CN104881008A - 基于物联网的远程监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于物联网的远程监控系统，属于物联网技术领域，其包括前端接入设备RTU、PLC、SERVER服务器、监控主机，PLC与前端接入设备RTU相连，前端接入设备RTU与SERVER服务器相连，SERVER服务器与监控主机相连。本发明的基于物联网的远程监控系统，能够将检测到的实时数据以及生产人员在生产过程中发出的指令和输入的数据进行采集、分析、整理等二次加工并加以储存，然后上传到SERVER服务器，并将采集到的数据通过SERVER服务器实现和互联网相连，从而克服了传统监控系统无法联网的缺陷，实现了基于物联网的远程监控；同时该系统运行稳定可靠，具备很好的实用性。
Description
技术领域
本发明属于物联网技术领域，具体涉及基于物联网的远程监控系统。
背景技术
工业自动化的发展使得生产过程日益朝着高速、大型、连续、高效、集成与自动化的方向发展，鉴于这一发展趋势，对工业生产及制造过程的监控需要和要求也越来越高，比如对高危险性生产的过程中实现无人实时监控，在野外环境下定期查看设备状态，或者对大型生产车间每一个生产过程状态的实时监控等，然而中国的传统工业设备都不具备联网能力，很难实现通过互联网的方式对被监控设备进行远程监控，因此基于物联网的远程监控系统的研究迫在眉睫。
现有的传统的监控系统都是将被监控设备和监控软件直接相连，无法实现和互联网的直接通信。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种基于物联网的远程监控系统，用于对被监控设备实现基于物联网的远程监控，克服了现有的传统的监控系统无法联网的缺陷。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
基于物联网的远程监控系统，包括前端接入设备RTU、PLC、SERVER服务器、监控主机，所述的PLC与前端接入设备RTU相连，前端接入设备RTU与SERVER服务器相连，SERVER服务器与监控主机相连；其中，PLC与前端接入设备RTU相连实现PLC等控制设备和前端接入设备RTU进行通信； SERVER服务器具有公网IP，前端接入设备RTU接入互联网，并将采集到的数据实现保存；SERVER服务器与监控主机相连，将接收到的数据进行发布，传送到指定的监控主机上。
所述的监控主机上安装有组态软件和CT-SOFTWARE；其中，CT-SOFTWARE包括Client-PC和虚拟串口，二者无缝接入实现远程实时监控。
所述的SERVER服务器，包括数据库、通信服务程序、基于浏览器和手持设备进行登陆的服务程序、报警服务程序和数据分析程序，数据库与通信服务程序、基于浏览器和手持设备进行登陆的服务程序、报警服务程序和数据分析程序分别相连。
所述的RS485模块接口采用MAX485芯片。
所述的稳压模块采用型号为TPS5420的稳压芯片。
所述的外置看门狗模块采用MAX813芯片。
所述的以太网变压器模块采用HR911105A芯片。
STM32处理器是ST公司生产的STM32微处理器，其内核为ARM Cortex-M3，具有很高的代码密度。以太网通讯模块是基于WIZnet公司的W5500以太网通讯IC构建的。
其中，数据库，是SERVER服务器其余四个部分的数据支撑，后期能够对保存的数据及时查询。通信服务程序，实现了前端接入设备RTU和监控主机之间的数据传输和通信，建立起监控主机与前端接入设备RTU之间的通信桥梁，并将采集的数据保存到数据库。基于浏览器和手持设备进行登陆的服务程序，用户可以用浏览器或手机等终端方便的实现实时数据查看与监控。报警服务程序，当工作现场出现任何异常时则由报警服务程序向指定人发送报警信息。数据分析程序，对于采集到的数据通过数据分析程序，帮助客户进行数据分析实现增值。
工作原理：通过前端接入设备RTU和PLC相连接，并将检测到的实时数据以及生产人员在生产过程中发出的指令和输入的数据进行采集、分析、整理等二次加工并加以储存，然后上传到SERVER服务器，在后期的管理中通过已有的数据进行故障诊断以及险情预测等。同时在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控制输出，直接作用于生产过程。
