【正文】 《 基于 Web 設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 》 設(shè)計報告 姓名 ： 學(xué)號： 班級： 計算機(jī) 0801 指導(dǎo)教師： 完成日期 :2021/9/18 (一 ) 前言 1 近年來隨著計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， 遠(yuǎn)程監(jiān)控 系統(tǒng)獲得了飛速的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于工商業(yè)的各個方面，如生產(chǎn)、檢測、監(jiān)控等。而基于 Web 的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是指通過 Inter，使用 TCP／ IP 技術(shù)，讓管理層或調(diào)度人員能夠看到生產(chǎn)現(xiàn)場的實時信息，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程調(diào)度、指揮決策以及對生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程在線配置和故障診斷等。將Web 技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，既減化了操作、延伸了管理范圍，又減少了軟件升級和維護(hù)費(fèi)用。 能夠 實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程調(diào)度指揮決策以及遠(yuǎn)程對生產(chǎn)設(shè)備的在線配置和故障診斷等功能由于電力系統(tǒng)中電網(wǎng)復(fù)雜程度的增加對電力設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求越來越高電力公司要求采用更多的遠(yuǎn)方集中控制和集中操作目前很多 35 kV 和 110 kV 電力設(shè)備都實現(xiàn)了無人值班，如何將這些無人值班電力設(shè)備的運(yùn)行信息上傳到調(diào)度中心是一個值得討論的課題按照常規(guī)的辦法只要有 RTU 遠(yuǎn)動設(shè)備便可以實現(xiàn)無人值班但是隨著以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)的普及人們意識到可以利用這些開放的網(wǎng)絡(luò)來傳輸無人值班電力設(shè)備的運(yùn)行信息應(yīng)用 Web 技術(shù)實現(xiàn)電力設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控使得以往的許多操作可以在客戶端的瀏覽器中實現(xiàn)即簡化了操作延伸了電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的管理范圍又大大減少了軟件的升級維護(hù)費(fèi)用。 本項目的完成，實現(xiàn)了監(jiān)控電壓的改變，并將改變后的實時數(shù)據(jù)展現(xiàn)到 WEB 動態(tài)網(wǎng)頁上，以數(shù)據(jù)和條形圖及顏色的不同來告知用戶實時電壓的多少 。 (二 ) 總體設(shè)計 基于 WEB的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)一般可以分為三層：現(xiàn)場智能設(shè)備層、 SCADA層、遠(yuǎn)程監(jiān)控層。 以太網(wǎng)連接圖如圖 1所示。 圖 1. 以太網(wǎng)連接圖 1．現(xiàn)場智能設(shè)備層 現(xiàn)場智能設(shè)備層的核心是現(xiàn)場總線，現(xiàn)場設(shè)備則是以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的形式掛接在現(xiàn)場總線上。依照現(xiàn) 場總線的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，底層智能設(shè)備采用了功能塊的 2 結(jié)構(gòu)，通過組態(tài)設(shè)計，從而完成數(shù)據(jù)采集、 A／ D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、溫度壓力補(bǔ)償、 PID控制以及閥位補(bǔ)償?shù)取? 2． SCADA監(jiān)控層 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的第二層結(jié)構(gòu)是 SCADA(數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控 )監(jiān)控層，這一層從現(xiàn)場設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，完成各種控制、運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測、報警和趨勢分析等功能，另外還包括控制組態(tài)的設(shè)計和下裝。監(jiān)控層的功能一般由上位計算機(jī)完成，一般它通過擴(kuò)展槽中網(wǎng)絡(luò)接口板與現(xiàn)場總線相連，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信；或者通過專門的現(xiàn)場總線接口 (轉(zhuǎn)換器 )實現(xiàn)現(xiàn)場總線網(wǎng)段與以太網(wǎng)段的 連接，這種連接方式使系統(tǒng)配置更加靈活。監(jiān)控層處于以太網(wǎng)中，因此它的關(guān)鍵技術(shù)是以太網(wǎng)與底層現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)絡(luò)間的接口部分，主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場總線協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)包的正確解釋和傳輸。