CN103605342B - 基于互联网的远程分布式控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于互联网的远程分布式控制系统及方法，该系统由远程操作站、现场控制站以及互联网构成，远程操作站包括控制策略组态软件模块、数据库组态软件模块、人机界面组态软件模块和客户端通信软件模块，现场控制站包括本地服务器、服务器端通信软件模块、控制站和现场设备，客户端、服务器端通信软件模块经互联网相连接；该方法包括：1、在远程操作站的组态软件中完成控制组态；2、远程操作站与现场控制站建立数据通信；3、现场控制站执行相应的控制逻辑组态，驱动现场设备运行并对实时数据进行采集和更新；4、利用远程操作站的组态软件完成控制组态的实时监控与调试。该控制系统及方法控制效果好，实时性高，适用范围广。

Description

基于互联网的远程分布式控制系统及方法
技术领域
本发明涉及工业自动化控制技术领域，特别是一种基于互联网的远程分布式控制系统及方法。
背景技术
随着计算机网络和自动化技术的发展，基于网络的远程控制系统和分布式控制系统已逐步发展为功能完善的智能化控制系统。而远程控制技术与分布式控制系统相结合的研究能够综合两种技术的优势，使得分布式控制系统可以克服地域的限制，实现远程监视和控制，大大提高分布式控制系统的应用范围与效率。但是，这两种技术相结合的大多数研究仍处在实验室研究阶段，而在实际应用领域中的尝试较少，而且许多实际控制系统的研究也仅仅实现了远程监视的功能，而远程控制的功能少有涉足。
近年来分布式控制系统远程控制功能的实现与改进也得到了很大的关注，但其应用效果仍然十分不理想。现有技术主要存在以下不足：（1）远程操作站往往只能通过浏览器或客户端软件操作少量的按钮及菜单，或者通过监控组态画面来完成简单的控制启停、参数修改、状态监测等功能。现场设备往往只能按照既定的控制程序完成相应的动作，组态工程师无法在远程操作站修改和调试控制策略，大大地限制了分布式控制系统远程控制的功能。（2）远程操作站往往只能通过监控组态画面或视频来观察设备的运行情况，图像与视频的传输具有较大的延时性，不利于控制系统的实时监控。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于互联网的远程分布式控制系统及方法，该控制系统及方法控制效果好，实时性高，适用范围广。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于互联网的远程分布式控制系统，由远程操作站、现场控制站以及互联网构成，所述远程操作站包括控制策略组态软件模块、数据库组态软件模块、人机界面组态软件模块和客户端通信软件模块，所述现场控制站包括本地服务器、服务器端通信软件模块、控制站和现场设备，所述服务器端通信软件模块运行在本地服务器中，所述客户端通信软件模块与服务器端通信软件模块经互联网建立连接关系；所述控制策略组态软件模块用于控制策略的编辑、调试与控制逻辑执行过程的监控；所述数据库组态软件模块用于设备数据库的建立和实时、历史数据库的管理；所述人机界面组态软件模块用于人机界面画面的组态与监控。
所述控制站的类型包括PLC以及基于QNX、Linux和Windows的IPC；所述现场设备的类型包括各种工业设备、医用设备、家居设备、交通系统设备以及机器人等。
所述控制策略组态软件模块、数据库组态软件模块和人机界面组态软件模块经远程操作站内的局域网相连，各组态软件模块与客户端通信软件模块通过共享内存方式进行数据交换，客户端通信软件模块再通过互联网与现场控制站进行数据通信；所述本地服务器、控制站与现场设备经现场控制站内的局域网相连，控制站与服务器端通信软件模块通过共享内存方式进行数据交换，服务器端通信软件模块再通过互联网与远程操作站进行数据通信；所述各组态软件模块指控制策略组态软件模块、数据库组态软件模块和人机界面组态软件模块。
本发明还提供一种基于互联网的远程分布式控制方法，包括以下步骤：
步骤1：针对由远程操作站、现场控制站以及互联网构成的控制系统，在远程操作站的组态软件中完成控制组态，所述控制组态包括数据库组态、控制逻辑组态和人机界面画面组态；