有益效果：与现有技术相比，本发明的基于物联网的远程监控系统，能够将检测到的实时数据以及生产人员在生产过程中发出的指令和输入的数据进行采集、分析、整理等二次加工并加以储存，然后上传到SERVER服务器，并将采集到的数据通过SERVER服务器实现和互联网相连，从而克服了传统监控系统无法联网的缺陷，实现了基于物联网的远程监控；同时该系统运行稳定可靠，具备很好的实用性。
附图说明
图1是系统组成框图；
图2是前端接入设备RTU的结构图；
图3是SERVER服务器结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
如图1所示，基于物联网的远程监控系统，包括前端接入设备RTU（Remote Terminal Unit）、PLC、SERVER服务器和监控主机，PLC与前端接入设备RTU相连，前端接入设备RTU与SERVER服务器相连，SERVER服务器与监控主机相连。其中，监控主机上安装有组态软件和CT-SOFTWARE。CT-SOFTWARE包括Client-PC和虚拟串口。
其中，PLC与前端接入设备RTU相连，来实现PLC等控制设备和前端接入设备RTU进行通信，前端接入设备RTU与SERVER服务器相连，SERVER服务器具有公网IP，能够实现前端接入设备RTU接入互联网，并将采集到的数据实现保存。SERVER服务器与监控主机相连，将接收到的数据进行发布，传送到指定的监控主机上。监控主机上安装有组态软件，该组态软件可以基于虚拟串口与客户的监控软件CT-SOFTWARE进行无缝接入实现远程实时监控。
系统运行时，前端接入设备RTU通过RS232协议或RS485协议与PLC连接，在组态软件上创建PLC现场监控，组态软件通过虚拟串口将读写的PLC的指令发给CT-SOFTWARE （上位机通信软件），由CT-SOFTWARE解析出PLC的地址及对应的RTU的ID号，再由CT-SOFTWARE将指令通过网口发送到SERVER服务器，实现存储，然后SERVER服务器将相关数据发给RTU，最后由RTU发给PLC，从而实现对PLC的监控和调试。
如图2所示，前端接入设备RTU是一种以基于ARM Cortex-M3内核的STM32103RET6处理器为核心的远程监控系统，前端接入设备RTU包括STM32处理器、外置看门狗模块、以太网通讯模块、以太网变压器模块、RS485接口模块和稳压模块；其中，STM32处理器与外置看门狗模块、稳压模块、RS485接口模块和以太网通讯模块分别相连，以太网通讯模块与以太网变压器模块相连。
首先为了实现单片机和PLC或者服务器之间的数据通信，则必须要设计RS485模块接口；通过RS485通信接口，主机可以查询信息传送给从机，并且从机也可以将采集到的实时数据回应给主机。该模块主要采用RS485信号收发专用芯片MAX485来实现信号的转换，每个器件中都具有一个接收器和一个驱动器，驱动的频率不受限制，可以实现最高2.5Mbps的传输速率。控制器采用的是ST公司的STM32微处理器，基于ARM Cortex-M3内核，具有很高的代码密度，用于对采集的数据进行存储。由于RTU的使用环境与PLC的使用环境相同。为了保障其保持与PLC一直的平均无故障工作时间（Mean Time Between Failure，MTBF），防止程序跑飞，本系统设计了基于MAX813外置看门狗芯片为核心的外置看门狗来保证系统的稳定。通过以太网通讯模块实现了将采集出的数据和互联网服务器之间的连接，便于后面的查询和调用，为嵌入式系统提供了更加简易的互联网连接方案。为了实现抑制干扰的目的，本设计采用内置以太网变压器、状态显示灯和电阻网络的RJ45接座HR911105A，具有耦合、电气隔离、阻抗匹配的作用。在系统运行过程中，为了防止电压不稳定因素的存在，设计中使用新一代开关降压稳压器TPS5420为核心的稳压模块来实现稳压的目的。其输入电压为5.5V-36V，输出电流为1A。输入电压范围比较宽，具有较高的转换率，输出电压范围从1.22V-35V，精度能够达到1.5%。内部设计好放大器补偿网络，大幅度减小了外部元件，减小了外部电感电容的体积。而且具有很好的线性调整率和瞬时响应能力，其保护系统包括过流保护和芯片过热保护。
如图3所示，SERVER服务器，包括数据库、通信服务程序、基于浏览器和手持设备进行登陆的服务程序、报警服务程序和数据分析程序，数据库与通信服务程序、基于浏览器和手持设备进行登陆的服务程序、报警服务程序和数据分析程序分别相连。