監(jiān)控層除了上述功能外，還為實現(xiàn)先進(jìn)控制和遠(yuǎn)程操作優(yōu)化提供支撐環(huán)境。 3．遠(yuǎn)程監(jiān)控層 遠(yuǎn)程監(jiān)控層的主要目的是在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下構(gòu)建一個安全的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。首先要將中間監(jiān)控層的數(shù)據(jù)庫中的信息轉(zhuǎn)入上層的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，這樣遠(yuǎn)程用戶就能隨時通過瀏覽器查詢網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)以及現(xiàn)場設(shè)備的工作狀況，對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時的遠(yuǎn)程監(jiān)控。用戶被賦予一定的權(quán)限 后，還可以在線修改各種設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，從而在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)實現(xiàn)底層測控信息的實時傳遞。目前，遠(yuǎn)程監(jiān)控實現(xiàn)的途徑就是通過 Inter，主要方式是租用企業(yè)專線或者利用公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)。由于涉及實際的生產(chǎn)過程 ， 第 2章基于 Web的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的分析必須保證網(wǎng)絡(luò)安全，可以采用的技術(shù)包括防火墻、用戶身份認(rèn)證以及密鑰管理等。 硬件結(jié)構(gòu)如圖 2所示： 圖 2. 三層 C/S硬件結(jié)構(gòu) 軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3所示 3 圖 3. 軟件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) (三 ) 嵌入式 WEB 服務(wù)器的選擇和移植 1. 選擇 gohead 的理由 在許多的 web server中有許 多輕量級的 web server,如 boa , t,ligd等 ,但如果要有較高的安全性和能為后期的 web開發(fā)開發(fā)提供便利的嵌入式 web服務(wù)器 ,上面提到的幾個 web server顯得太單薄了 .為了提高一定的安全性能 .綜合比較了大幾款輕量級 ,嵌入式 web 用由 Michael O39。Brien架構(gòu)的 web服務(wù)器 :goahead 2. gohead 的移植方法和步驟 （ 1） 首先下載 goahead服務(wù)器的壓縮包，將其拷貝到 件夾下； （ 2） 進(jìn)入虛擬機(jī)，打開 root主目錄 /home/bc找到 goahead壓縮包，復(fù)制到 /arm2410s/exp/basic下，并解壓得到 ws031202文件夾； L!! （ 3） 修改 LINUX目錄下的 MAKEFILE文件，添加兩個變量 .. CC=armv4lunknownlinuxgcc AR= armv4lunknownlinuxar cc 改為 $(CC) 修改 LINUX下的 initWEB()屏蔽 if循環(huán) 加入語句： =i_addr(“”) （ 4） 新建終端 ，并依次輸入以下命令 mini mount – t nfs ： /arm2410s /host cd / cd mnt/yaffs 4 ls cd ad ls insmod cd .. mount – t nfs ： /arm2410s /host cd / cd host/exp/basic/ws031202/ LINUX ./webs （ 5） 編譯 （ 6） make cd / cd arm2410s/exp/basic/ws031202/web/cgibin ls make armv4lunknownlinuxgcc – o main – lpthread （ 7） 在 IE上訪問 (即可看到 web server 服務(wù)器 )，如圖 4所示： 圖 4. web server 服務(wù)器 (四 ) CGI 應(yīng)用程序設(shè)計 (1)CGI(Common Gateway Interface)技術(shù) 5 CGI 是第一個針對圖形設(shè)備接口，而不是應(yīng)用程序接口的交互式計算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)。 CGI 的目標(biāo)是使應(yīng)用程序和圖形庫直接與 各種不同的圖形設(shè)備相作用，使其在各種圖形設(shè)備上不經(jīng)修改就可以運(yùn)行，即在用戶程序和虛擬設(shè)備之間以一種獨(dú)立于設(shè)備的方式提供圖形信息的描述和通信。 CGI 規(guī)定了發(fā)送圖形數(shù)據(jù)到設(shè)備的輸出和控制功能，從圖形設(shè)備接收圖形數(shù)據(jù)的輸入、查詢和控制功能，因 CGI 是設(shè)備級接口，對出錯處理和調(diào)試的只提供了最小支持。 CGI 提供的功能集包括控制功能集、獨(dú)立于設(shè)備的圖形對象輸出功能集、圖段功能集、輸入和應(yīng)答功能集以及產(chǎn)生、修改、檢索和顯示以象素數(shù)據(jù)形式存儲的光珊功能集。在二維圖形設(shè)備中可以找到 CGI支持的功能，但沒有一個圖形設(shè)備包含由 CGI 定義的所有功能，從這個意義上說， CGI 定義了與虛擬設(shè)備的接口。 CGI 是設(shè)備級的計算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了一個 CGI 實現(xiàn)和 CGI 用戶之間的接口。一個 CGI 的實現(xiàn)叫做對象，對象既可以是硬件設(shè)備也可以是一個程序。 CGI 的用戶就是用 CGI 對象實現(xiàn)的與設(shè)備無關(guān)的應(yīng)用程序。 