case, the data transmission and remote monitoring functions in many self-developed application equipment cannot be realized. In order to solve this problem, this paper takes the indoor temperature heating remote cloud temperature control system developed by Heilongjiang Seismological Station this year as an example to discuss how to use programmable controller and industrial intelligent gateway to transmit data and instructions wirelessly using public cloud and remote monitoring through personal computer and mobile phone as intelligent terminals.

Keywords:DVP10SX; DOPL07BV; WG58

由于国家“十三五”项目的推进，随着我省地震无人值守台站的不断增加，其对各个站点的数字化、智能化、系统化的要求也有了新的需求，并且各项标准也不断提高。出于对网络安全的考虑，现在的无人值守站点全部实行内外网分离，除了国家规定的专属地震设备可使用专用网段进行数据传输和操作，其余自行开发的设备一律不许接入。以前黑龙江地震台为了在冬季避免由于温度过低，设备观测受影响，专为此开发了一套温度控制系统，现在已经不再适应新的要求，所以我们在目前功能不变的基础上要重新进行升级改造。具体升级思路：使用铂电阻作为温度传感器连接专用模块输出4～20 mA 电流，使其能利用可编程控制器（PLC）进行采集。现场操作面板使用7 寸触摸屏，和外界通讯采用物通博联公司出品的工业智能网关无线通讯模块与云端建立联系，进行数据传输。使用公有云的意义在于，随着第四次工业浪潮的到来，通过利用物联网、数据边缘计算、两化间融合、云计算、海量数据分析等技术构建的工业互联网应用，来实现数字化产业升级已经成为了必然的趋势。

PLC 与无线智能网关采用RS485 通讯，网关通过移动信号接入云端服务器然后进入互联网来实现远程监控和操作。现场采集的温度值和设定温度值都可以进行本地操作和利用远程电脑以及手机操作。系统主要功能：当室内温度低于最小设定值时启动加热，温度达到最大设定值时停止加热，总之让室内温度保持在设定范围之内，从而避免由于温度过低影响地震设备工作。现场触摸屏操作以及远程PC 和手机对温度的设定、显示监控、设备强制输出功能采用组态方式显示，简洁、美观、大方。

本温控系统的主要特点：

（1）提供友善的本地和远程界面，对温度值实时监测。

（2）对室内温度值可随时设定控制。

（3）显示组件效果比以往更精致。

（4）画面的仪表等组件显示更顺畅。

（5）具备有人闯入时的报警功能。

（6）利用云平台接入技术操作简单，可对设备进行远程管理。

1 温度控制系统的总体设计以及器件具体组成说明

整个控制系统核心分为两部分：数据采集和处理单元使用台达DVP 可编程控制器，数据传输通讯单元采用工业智能网关。根据实际应用情况可编程控制器PLC具体型号：DVP-SX，此机种为混合型主机，共有10 点通道，整个机型除包括4 点数字输入与2 点数字输出之外，还具有2 路通道的模拟量输入（电压/电流）及2 路的模拟量输出（电压/电流），同时均具有双极性电压/电流输出能力。同时，内部建立两位数的7 段数码管显示模块，可以直接对应控制器内部特殊寄存器显示通讯站号或客户自己定义的讯息代码，当PLC 在执行程序过程中有错误产生时LED 数码管会交替闪烁Er 信息与数字01（表示文法检查错误）、02（表示程序遗失）。台达PLC 型号DVPSX10R 为一种最新设计的电子装置，主要将4 路外部的输入装置比如按键、感应器开关等通断状态和2 路模拟量读取后，依据这些输入信号的实时状态或模拟数值的大小并根据内部预先下载到程序储存器所编写的程序，然后以内部微处理器执行各种逻辑运算，以产生相对应的输出执行信号到输出继电器（Relay）的开关带动接触器吸合使加热板加热，来控制室内温度程序的操作达到调温的目的。并且藉由其周边的个人计算机装置轻松地编辑或修改程序以及监控装置状态，可以进行现场程序的实时维护与调整，并且用来编程的语言普遍使用PLC程序设计的语言，即简单明了的梯形图程序设计语言。

控制器的IO 输入输出分配如下：AD 部分使用I0+作为温度传感器的模拟信号输入，输入为电流输入，范围为4～20 mA，信号来自和铂电阻连接的温控模块，模拟通道的COM 端接24 V 的负极构成控制回路。数字量输入部分X0 端为人体红外开关信号输入，X1、X2 作为远程/本地选择开关输入信号，输出端Y0、Y1 连接2 个继电器线圈用来控制加热板的交流接触器和有人闯入报警灯。PLC 与工业智能网关RS485 总线连接，网关供电为24 V，采用4G 流量卡产生无线信号接入云端和物联网。触摸屏采用台达产品型号为DOP-100，供电也为24 V，和PLC 用RS232 串口线相连。

2 现场的触摸屏界面操作与具体功能

现场控制采用7 寸屏人机交互界面，开发软件为DOPSoft，使用户在界面操作上十分便利并且提供良好的操作环境，触摸屏总体规划为4 个界面，其中包括1 个主界面和3 个辅助界面。主界面画面背景是台站动态图，每隔一秒进行切换，用来动态显示台站说明。画面具有标题栏、日期栏、系统时间显示栏以及背景的对比度调整控件，可实时显示时间日期和对画面进行调节。主界面包括3 个绿色的3D 按钮，按钮上标有文字说明，它们的功能：能够分别进入温度显示界面、温度设定界面和设备控制界面，这3 个界面是主界面的子界面，分别用来通过点击按钮进入子界面，在子界面中有返回按钮，点击后又可切换回主界面。

温度显示界面用来显示台站的实时温度，在窗口中能实现有以下几种显示方式：数字窗口显示、3D 仪表显示、柱状图显示、饼状图显示，另外画面还提供温度历史数据列表。窗口显示可显示目前温度的数字值，数值随着温度的变化而变化。仪表显示3D 控件背景为黄色，刻度范围：-50℃～50℃，每隔10℃进行标注，仪表指针随时指向现场温度所在的位置。柱状图带有刻度，背景为白色前景为蓝色也可显示温度值，同时此界面还具有历史数据查阅显示功能列表，随着时间的变化而随时显示此时刻的值，界面底部有返回主界面按钮，点击可回到主界面。

温度设定界面主要功能是用来设定保持室内温度的区间范围，可分别对所要满足室内加热要求的温度最大值、最小值、报警值进行设定。使加热板在室内的温度低于所设定的温度最小值时电控柜内的交流接触器吸合启动加热，当实际温度等于或大于所设定的温度最大值时交流接触器断开停止加热，温度达到报警温度必须切断加热系统（报警设定值应大于最大设定值）。设定值窗口显示设定值，窗口旁的增减按钮用来修改设定值，设定界面也是通过返回按钮返回主界面。

设备控制界面分为两部分，其中左边部分用来显示远程模式下的设备运行状态，以便台站工作人员随时了解加热系统的运行状态，在页面上可以对以下运行动态进行状态监视：人体红外开关通断运行状态、加热板启动停止加热状态、本地/远程运行状态、报警指示灯运行状态。在右边部分是2 个开关按钮用于在本地运行时手动强制加热板和报警灯的启动/停止，界面具有返回主界面按钮。

3 如何利用公有云对现场温控设备进行监控以及远程操作

3.1 公有云平台概述

分布式设备数据云平台包含3 个部分：针对分布式设备所采集的数据进行处理、专为现场设备采集数据应用服务的云端服务平台和为数据透传所设立的云服务平台。它们的功能主要是对分布在各地的型号不同、通讯协议复杂的应用设备进行协议解析、海量数据分析、数据应用开发及实现。

（1）分散各地的分布式设备数据处理中心的功能：对数据汇总、数据提取、数据解析、数据处理及存储提供支持，并且为各种物联网服务提供中间件，为用户管理设备和开发专用的应用系统提供平台。对于数据加密和证书分发，数据采集设备接入，多类型数据挖掘和数据分析，以及数据的二次应用提供有力支持。

（2）设备数据应用服务的云端服务平台：根据设备厂家的要求，采用网络云平台的方式为用户建设一套标准的应用平台，其功能为对设备、网关、变量、报警、运维、地理信息等管理、生命周期管理和数据分析，是一个专门的管理和业务运营平台。

（3）数据服务透传云平台：台站温控系统使用物通博联公司出品的智能网关是根据设备远程运营和维护的要求，为用户建立与现场设备数据透传的通道，从而方便地对现场设备进行远程编程、监控以及上下载程序。

产品具体形态包括：物联网的中间件、为设备提供的云平台、手机微信小程序和设备维护快线等平台，具有免编程、免安装软件的特点，可快速实现现场设备与温控系统的连接和通信，无论何时何地只要通过电脑浏览器、手机APP 和应用软件实现对现场设备的远程数据监控、运维、管理等工作。

3.2 云平台的功能设置

云平台的设置主要包括两部分：用户权限设置和管理目录的添加设置。用户权限设置：先进行系统管理设置然后设置账户管理，最后对站点设备分配。设备管理目录的添加设置的流程顺序：（1）设备管理设置。（2）高级管理设置。（3）客户管理设置。（4）地区管理设置。（5）站点管理设置。（6）网关管理设置。（7）机型管理设置。

通过浏览器访问进入云端界面，通过输入厂家提供的初始用户名、密码登录云平台，在主页的右侧功能栏点击功能键进行设置。在功能栏中主要对配置管理、系统管理配置，点击“我的设备”功能按钮查看结果。在系统管理下的账户管理中创建用户，用户根据权限的不同分为机构管理员、设备管理员、设备维护人员、设备监视员、测试用户。账户设置之后再到功能栏中的配置管理下的网关管理添加网关功能，将无线网关的唯一序列号录入进去。下一步继续在功能栏中的机型管理中配置机型名称、机型协议、机型接口、CPU 类型等，机型定义之后要对需要监控的设备变量进行定义。最后在配置管理下的设备管理中点击部署按钮完成基本设置，同时数据就可传上来了。

3.3 云平台组态功能的设计

设备组态功能是目前对工业现场设备监控操作的功能应用，数据云平台通过设置，也可以使用画面组态的方式来演示现场运行情况及远程控制，在组态画面集成了动态的实时数据和数据曲线的显示、现场数据的读写、历史数据的查询、故障报警和设备控制等功能，可以使用户操作更方便、快捷。

远程云组态设计分为电脑浏览器版和手机版，具体操作为通过功能栏中设备管理下的“机型管理”项目中的组态定义来完成。具体组态画面和本地触摸屏画面类似，分为主画面和子画面，画面之间通过按钮切换，画面中的控件经行数据绑定与变量建立联系来满足远程操作。

4 结束语

利用公有云平台对无人值守地震台室内温度系统设计完成后，在黑龙江省五大连池地震台进行了实际检测，完全满足在设定温度区间内加热板的正常工作，在网关中流量卡流量正常情况下，远程电脑终端和手机小程序中数据监测和控制都达到预期效果。