SERVER服务器的工作流程为通过通信服务程序实现前端接入设备RTU和监控主机之间的数据传输和通信，建立起监控主机与前端接入设备RTU之间的通信桥梁，并将采集的数据保存到数据库中，数据库是其余四个部分的数据支撑，后期能够对保存的数据及时查询。通过基于浏览器和手持设备进行登陆的服务程序，用户可以用浏览器或手机等终端方便的实现实时数据查看与监控。当工作现场出现任何异常时则由报警服务程序向指定人发送报警信息。对于采集到的数据通过数据分析程序，帮助客户进行数据分析实现增值。
上述过程中，PLC为西门子公司生产的型号为S-200的PLC。稳压模块采用型号为TPS5420的稳压芯片。RS485接口模块采用型号为MAX485ESA的通信接口芯片。以太网变压器采用型号为HR911105A的变压芯片。以太网通讯模块为型号为WIZnet公司生产的型号为W5500的通讯芯片。外置看门狗模块采用型号为MAX813的外置看门狗芯片，STM32处理器采用ST公司的型号为STM32F103ZET处理器芯片。
基于物联网的远程监控系统的工作过程：系统运行时，RTU通过RS485的A+，B-端子和PLC相连，用网线通过RJ45口与路由相连，PC与路由相连。RTU和CT-software（上位机通信软件）作为网络客户端，SERVER端作为网络服务器，RTU和CT-software主动连接SERVER服务器建立通信通道；长按RTU自动搜索PLC地址功能键搜索PLC地址并绑定RTU唯一ID，向SERVER服务器注册，如果PLC地址和RTU的ID唯一存在，绑定通信套接字，表明注册成功，反之注册失败，并将结果反馈CT-software，CT-software响应注册成功应答，系统进入数据通信状态。组态软件通过虚拟串口把操作PLC的读写指令发送给CT-software，CT-software把串口数据打包成网络数据发给SERVER服务器，数据包里包含目的RTU的ID和PLC地址，SERVER服务器通过RTU的ID和PLC地址找到目的RTU并发送数据包，RTU把网络数据转换成串口数据，通过RS485总线发给PLC，完成一次数据单向传输。PLC收到数据给出应答，通信方向与之相反，不再赘述。
Claims (8)
1.基于物联网的远程监控系统，其特征在于：包括前端接入设备RTU、PLC、SERVER服务器、监控主机，所述的PLC与前端接入设备RTU相连，前端接入设备RTU与SERVER服务器相连，SERVER服务器与监控主机相连；其中，PLC与前端接入设备RTU相连实现PLC等控制设备和前端接入设备RTU进行通信； SERVER服务器具有公网IP，前端接入设备RTU接入互联网，并将采集到的数据实现保存；SERVER服务器与监控主机相连，将接收到的数据进行发布，传送到指定的监控主机上。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的远程监控系统，其特征在于：所述的监控主机上安装有组态软件和CT-SOFTWARE；其中，CT-SOFTWARE包括Client-PC和虚拟串口，二者无缝接入实现远程实时监控。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的远程监控系统，其特征在于：所述的前端接入设备RTU包括STM32处理器、外置看门狗模块、以太网通讯模块、以太网变压器模块、RS485接口模块和稳压模块；其中，STM32处理器与外置看门狗模块、稳压模块、RS485接口模块和以太网通讯模块分别相连，以太网通讯模块与以太网变压器模块相连。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的远程监控系统，其特征在于：所述的SERVER服务器，包括数据库、通信服务程序、基于浏览器和手持设备进行登陆的服务程序、报警服务程序和数据分析程序，数据库与通信服务程序、基于浏览器和手持设备进行登陆的服务程序、报警服务程序和数据分析程序分别相连。
5.根据权利要求3所述的基于物联网的远程监控系统，其特征在于：所述的RS485模块接口采用MAX485芯片。
6.根据权利要求3所述的基于物联网的远程监控系统，其特征在于：所述的稳压模块采用型号为TPS5420的稳压芯片。
7.根据权利要求3所述的基于物联网的远程监控系统，其特征在于：所述的外置看门狗模块采用MAX813芯片。
8.根据权利要求3所述的基于物联网的远程监控系统，其特征在于：所述的以太网变压器模块采用HR911105A芯片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150902 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |