基于嵌入式动态Web的网络监控系统

第32卷 第2期四川兵工学报2011年2月收稿日期:2010-12-26作者简介:邓新莉(1975 ),女,硕士,工程师,主要从事计算机控制系统方面的开发与设计工作。

自动化技术!基于嵌入式动态W eb 的网络监控系统邓新莉1,周江川2,张四平1,刘 珊1(1.重庆汉锦科技有限公司,重庆 400010;2.四川兵工学报,重庆 400050)摘要:针对加油站分布广,设备通信协议不统一难于实现集成监控,提出了一种基于嵌入式W eb 智能的集成监控系统实现方案。

系统核心设备采用以Intel X sca le IXP -422R ISC CPU 为基础的嵌入式W eb 智能服务器,现场各个加油站服务器通过工业以太网互联,组成一个广域的基于嵌入式W eb 智能服务的集成监控网络系统。

在加油站现场的局部区域,现场设备通过现场总线与W eb 服务器相接,完成嵌入式W eb 智能服务器对现场设备的集成监控。

系统采用分布式B /S 系统构架方式,W eb 动态浏览控制采用A pache +H t m l+P H P 的方案实现。

实际测试结果表明,该方案安全级别高,实时性好、抗干扰能力强、环境适应性好。

关键词:W eb ;嵌入式系统;协议转换;网络监控系统中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:1006-0707(2011)02-0069-04将W eb 技术用于工业监控领域已成为热点话题[1-3],借助在工业现场控制设备中运行嵌入式W eb 服务器,用普通W eb 浏览器可在任何地方通过Interne t 对这些控制设备进行访问与监控,可方便地达到监控现场设备的目的[4-6]。

通过存储在现场控制设备中的网页,动态地反映现场设备的运行状态以及执行操作后的反馈信息,可以更准确、实时地采集数据、检测故障、控制设备、维护系统等。

本文以油品零售网络加油站监控系统设计为背景,讨论一类基于嵌入式动态W eb 的网络监控系统。

1 监控系统结构现以油品油料零售网络加油站监控系统为例,讨论基于嵌人式动态W eb 的监控系统结构。

如图1所示,加油站前庭的现场设备,如普通加油机、卡机联动加油机、油罐液位仪、价格指示牌、洗车设备和支付柱等等,可通过嵌入式W eb 服务器直接连接到In tranet /In ternet ,再通过以太网口或无线网口连接到W eb 浏览监控站或W eb 浏览移动监控站。

该系统架构有利于更加灵活地实现实时数据通讯、实时监控、网络安全与加密系统和采用嵌入式技术与W eb 技术,对系统实现动态监控与综合管理。

优越性主要体现在可方便地实现设备间的通信,设备可在线配置与控制,有利于实现实时数据存储转发,保证数据传送的完整性和安全性,以下对此作简要说明。

1)设备通信将不同种类加油设备的数据通过前端控制设备进行智能处理,可以方便地对系统进行监控管理与扩展。

采用工业级能适应恶劣工业环境的嵌入式智能电脑作为载体,根据通信需要可连接不同的设备,从系统层次对通信软件进行总体设计和面向对象的结构化程序开发,将不同设备的数据通信设计成不同的模块,可对不同加油设备进行统一控制与管理。

图1 网络监控系统架构图2)设备在线配置与控制可采用基于L i nux 的A pache +P H P +数据文件的动态W eb 开发模式,借助W eb 页面可方便灵活地实现设备配置和设置各种前庭设备;实时动态地反映各种设备的状态,比如加油机的油枪状态,加油累计量,加油累计金额,油罐液位仪的液位位置等;查看前庭控制器FCC(Fo recourt Contro ller)运行的日志文件,统计分析FCC 日志文件,获得FCC 运行统计数据,为排错、纠错提供依据;根据权限设定访问的内容,使每个管理系统的用户,都有不同的权限,但只有管理者才具有读和写的双重权限,以保证数据在网络上的安全传输,可提供密钥安全访问功能;实时更新加油机的油品油料油价表和上载加油机的油品油料油价表;可实现对各种前庭设备的控制,比如加油机的开、关,油枪的开、关等,可对多种加油设备进行情况更复杂、难度更高的监控。

3)实时数据存储转发能方便地将智能控制前端设备的内置ROM 分成Boot Loader ,L i nux K e rne,l M i n i R oot F ile Syste m 和U ser R oo t F il e Syste m 等4个区。

M i n iF ile Syste m 在因用户程序的原因而导致根文件系统崩溃时,可用做紧急根文件系统使用,当Boot Loader 加载U ser R oot F ile Sy stem 失败时,激活M i ni F ile Sys te m 。

可引入一种内嵌机制以防止系统崩溃,保证系统的稳定可靠性。

在实际的加油站控制系统中,若后台网络系统一旦出现故障,可使用S tore Fo r w ard 的数据通信方法,在通信故障期间可将数据存放到J FFS2文件系统上,待故障排除后,系统能自动地将采集数据转发至加油站控制系统中的相应主机上,不影响加油机及相关设备的正常工作,可保证数据的完整性和安全性。

