基于物联网的工业设备远程监控系统研究

2020年第19卷第14期

基于物联网的工业设备远程监控系统研究

□金洪吉

【内容摘要】该系统主要负责研究工业远程监控的新技术，以自动化实训室设备模拟工业设备的运行状态，且经过网络传送到远程上位机。经过上位机（电脑）和智能手机操作，控制现场设备的运行。能够实现企业工程技术人员、维护工程

师、设备供销商等都可通过智能手机来实时监测生产线状态。

【关键词】工业设备；远程监控；实时监测

【基金项目】本文为2018年度四川信息职业技术学院科技平台课题项目“基于物联网的工业设备远程监控系统研究”（编号：2018KC17）成果。

【作者简介】金洪吉（1982．5 ），女，四川成都人，四川信息职业技术学院副教授；研究方向：自动化控制

针对实训室设备利用率不高、实验室开放及共享程度低和实验室设备无监控系统的问题。本文着手开发一套可以实时了解实验室设备运行状态的系统。目标是研究开发一种基于工业物联网的设备远程监控方法。通过监控实训室设备的电源状态，从而采集各个设备运行状态，经过互联网技术传递到远程控制的上位机，且经上位机软件将实训室设备实时在线状态进行云平台呈现，最终达到实训管理员、教师、学生等通过智能手机来实时查看实训室设备运行状态的目的。

一、相关理论

（一）远程监控。即在设备远端对设备的运行状态进行监督与查看，并根据状态进行相应的控制操作来维护正常运行，这就是远程监控。其中“监”以信息捕捉为主，通过数据分析查看设备的运行状态。而“控”是在内部网络平台对远端设备发出操作指令，使设备关机和重启，并能对设备进行参数校对、设置和修改。

总体而言，远程监控就是将远端设备运行管理分为“监视”与“控制”两大方面。前者在实际应用中又可分为两部分：第一部分是对设备工作环境的监视，远端可随时随地获得环境参数；第二部分是对网络设备、网络系统的运行状态进行信息捕捉并实现监视目的。后者在实际应用中，主要是对设备的运行进行一系列控制操作，使设备能够正常运行。或者是遇到故障时进行远端断电、重启、校对、修改、编辑等控制措施，最终实现远端控制目的。监视的结果反馈到终端显示器上，为设备的进一步控制操作提供有效的视觉支持和数据支持。“监”与“控”相互配合，才能形成高效的远端监控系统。此外，远程控制还将对网络设备的控制与监视纳入其中。远程监控网络有局域网形式、广域网形式，甚至是基于web方式的远程管理，从而使远程控制方法并不限于单一网络形式。

（二）工业物联网。工业物联网是利用网络技术，将监控技术、传感技术、数据采集与分析技术、通信技术、智能技术、数字技术等应用到信息化工业生产的各个环节，其目的是提质、增效、降成本，最终促进工业生产完全过渡到智能化生产阶段，使工业生产实现节能降耗、实现绿色生产、实现信息互通互联。

二、远程监控的工作原理

对于视频监控领域来说，其工作原理并不复杂，第一，实现数据采集。主要依靠摄像机对所监控的设备进行视频数据采集。第二，实现信号转化。主要依靠视频采集终端，将摄像机视频数据进行压缩转化，从而形成每秒25帧的数字信号，形成数字图像传输到视频监控中心。第三，监控中心对接收到的图像和声音数据进行解压处理，然后传送到显示器端，最终形成具有影像声音的监控图像。

遇到异常状况时，异常数据会被输送到报警解码器上，通过解码器对数据解码处理然后输送到报警装置和显示终端，监控中心接收到报警数据，服务器会下达声音指令并加以记录，形成完整的报警数据档案。依据报警数据，计算机会自动执行操作修复故障。

监控信号的传输由上而下，远程终端的监控主机对信号控制具有指挥作用，下行设备接收到监控主机的命令信息后，进行相应的动作，如录制现场或进行布防操作，形成有效的远程监控系统。

系统监控时主要是运用硬件压缩软件解压技术，每个终端机上都会安装此类软件，或使用具有同样功能的IE中的web功能，就可以将终端计算机设置成视频监控器，完成终端监控功能。

为了保证远程监控的流畅和资源最大化利用，系统的网络通信协议以TCP/IP作为框架，并将MuIticast（网络组播）融入其中，提高了网络带宽的利用率，增强网络通畅性，提高远程监控的有效性。

远程视频监控系统整体框架主要由两大部分构成。一是监控中心主站，主要由监视计算机、服务器、网络系统以及相关软硬件组成。监控中心在网络支撑下可对辖下多个子站进行自由监控切换，从而掌握各个子站的实际现场情况，实现总监总控功能。只要网络通畅，监控中心就可以对辖下的所有子站进行管理，切换至任一个现场视频进行观看，可以下载子站录像文件，也可以在远程监视中心对视频现场进