CGI 提供了一些功能來實現(xiàn)一個 CGI 對象和一個 CGI 應(yīng)用程序之間數(shù)據(jù)交換。對象和應(yīng)用程序之間的接口由 CGI 引用模式來描述，基于 CGI 對象和 CGI 應(yīng)用程序的配置情況，引用模式提供了一個概念上的框架說明 CGI 在一個計算機(jī)圖形環(huán)境中如何使用。 CGI有三種引用模式：應(yīng)用、對象和 CGI產(chǎn)生器與解釋器配置。為了使應(yīng)用程序創(chuàng)建、保存、修改和顯示圖形， CGI提供了管道機(jī)制 ，如圖 5所示： 圖 (2)CGI部分關(guān)鍵程序代碼 static int init_ADdevice(void) { if((adc_fd=open(ADC_DEV, O_RDWR))0){ printf(Error opening %s adc device\n, ADC_DEV)。 return 1。 } } static int GetADresult(int channel) { int PRESCALE=0XFF。 int data=ADC_WRITE(channel, PRESCALE)。 6 write(adc_fd, amp。data, sizeof(data))。 read(adc_fd, amp。data, sizeof(data))。 return data。 } int main(void) { int i。 float d[3] = {0} 。 void * retval。 if(init_ADdevice()0) return 1。 for(i = 0 。 i 3 。 i ++) d[i]=((int)GetADresult(i)*)/*100。 screen(d)。 return 0 。 } (五 ) 系統(tǒng)測試 1. 將程序下載到實驗箱后，運(yùn)行 gohead 服務(wù)器及修改后的 AD采集程序。 2. 打開 IE 瀏覽器輸入 ，顯示 AD數(shù)據(jù)采集結(jié)果， a0，a1， a2 分別表示三個不同的通道，及其后面條形圖依次是各自的 AD 數(shù)據(jù)結(jié)果，其中黑色代表高壓（大于 3V），灰色低壓（小于 ），綠色正常（ ~）， 3. 分別調(diào)整試驗箱上 a1， a2， a3 電壓值，依次得到 a0 低壓， a1 正常，a2高壓， 如圖 6 所示： 7 圖 6. a1 高壓， a2 正常， a3 低壓 4. 分別調(diào)整試驗箱上 a1， a2， a3 電壓值，依次得到 a0 正常 ， a1 正常，a2正常 ， 如圖 7 所示： 圖 7. a1 正常， a2 正常， a3 正常 (六 ) 總結(jié) 隨著 Inter 的飛速發(fā)展加快了信息的交流和信息的共享工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)由傳統(tǒng)的 DCS 和 Windows 風(fēng)格轉(zhuǎn)向 Web 風(fēng)格是一種潮流和必然借助于瀏覽器用戶可遠(yuǎn)程監(jiān)控電力設(shè)備的實時運(yùn)行情況對電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到了促進(jìn)作用應(yīng)該指出的是本文的方法不僅僅限于電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對于其它工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)也是適用的 8 參考文獻(xiàn) 【 1】 郝曉弘，蘇淵 ． 基于 Web 的變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) ． [學(xué)位 論文 ]，2021/6 【 2】 馬永光 ， 陸振國 .林永君基于 Inter 的電廠遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)[期刊論文 ] 2021/2 【 3】 史曉燕 . 網(wǎng)頁設(shè)計基礎(chǔ) :HTML,CSS 和 JavaScript[圖書 ]， 2021/10 附錄：程序清單 1. Gohead 里 ws031202\web\cgibin 目錄下 程序 ： include include include include sys/ include sys/ include sys/ include include include define ADC_DEV /dev/adc/0raw static int adc_fd = 1。 /**********************A/D 轉(zhuǎn)換初始化程序 ******************************/ static int init_ADdevice(void) { if((adc_fd=open(ADC_DEV, O_RDWR))0){ /如若打開文件錯誤，輸出錯誤信息 printf(Error opening %s adc device\n, ADC_DEV)。 return 1。 } } /**********************AD 轉(zhuǎn)換程序 *************************************/ static int GetADresult(int channel) //得到 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果 { int PRESCALE=0XFF。 int data=ADC_WRITE(channel, PRESCALE)。 write(adc_fd, amp。data, sizeof(data))。 read(adc_fd, amp。data, sizeof(data))。 return data。 } /*********************顯示數(shù)據(jù) ***************************************/ 9 void screen(float *d){ //向屏幕輸出顯示內(nèi)容， a a a3 三個端口的電壓值 int i。 printf(ContextType:text/html\n\n) 。 printf(headtitlesearch the data of a0 a1 a2