步骤2：利用客户端通信软件模块与服务器端通信软件模块，完成远程操作站与现场控制站的数据通信；所述客户端通信软件模块与远程操作站的各组态软件模块之间、所述服务器端通信软件模块与控制站之间均采用共享内存方式进行数据交换，客户端通信软件模块与服务器端通信软件模块之间通过互联网进行数据通信；
步骤3：现场控制站执行相应的控制逻辑组态，驱动现场设备运行，并对现场设备的实时数据进行采集和更新；
步骤4：利用远程操作站的组态软件完成控制组态的实时监控与调试。
在步骤1中，在远程操作站的组态软件中完成控制组态，包括以下步骤：
步骤101：利用数据库组态软件模块构建设备数据库，所述设备数据库用于记录控制系统需要的所有设备信息及其输入输出点关联情况；
步骤102：根据实际控制系统需要，通过控制策略组态软件模块在远程操作站进行控制逻辑的编辑、链接与调试，完成控制逻辑编程；
步骤103：通过人机界面组态软件模块在远程操作站进行人机界面画面的设计、编辑和链接，完成人机界面画面组态。
所述客户端通信软件模块用于采集串口数据、发送控制指令以及接收控制站返回的实时数据，包括存储在客户端的共享内存中来自组态软件的控制逻辑组态数据、人机画面组态数据、设备数据、相关控制和通讯指令以及存储在服务器端的共享内存中由控制站反馈回的现场设备的实时数据，所述客户端通信软件模块工作步骤如下：
步骤201：客户端主线程进行系统初始化，建立套接字socket，设置并监听端口；
步骤202：确认并接收服务器端的连接请求，建立通信线程；
步骤203：根据自定义的交互指令操作客户端的共享内存，更新共享内存中的数据；所述交互指令包括控制逻辑组态数据的离线传送、在线传送指令，组态元件的强制赋值与设备信息的写值，人机界面的控制指令，实时数据的更新与监控指令等；
步骤204：将共享内存中相应数据压缩并通过TCP/IP协议发送至服务器端，同时接收服务器端返回的数据。
所述服务器端通信软件模块用于接收客户端发送的数据，同时发送控制站中的实时数据至客户端，其工作步骤如下：
步骤301：建立套接字socket，设置并监听端口；
步骤302：确认并接收客户端的连接请求，建立通信线程；
步骤303：接收客户端数据并解压缩，更新服务器端的共享内存中的数据；
步骤304：将共享内存中待返回的现场设备的实时数据压缩，并通过TCP/IP协议发送至客户端。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明在远程操作站提供了图形化的控制逻辑编程工具，用户在远程端不仅可以通过监控组态画面来监控现场设备的运行，还能够对整个系统的控制策略进行修改、远程下载和调试，能够有效地提高了生产管理效率。
(2)本发明中用户可以在远程端在线修改控制策略和设备参数，不会影响到现场设备当前的运行状态。
(3)本发明提供的远程分布式控制系统不仅可以将现场设备的运行状态以图像的方式呈现在远程端，还可以将所有中间数据以数值或其他参数的形式实时地反馈在远程端的组态软件界面中，其响应时间或灵敏度仅取决于当前的网络时延情况。
(4)本发明提供的远程分布式控制方法适用于工业生产、交通指挥、智能家居以及移动机器人等多个领域，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例中远程分布式控制系统的原理图。
图2是本发明实施例中远程分布式控制方法的流程图。
图3是本发明实施例中客户端通信软件模块的工作流程图。
图4是本发明实施例中服务器端通信软件模块的工作流程图。
具体实施方式
本发明提供的基于互联网的远程分布式控制系统由远程操作站、现场控制站以及互联网构成，其对应的远程分布式控制方法是采用客户端/服务器模式、共享内存技术和基于互联网的TCP/IP协议来实现的。本发明中的远程操作站不仅可以通过监控组态画面来监控现场设备的运行，还可以实现控制策略的远程修改、下载和调试。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。
请参见图1，本发明基于互联网的远程分布式控制系统，由远程操作站、现场控制站以及互联网构成，所述远程操作站包括控制策略组态软件模块、数据库组态软件模块、人机界面组态软件模块和客户端通信软件模块，所述现场控制站包括本地服务器、服务器端通信软件模块、控制站和现场设备，所述服务器端通信软件模块运行在本地服务器中，所述客户端通信软件模块与服务器端通信软件模块经互联网建立连接关系。