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行录像。二是监控系统子站。子站多是应用端，如煤矿、大型商场、电厂、小区、变电站等，子站设备主要有视频采集终端、摄像机、网络组件设备、报警解码器等。主要功能是对现场进行视频监控，采集视频信息，并对信息进行分析处理转化，并传输至其他子站和监控中心，完成监视和报警功能，配合监控中心完成远程监控。

三、系统设计

（一）系统整体设计。本系统整体方案，下位机PLC负责实训室设备状态的采集，并且对设备进行控制。PLC通过以太网与智能工业控制器模块相连，实现现场数据的上传，由智能工业控制器负责将数据传递到互联网。

该系统是通过“互联网+”技术实现实训设备的远程监控，管理人员不必深入现场监督、控制，在远端即可实现实时监视与操作指令发布。应用PLC实现自动控制操作，运用搭建好的网络进行数据传输，显示终端对现场进行实时监控。该系统为实训室的安全管理、设备运行控制提供了一种新方法，远程控制端可以在任何时间、任何地点远程控制设备。

（二）主要设备选型。该监控系统主要采用西门子S7－200SMAＲT PLC作为控制器，巨控科技的GＲM530作为PLC 远程通信模块，采用直流接触器作为控制执行机构，使用LED指示灯和按钮模拟设备的开关。

（三）远程监控系统的组成。

1．下位机控制程序设计。该系统采用西门子S7－200SMAＲT PLC作为下位机控制器，其高稳定性可适应各种复杂、恶劣的工业环境。PLC通过以太网连接PC机或者工业控制器，可下载或上传控制程序。

2．OPC服务器与组态软件的通信设计。Giant View组态软件能够为OPC提供良好的运行环境，具备OPC服务器终端设备的相关功能，并能够与其进行交互，实现信息读取与写入。基于OPC的PLC现场端与远程控制端组态软件之间的通信设计，主要是利用TCP/IP Ethernet OPC Server驱动的OPCServer。同时如果要使用基于Giant View组态软件的设备终端，那与通常用到的一些I/O通讯设备方式基本相同。第一，需要打开Station configuration Editor，通过Add Compo-nent功能导入OPC Server，同时做好相关数据设置。在将SI-MATIC Manager装入电脑并且建立新文件之后，点击Insert New Object－SIMATIC PC Station，设置其名称要与OPCServer 设置的相同。打开Configuration Console－Application－OPC-settings，使用DP协议设置操作台属性数据。第二，需要Giant View组态设备终端连接OPC Server，使用OPC协议，端口参数中将GrmOpcServer．GＲMOPC对服务器进行命名。点击完成后，完成与客户端与OPC Server建立联系。

3．云发布内容的设计。在软件GＲMDV5中设计需根据通讯数据的变量，将PLC和GＲM530设置在同一网段，将PLC连入互联网。

4．监控系统的组态系统设计。在控制系统中组态界面也是非常重要的，又可以称作是管理者的“眼睛”与“手”，组态界面是连接现场工业设备与操控人员的枢纽，若无人机界面所有的功能都需操控人员亲手操作，若组态界面难以理解、不易操控，那该监控系统的设计就是一种失败的设计方案。

GiantView是基于Windows开发的监控软件，能为用户生产提供完整可靠的监控和数据收集（SCADA）功能，提供开放的标准接口和网络功能，可和企业信息系统无缝集成，实现全面监控和信息管理。

5．组态界面的实现。操控人员使用Giant View组态软件实现远程监控，设计的监控系统具有以下几个功能。

（1）采集与处理功能。对监视现场进行数据采集与处理分析，使数据符合监视、传输、报警、存储等，为生产提供实时帮助。

（2）监督功能。监控系统实时监控数据，发出的控制命令都会被整理、记录在案，存储起来以备调用监督，核对和参考。

（3）管理功能。利用正常的数据图像等形成标准模型，对采集的数据与模型进行判断比较，实现故障诊断、异常判断、险情预测等功能，并将异常信号转化为故障报警。

（4）控制功能。对数据信息进行异常与否检测，设置需要采取的控制策略，根据检测结果输出控制命令，然后根据需要对生产进行相应的控制。

四、结语

依托上述监控系统的设计，构建了工业物联网，可远程通过网页和手机对实训室设备进行监视和控制的作用，可实现远程监控设备是否在运行的功能；远程控制设备启动、停止功能；远程监视设备运行时间段的功能。

（一）监视设备是否在运行。当设备运行指示值为1时，设备处于运行状态；当设备运行指示值为0时，设备处于停机状态。

（二）控制设备的启停。当设备处于停机状态时，给设备启动开关高电平，则设备启动；当设备处于停机状态时，给设备启动开关高电平，设备停机。

（三）查看设备开关机时刻状态。从监控画面可以得到某台设备的开机时刻，包括开始的“年、月、日”日期显示和“时、分”时刻显示。可以让人们准确把握设备使用情况。同时可以监控设备停机时刻，包括开始的“年月日”日期显示和“时、分”时刻显示。如果监控到设备在非正常使用时间还在运行，可远程对设备进行停机操作。

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