主頁（http://m.by236.com）：基于現(xiàn)場總線的嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

引 言
    當今，工業(yè)控制系統(tǒng)的網絡化、標準化一直是業(yè)界比較關注的課題，對于大型的工業(yè)現(xiàn)場，由于被控對象、測控裝置等設備的地域分散性，以及控制任務的實時性要求，大多數控制設備還停留在單點本地通信，其作用距離短，無法實現(xiàn)與企業(yè)信息網絡的相互融合。隨著計算機、網絡通信和Internet技術的飛速發(fā)展和不斷進步，嵌入式系統(tǒng)在家庭和工業(yè)等多個領域得到越來越廣泛的應用，而如何將嵌入式系統(tǒng)和基于嵌入式的現(xiàn)場總線工業(yè)控制系統(tǒng)接入Internet，利用嵌入式系統(tǒng)作為中間件實現(xiàn)對FCS群控系統(tǒng)的遠程管理和控制，已成為人們越來越關注的研究課題。

    基于Web的B/S模式的遠程監(jiān)控技術具有非常重要的特點：即只要是有Internet接入的地方，用戶就可以通過Internet登錄服務器，對現(xiàn)場設備群進行遠程監(jiān)控和管理。這里從監(jiān)控設備的網絡化出發(fā)，利用現(xiàn)場總線、嵌入式系統(tǒng)和Internet技術的優(yōu)勢，設計一種基于B/S模式、具有高可靠性和高安全性的嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)架構。

l 嵌入式系統(tǒng)與現(xiàn)場總線
1.1 嵌入式系統(tǒng)
    嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。一般，嵌入式系統(tǒng)由處理器、存儲器、輸入/輸出設備和軟件(包括操作系統(tǒng)和應用程序)4部分組成。由于Internet技術的滲透，嵌入式系統(tǒng)正變得越來越智能化并具有越來越多的網絡友好特性。Internet技術的飛速發(fā)展，給嵌入式系統(tǒng)進入工業(yè)控制提供了絕佳的途徑。在現(xiàn)場儀表和工業(yè)設備層之間應用嵌入式技術是工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，而把嵌入式技術和Internet技術結合起來用于現(xiàn)場測控系統(tǒng)中，使得整個工控網絡易于和信息網絡實現(xiàn)無縫連接。

1.2 現(xiàn)場總線技術
    現(xiàn)場總線技術是將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使之數字化、智能化，采用可進行簡單連接的雙絞線等介質將位于現(xiàn)場的各種智能設備及各種控制設備連接成網絡系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議進行數據傳輸與信息交換。它突破了DCS相對封閉的限制，將測控任務分散到現(xiàn)場設備中，上位計算機只負責監(jiān)控以及一些復雜的優(yōu)化和先進控制的功能。它依靠具有數據采集、運算、控制、通信能力的微處理芯片，通過現(xiàn)場數字化儀表對工業(yè)生產裝置實現(xiàn)徹底的分散控制。它以現(xiàn)場分散的測量點，控制儀表的單個點作為網絡節(jié)點，將這些點以總線形式連接起來，形成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。

    現(xiàn)場總線屬于最底層的網絡系統(tǒng)，是網絡集成式全分布控制系統(tǒng)，它將原來集散型的DCS系統(tǒng)現(xiàn)場控制機的基本功能，分散在各個網絡節(jié)點處。為此，可以將原來封閉、專用的系統(tǒng)變成開放、標準的系統(tǒng)，使得不同制造商的產品可以互連，是DCS系統(tǒng)的更新?lián)Q代產品。FCS簡化了系統(tǒng)結構，降低了成本，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

2 系統(tǒng)結構簡介
2.1 系統(tǒng)設計方案
    系統(tǒng)的整個結構框圖如圖1所示。在生產車間將整個設備通過FCS系統(tǒng)連接組網，形成統(tǒng)一的設備層，其組網方式是RS 485工業(yè)總線。中間件為嵌入式系統(tǒng)，通過驅動ARM板上的RS 485接口，實現(xiàn)與下層設備的相互通信。同時，在嵌入式系統(tǒng)中嵌入小型Web服務器用以實現(xiàn)對下層數據的接收與讀取。

    系統(tǒng)的上層設計了可以與Internet直接相連的網絡接口，能夠將系統(tǒng)直接掛接入Internet信息網。只要給嵌入式操作系統(tǒng)分配一個IP地址，不用為每個生產設備在接入網絡之后都分配一個IP地址，整個底層設備統(tǒng)一由CGI編程采用自己設定的地址識別各個硬件設備，這樣就大大節(jié)約了IP地址的使用。

    遠程客戶端，只要能夠上網，就可以授權用戶通過IP地址登錄到該系統(tǒng)，監(jiān)控整個生產過程和設備的相關信息。同時該系統(tǒng)還提供了一個接口，用以生產現(xiàn)場的監(jiān)控，可讓一線員工在現(xiàn)場直觀地了解和記錄有關的生產信息。

2.2 系統(tǒng)方案分析
    該方案的遠程監(jiān)控系統(tǒng)結構是采用B/S模式，相對于傳統(tǒng)的C/S模式結構而言，三層的B/S體系結構是把原來在客戶機一側的應用程序模塊與顯示功能分開，將它放到Web服務器上單獨組成一層，客戶機上只需通過單一的瀏覽器，這樣就可以把負荷均衡的分配給Web服務器，客戶機上的壓力大大減輕。B/S結構主要是利用不斷成熟的Web瀏覽器技術，結合瀏覽器的多種編程語言和Web技術，用通用的瀏覽器就實現(xiàn)了原來需要復雜專用軟件才能實現(xiàn)的強大功能，并節(jié)約了開發(fā)成本。

    整個系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)中移植入實時的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，并安裝了Web服務器，充當中間件的功能。底層控制網絡通過RS 485總線組網后，以RS 485總線接入系統(tǒng)的硬件端，將所采集的數據和相關信息放入到Linux Web服務器中，使得嵌入式設備與底層設備能互相通信。由于在一些環(huán)境惡劣的工業(yè)生產現(xiàn)場，并不適合用PC機作服務器，采用ARM等系列嵌入式系統(tǒng)具有功耗低，穩(wěn)定性好，可靠性高等特點。

3 系統(tǒng)的硬件平臺
    該系統(tǒng)對車間浸油罐進行數據采集和遠程監(jiān)控，所選擇的嵌入式微處理器必須能夠在所生產的環(huán)境中進行可靠的工作。這里所討論的嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)所選擇的CPU是S3C2410處理器。S3C2410是韓國Sa―mstmg公司出產的一款基于ARM920T內核的16/32位RISC嵌入式微處理器，主要面向高性價比、低功耗的手持式設備的應用。其整個硬件框圖如圖2所示。

    其中的核心模塊包括CS8900，RS 485總線接口，F(xiàn)LASH SDRAM，復位和時鐘電路等；主要功能是工業(yè)現(xiàn)場信息采集和與遠程客戶機的通信。由于Linux操作系統(tǒng)中直接包含有TCP/IP等各個網絡協(xié)議，因此直接在平臺上進行Linux操作系統(tǒng)的移植，就免去了開發(fā)網絡協(xié)議的難度。系統(tǒng)提供了一個RJ45以太網接口，直接可以與Internet進行通信。該系統(tǒng)重點用以解決與Internet的通信問題和信息發(fā)布問題。