所述控制策略组态软件模块用于控制策略的编辑、调试与控制逻辑执行过程的监控；所述数据库组态软件模块用于设备数据库的建立和实时、历史数据库的管理；所述人机界面组态软件模块用于人机界面画面的组态与监控。
所述控制站的类型包括PLC以及基于QNX、Linux和Windows的IPC；所述现场设备的类型包括各种工业设备、医用设备、家居设备、交通系统设备以及机器人等。
所述控制策略组态软件模块、数据库组态软件模块和人机界面组态软件模块经远程操作站内的局域网相连，各组态软件模块与客户端通信软件模块通过共享内存方式进行数据交换，客户端通信软件模块再通过互联网与现场控制站进行数据通信；所述本地服务器、控制站与现场设备经现场控制站内的局域网相连，控制站与服务器端通信软件模块通过共享内存方式进行数据交换，服务器端通信软件模块再通过互联网与远程操作站进行数据通信；所述各组态软件模块指控制策略组态软件模块、数据库组态软件模块和人机界面组态软件模块。
请参见图2，本发明还提供了一种基于互联网的远程分布式控制方法，包括以下步骤：
步骤1：针对由远程操作站、现场控制站以及互联网构成的控制系统，在远程操作站的组态软件中完成控制组态，所述控制组态包括数据库组态、控制逻辑组态和人机界面画面组态。具体包括以下步骤：
步骤101：利用数据库组态软件模块构建设备数据库，所述设备数据库用于记录控制系统需要的所有设备信息及其输入输出点关联情况。
步骤102：根据实际控制系统需要，利用控制策略组态软件模块完成控制逻辑编程。用户通过控制策略组态软件模块在远程操作站进行控制逻辑的编辑、链接与调试，完成控制逻辑编程。
步骤103：利用人机界面组态软件模块完成人机界面画面组态。用户通过人机界面组态软件模块在远程操作站进行人机界面画面的设计、编辑和链接，完成人机界面画面组态。
步骤2：利用客户端通信软件模块与服务器端通信软件模块，完成远程操作站与现场控制站的数据通信；所述客户端通信软件模块与远程操作站的各组态软件模块之间、所述服务器端通信软件模块与控制站之间均采用共享内存方式进行数据交换，客户端通信软件模块与服务器端通信软件模块之间通过互联网进行数据通信。
所述客户端通信软件模块的主要功能是利用套接字socket采集串口数据、发送控制指令以及接收控制站返回的实时数据，包括存储在客户端的共享内存中来自组态软件的控制逻辑组态数据、人机画面组态数据、设备数据、相关控制和通讯指令以及存储在服务器端的共享内存中由控制站反馈回的现场设备的实时数据。如图3所示，所述客户端通信软件模块工作步骤如下：
步骤201：客户端主线程进行系统初始化，建立套接字socket，设置并监听端口；
步骤202：确认并接收服务器端的连接请求，建立通信线程；
步骤203：根据自定义的交互指令操作客户端的共享内存，更新共享内存中的数据；所述交互指令包括控制逻辑组态数据的离线传送、在线传送指令，组态元件的强制赋值与设备信息的写值，人机界面的控制指令，实时数据的更新与监控指令等；
步骤204：将共享内存中相应数据压缩并通过TCP/IP协议发送至服务器端，同时接收服务器端返回的数据。
所述服务器端通信软件模块的主要功能是接收客户端发送的数据，同时发送控制站中的实时数据至客户端，如图4所示，其工作步骤如下：
步骤301：建立套接字socket，设置并监听端口；
步骤302：确认并接收客户端的连接请求，建立通信线程；
步骤303：接收客户端数据并解压缩，更新服务器端的共享内存中的数据；
步骤304：将共享内存中待返回的现场设备的实时数据压缩，并通过TCP/IP协议发送至客户端。
步骤3：现场控制站执行相应的控制逻辑组态，驱动现场设备运行，并对现场设备的实时数据进行采集和更新。
步骤4：利用远程操作站的组态软件完成控制组态的实时监控与调试。
用户可以通过控制策略组态软件在远程操作站进行控制逻辑在线修改、调试以及逻辑执行过程中间数据的监控等操作；可以利用人机界面组态工具在远程操作站实时监控设备的运行状态，并通过相应的操作按钮对现场控制站的设备进行远程控制。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于互联网的远程分布式控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：针对由远程操作站、现场控制站以及互联网构成的控制系统，在远程操作站的组态软件中完成控制组态，所述控制组态包括数据库组态、控制逻辑组态和人机界面画面组态；
