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基于物联网技术的新型数据采集与监控系统设计

来源:中国一卡通网  作者:广州杰赛科技股份有限公司 傅仁轩 肖连风  发布时间:2011-09-23 11:50:16  字体:[ ]

关键字:物联网  监控  数据采集  

摘   要:文章根据物联网的三种应用架构并结合数据采集与监控系统的体系结构,设计了一种新型数据采集与监控系统方案,该系统将有线通信与无线通信、无线传感网络短距离通信与GPRS/CDMA/3G远距离通信有机地结合起来,提出了监控中心应用软件网络功能的需求、远程数据采集终端现场传感器与终端之间无线组网的方式。该系统与传统的实现方案相比,该方案的通信组网有明显的优势。


  3.2 新型SCADA系统设计

  根据物联网的三种应用架构,结合SCADA系统的体系结构,在物联网发展的今天,SCADA系统的结构、通信网络、现场数据采集终端都会发生新的变化。

  (1)监控中心

  监控中心由硬件设备和应用软件组成。

  硬件设备:在满足网络功能要求的前提下,采用云计算概念,主要功能在服务器上完成,用云终端代替操作员站与管理员站的计算机,简化操作员站与管理员站的硬件设备,提高系统的安全性、可靠性,便于系统功能与规模的扩充。

  应用系统软件:在满足一般使用要求的前提下,需要强大的网络功能,由传统点到点的SCADA系统发展为端到端的互联网协议架构系统。在物联网发展的今天,应设计以下功能:
  ◆支持PDA、智能手机作为操作终端
  SCADA系统软件直接支持智能手机作为操作终端。
  这使得SCADA的使用范围从监控室扩大到任何手机网络可以到达的区域。
  ◆远程组态和维护技术:SCADA系统的组态采用B/S结构,B/S结构即浏览器/服务器结构的软件,可提供很强的远程维护支持,大大降低项目实施和维护的成本。
  ◆多种的权限管理:传统SCADA系统的操作员是限定在很少的几个人,而现在SCADA系统是面向全企业不同层面、不同部门的人员提供服务的网站发展,这就要求SCADA软件具有多种权限支持。
  ◆视频与工业数据一体化:将现场视频与SCADA调度系统集成在一起,突出了调度决策的现场感知效果。

  (2)通讯网络

  兼容多种通信模式,如将无线专网、GPRS/CDMA/3G、光纤网及卫星网等,通过物联网通信技术,实现各种应用网络的互联互通,真正组成一个可连接各种感知终端的有机通信网络平台。

  (3)远程数据采集终端

  根据需要选用WSN/Wi-Fi等无线组网方式,增加现场组网的灵活性。

  应具有很强的通讯能力,自带以太网接口,在监控现场根据不同的采集对象选择不同的组网方式:对于数据采集,利用WSN无线传感器网络采集比较分散的传感器;对于视频采集,利用Wi-Fi无线组网。无论采用哪种无线组网方式均能减少布线、施工的工作量。

  WSN无线传感器网络具有以下优点:

  ◆成本低:WSN节点采用嵌入式处理器和存储器,就单个节点而言,硬件成本是较低的。WSN采用开放的简化ZigBee协议栈,工作在2.4GHz免执照的ISM频段。
  ◆对等网络多冗余、高可靠性:WSN没有严格的控制中心,所有节点地位平等,是一个对等式网络。节点可以随时加入或离开网络,任何节点的故障不会影响到整个网络的运行,具有很强的抗毁性。
  ◆组网能力强:支持树状、星状、网状等多种组网方式,网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施,节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为,节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
  ◆多跳(Multi-hop)路由:WSN节点通信能力有限,覆盖范围只有几十米到几百米,节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信,则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。

  利用WSN组网的现场数据采集终端拓扑图如图2所示:


图2 WSN组网的现场数据采集终端拓扑图

  4系统功能

  根据物联网技术的应用发展,SCADA系统的主要功能为:

  (1)数据采集:采集远程端站的数据。
  (2)报表功能:具有年、月、周、日报表及打印。
  (3)GIS功能:地图功能。
  (4)具有多种通信方式:有线/无线,专网/公网等。
  (5)数据处理:根据需要做数据分析、统计等。
  (6)报警处理:报警信息的处理。
  (7)信息预测分析:一些消耗量的预测分析。
  (8)设备管理:端站设备的安装时间、位置、故障日期等信息。
  (9)设备控制、监测。
  (10)事件日志。
  (11)图表分析。
  (12)参数查看:查看实时数据和历史数据,用户可以查看所有端站每时每分采集的各项数据,并具有查询此企业某时间点或时间段内的数据。
  (13)组态功能:任意增加、删除某一终端的信息;任意增加、删除AI、DI、PI等参数的信息。
  (14)查询功能:以数据库为核心,提供数据处理、查询、备份等功能。

  5结语

  设备互联的物联网,将是自动化企业的又一巨大潜在市场。本文紧紧围绕物联网技术应用架构,设计了新型的SCADA系统,突出了由传统点到点的SCADA系统发展为端到端的互联网协议架构系统的特点。现场数据采集终端采用无线传感器组网模式,体现了物联网的优势。随着物联网应用的推进,该系统在企业管理中将会发挥越来越重要的作用。

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