1.1 W eb 服务器硬件结构W eb 服务器是一台使用Inte l X sca le I XP 422266M hz R ISC CPU 的高性能嵌入式计算机,它区别于普通采用C ISC 设计的X86CPU 的计算机性能,I X P 422采用高性能的半导体集成技术和R ISC 设计架构,在减少热量产生的同时,提供强大的计算功能,内置的32M B NOR F l ash ROM 和128M B SDRAM 提供了充足的内存资源,使应用程序可以轻松地直接下载到装置内部。

该计算机具备8个R S 232/422/485串口,双10/100M bps 以太网络端口,PC M C I A 作无线通讯,8 ch 数字输入和8 ch 数字输出,以及扩充用的CompactF las h 接口。

其结构框图如图2所示。

图2 W eb 服务器的内部结构框图1.2 软件系统功能系统的核心部件[7-9]是一台高性能的嵌入式计算机,内置安全稳定和性能优越的M on ta V ista Em bedded L i nux 嵌入式系统,其结构如图3所示。

W eb Server 采用B /S 结构体系,以Apache +H t m l+P H P 的构架方案[10]实现动态浏览,该方案可动态地修改W eb Serv er 计算机的系统配置等,采用G CC 等开发工具开发用户应用程序(AP )以实现对加油站现场设备的监控。

W eb Se rver 可以实现如下功能:实时查看加油机的状态,并可分别配置加油站设备和设置加油机的工作状态;查看W eb 服务器运行的日志文件,统计分析运行数据,为排错提供依据;权限访问设置,可保证数据在网络上的安全传输,并提供密钥安全访问功能;可在一定安全级别控制下,控制加油机工作状态、设置油罐和计价牌等的参数。

图3 L i nux 系统结构2 协议转换实现协议转换模块的功能是实现从加油站现场前庭设备接口协议到基于T CP /I P 的IFSF 协议[11]的信息转换,以实现在嵌入式W eb 服务器中对加油站现场前庭设备的实时信息处理。

该模块由基于TCP /IP 的I F SF 协议接口模块和加油站现场前庭设备接口协议与I FSF 协议的转换模块的两个模块组成。

2.1 基于TCP /IP 的I FSF 协议接口基于TCP /IP 的IFSF 协议接口模块由4个子模块组成,如图4所示。

1)I FSF 应用程序子模块,该模块用于前庭设备控制应用程序的实现。

2)IP 协议栈子模块,I P 协议栈用于网络连接,实现IP 协议,提供网络连接管理和IP 地址解析等功能。

3)DHCP 服务器子模块,用于给连接在以太网上的设备分配IP 地址。

DHCP 服务器可以是I FSF 设备的一个功能模块,也可以是单独的一个设备。

4)I F SF 与IP 的转换子模块,该模块完成3个功能:利用H eart Bea t P roxy 接收和发送H ea rt beat ;借助连接控制器模块管理所有已连接的TCP 连接表;发送和接收所有通过TCP 连接的数据。

图4 基于T CP /I P 的IFSF 体系结构2.2 前庭设备接口协议与I FSF 协议的转换前庭设备接口协议与IFSF 协议之间的转换由两个功能70四川兵工学报模块组成:前庭设备协议接口模块和I FSF 代理模块,如图5所示。

前庭设备协议接口模块实现与具体的前庭设备的接口,其主要功能是解析前庭设备通信帧,实时监控加油过程,更新加油机通用信息,对加油机的特殊情况作出响应。

I F SF 代理模块用于响应各IFSF 节点的读/写请求,按IFSF 协议及IFSF 帧格式实现对各I F SF节点间的访问。

图5 协议变换原理示意图前庭设备协议接口模块和IFSF 代理模块之间的通信主要通过D atabase 进行,IFSF 代理模块访问D atabase ,就代表它访问了前庭设备。

D a tabase 存放了加油机及前庭设备的所有信息,包括加油机油枪状态、加油机协议版本,油品油价版本,交易记录表,交易累计统计数据等。

在这些信息中,对时效性要求较高的数据都带有时间戳。

其它IFSF 节点发出的读/写信息,如果要访问对时间敏感的数据,可直接通过D a tabase 访问;如果要访问一些对时间不敏感的数据(如交易累计统计数据),可通过前庭设备协议接口模块和IFSF 代理模块之间的另一条信息传送通道,向前庭设备协议接口模块发送数据请求命令,并要求前庭设备协议接口模块在一定时间内作出回应。

Da tabase 中的一些数据文件(如油品文件、油站通用信息文件)的控制管理功能可以通过W eb 服务器中的集成监控模块实现,前庭设备协议接口模块一旦感知到文件发生了变化,就会在程序中自动启动普通信息查询命令,进入信息更新阶段。

控制管理的作用是向上一级管理计算机传送所有加油机的交易记录,如果上一级管理计算机不在线(如线路故障临时中断),这时,交易记录可直接在本地保存,待故障排除后自动向上传送数据,从而保证管理系统数据的完整性。

3 动态W eb Server 的实现动态W eb Server 的实现采用B row ser /Serve r 结构,所有用户界面通过WWW 浏览器实现。

其中部分事务逻辑可在前端实现,但是主要事务逻辑仍然在服务器端实现,如图6所示,形成所谓的3-tier 结构。

图6 P H P 服务模式结构B /S 模式是W eb Server 和B row er 之间的直接访问,客户和服务器间的中间节点不对HTT P 请求及响应做任何操作,应用程序放在Server ,处理HTT P 请求时客户端只需采用如IE 这样的浏览器对服务器上的数据进行浏览,不用开发客户端程序。