步骤2：利用客户端通信软件模块与服务器端通信软件模块，完成远程操作站与现场控制站的数据通信；所述客户端通信软件模块与远程操作站的各组态软件模块之间、所述服务器端通信软件模块与控制站之间均采用共享内存方式进行数据交换，客户端通信软件模块与服务器端通信软件模块之间通过互联网进行数据通信；
步骤3：现场控制站执行相应的控制逻辑组态，驱动现场设备运行，并对现场设备的实时数据进行采集和更新；
步骤4：利用远程操作站的组态软件完成控制组态的实时监控与调试；
所述远程操作站包括控制策略组态软件模块、数据库组态软件模块、人机界面组态软件模块和客户端通信软件模块，所述现场控制站包括本地服务器、服务器端通信软件模块、控制站和现场设备，所述服务器端通信软件模块运行在本地服务器中，所述客户端通信软件模块与服务器端通信软件模块经互联网建立连接关系；
所述控制策略组态软件模块用于控制策略的编辑、调试与控制逻辑执行过程的监控；所述数据库组态软件模块用于设备数据库的建立和实时、历史数据库的管理；所述人机界面组态软件模块用于人机界面画面的组态与监控；
所述客户端通信软件模块用于采集串口数据、发送控制指令以及接收控制站返回的实时数据，包括存储在客户端的共享内存中来自组态软件的控制逻辑组态数据、人机画面组态数据、设备数据、相关控制和通讯指令以及存储在服务器端的共享内存中由控制站反馈回的现场设备的实时数据，所述客户端通信软件模块工作步骤如下：
步骤201：客户端主线程进行系统初始化，建立套接字socket，设置并监听端口；
步骤202：确认并接收服务器端的连接请求，建立通信线程；
步骤203：根据自定义的交互指令操作客户端的共享内存，更新共享内存中的数据；所述交互指令包括控制逻辑组态数据的离线传送、在线传送指令，组态元件的强制赋值与设备信息的写值，人机界面的控制指令，实时数据的更新与监控指令；
步骤204：将共享内存中相应数据压缩并通过TCP/IP协议发送至服务器端，同时接收服务器端返回的数据；
所述服务器端通信软件模块用于接收客户端发送的数据，同时发送控制站中的实时数据至客户端，其工作步骤如下：
步骤301：建立套接字socket，设置并监听端口；
步骤302：确认并接收客户端的连接请求，建立通信线程；
步骤303：接收客户端数据并解压缩，更新服务器端的共享内存中的数据；
步骤304：将共享内存中待返回的现场设备的实时数据压缩，并通过TCP/IP协议发送至客户端。
2.根据权利要求1所述的基于互联网的远程分布式控制方法，其特征在于：在步骤1中，在远程操作站的组态软件中完成控制组态，包括以下步骤：
步骤101：利用数据库组态软件模块构建设备数据库，所述设备数据库用于记录控制系统需要的所有设备信息及其输入输出点关联情况；
步骤102：根据实际控制系统需要，通过控制策略组态软件模块在远程操作站进行控制逻辑的编辑、链接与调试，完成控制逻辑编程；
步骤103：通过人机界面组态软件模块在远程操作站进行人机界面画面的设计、编辑和链接，完成人机界面画面组态。
3.根据权利要求1所述的基于互联网的远程分布式控制方法，其特征在于：所述控制站的类型包括PLC以及基于QNX、Linux和Windows的IPC；所述现场设备的类型包括各种工业设备、医用设备、家居设备、交通系统设备以及机器人。
4.根据权利要求1所述的基于互联网的远程分布式控制方法，其特征在于：所述控制策略组态软件模块、数据库组态软件模块和人机界面组态软件模块经远程操作站内的局域网相连，各组态软件模块与客户端通信软件模块通过共享内存方式进行数据交换，客户端通信软件模块再通过互联网与现场控制站进行数据通信；所述本地服务器、控制站与现场设备经现场控制站内的局域网相连，控制站与服务器端通信软件模块通过共享内存方式进行数据交换，服务器端通信软件模块再通过互联网与远程操作站进行数据通信；所述各组态软件模块指控制策略组态软件模块、数据库组态软件模块和人机界面组态软件模块。
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