設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
 

隨著以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不同國家的廠商可同時(shí)得到買賣的信息，地域不再是影響企業(yè)競爭的重要因素，一個(gè)企業(yè)不再僅僅是一個(gè)地區(qū)的企業(yè)，一個(gè)國家的企業(yè)，而是一個(gè)企業(yè)。這樣就產(chǎn)生如下的需求：一個(gè)企業(yè)中的設(shè)備可能和異地企業(yè)的設(shè)備組成制造系統(tǒng)，或者由異地企業(yè)來控制管理，所以研究設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)制造的重要課題。

1、遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式

實(shí)現(xiàn)制造不但要進(jìn)行企業(yè)間管理信息層面的連接，有時(shí)還需要對遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，信息的交換深入到設(shè)備層面，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間融合。遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控包括設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)試和配置、設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)。實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控不同于設(shè)備的本地控制，必須研究對不同設(shè)備控制的程度和深度。本文從控制方式上將遠(yuǎn)程監(jiān)控進(jìn)行如下的分類。

　?。?）保持型的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式不斷提高設(shè)備本身智能化水平，提高設(shè)備對突發(fā)事件的應(yīng)對能力和系統(tǒng)的魯棒性，遠(yuǎn)程監(jiān)控僅僅向設(shè)備控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令，而由設(shè)備自主的完成這個(gè)命令，監(jiān)控設(shè)備只對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，在必要時(shí)對設(shè)備進(jìn)行干預(yù)。這樣就要求設(shè)備不斷向遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送設(shè)備運(yùn)行信息，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)保持對設(shè)備的監(jiān)控能力。這樣遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)必須維持和設(shè)備建立起來的通訊連接，信息的傳輸允許有一定的滯后，總的滯后時(shí)間T=Tp+Ts+Tr+Tc，其中Tp為指令執(zhí)行時(shí)間，Ts為指令發(fā)送時(shí)間，Tr為反饋數(shù)據(jù)通訊時(shí)間，Te為系統(tǒng)初始化時(shí)間。因?yàn)楝F(xiàn)場設(shè)備有一定的智能，有能力處理現(xiàn)場的意外事件，防止事故和故障的進(jìn)一步擴(kuò)展。在事故發(fā)生時(shí)可及時(shí)處理，或暫停任務(wù)，等待遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的解決方法。這種模式可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備的無人控制，可應(yīng)用于危險(xiǎn)環(huán)境和人力不能到達(dá)的地方等。圖1為這種方式的示意圖。
（2）完成型的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)僅僅向設(shè)備控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令，而由設(shè)備自主的完成這個(gè)命令，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)不對設(shè)備的具體實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)備完成任務(wù)后向遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)告。設(shè)備的操作控制*由本地進(jìn)行，設(shè)備在本地操作人員的監(jiān)控下完成加工任務(wù)。
（3）*型的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式設(shè)備的本地控制系統(tǒng)僅僅控制設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，全部的操作控制由遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)完成。這種方式設(shè)備的控制系統(tǒng)和設(shè)備是分離的，而在設(shè)備控制系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)的傳遞速度要求很高，控制系統(tǒng)能夠立刻對現(xiàn)場進(jìn)行反應(yīng)，要求通訊線路高速可靠。這種控制方式用在一些特殊的行業(yè)。
（4）人機(jī)交互式遠(yuǎn)程監(jiān)控方式設(shè)備在本地操作人員和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)同控制下工作，往往在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的指揮下工作，由本地操作人員對設(shè)備進(jìn)行控制和維護(hù)工作。在任務(wù)的執(zhí)行過程中，可隨時(shí)建立連接，進(jìn)行設(shè)備之間和人員之間的交互，設(shè)備的狀態(tài)信息可隨時(shí)在遠(yuǎn)程監(jiān)控端采集。

2、遠(yuǎn)程監(jiān)控的軟硬件基礎(chǔ)

遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控是設(shè)備控制技術(shù)和通訊技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)控一般都是在異地專家參與下進(jìn)行的，所以現(xiàn)場的視頻信息相當(dāng)重要，操作人員通過對現(xiàn)場設(shè)備的視頻圖象的監(jiān)視，決定下一步采取的措施。所以視頻圖象在某些遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用中起很重要的作用，而圖象信息量特別大，對通訊電路有一定的要求，一般采用將視頻音頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)分開傳遞，他們占用不同的通道、波段或頻段。由于Internet網(wǎng)的可靠性和傳輸效率存在問題，目前遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)控主要采用點(diǎn)對點(diǎn)直接相連，如采用ISDN方式，ISDN的2B通道用來傳遞視頻和音頻信號(hào)，D通道用來傳遞數(shù)據(jù)信息。將來隨著Internet網(wǎng)絡(luò)的帶寬和可靠性的增加，基于Internet網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)更具有發(fā)展前景。
探討網(wǎng)絡(luò)通訊不得不談到通訊協(xié)議和通訊連接技術(shù)，表1表示了目前常用的通訊連接技術(shù)、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和軟件平臺(tái)。

基于PC機(jī)的遠(yuǎn)程控制軟件發(fā)展很迅速，在進(jìn)入WIN95/98/NT時(shí)代之后，圖形化的界面成為人機(jī)界面的主導(dǎo)方式。遠(yuǎn)程控制軟件可在控制端的控制窗口顯示被控端的桌面，所有的操作控制都形同本機(jī)一樣，所有的操作命令都由遠(yuǎn)程控制軟件傳遞至被控端，在被控端運(yùn)行，將被控端的桌面圖案實(shí)時(shí)地返回到控制端的控制窗口中。這樣的軟件有許多種，如Symantec公司的PcAnywhere32 9.0、Stac公司的ReachOut Enterprise 8和Core公司的CoSession32 8.0他們都支持局域網(wǎng)和電信網(wǎng)的連接，有密碼保護(hù)和權(quán)限設(shè)置功能。微軟的Netmeeting視頻會(huì)議系統(tǒng)也增加了遠(yuǎn)程控制功能，這些軟件都可直接應(yīng)用在PC機(jī)控制的設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控中。但作為一個(gè)完整統(tǒng)一的系統(tǒng)，為了方便用戶的使用，應(yīng)采用軟件供應(yīng)商提供的組件，構(gòu)建自己的統(tǒng)一的系統(tǒng)界面。
 

3、遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)備接入技術(shù)

遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控的另一個(gè)難點(diǎn)是如何和現(xiàn)場設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊？設(shè)備的控制系統(tǒng)種類繁多，不同廠家都有自己的控制方式，而且以前出廠沒有聯(lián)網(wǎng)能力的設(shè)備仍然在大量使用。針對這種情況可采用①對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口改造，通過PC機(jī)完成對現(xiàn)場信息的提取以及對設(shè)備的控制，然后通過PC機(jī)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通訊。②許多設(shè)備帶有RS-232接口或其他串并行接口，將這些接口和PC機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。圖2表示了這兩種方法。
遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控一般采用點(diǎn)對點(diǎn)的方式，也可采用一對多或多對一的結(jié)構(gòu)，如圖3。如同多點(diǎn)視頻會(huì)議系統(tǒng)一樣，多點(diǎn)遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，但在某些場合這樣的應(yīng)用又是必須的。目前采用的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控軟硬件不支持同時(shí)的多點(diǎn)連接，但可采用數(shù)據(jù)循環(huán)采集的思想，宏觀上保持多點(diǎn)連接，微觀上同時(shí)只有點(diǎn)對點(diǎn)的連接，一個(gè)點(diǎn)的采集控制完成后，再轉(zhuǎn)向下一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行連接。一對多的連接方式通常用在異地制造中對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，處在不同地方的設(shè)備由負(fù)責(zé)制造協(xié)調(diào)的盟員進(jìn)行調(diào)度，安排加工任務(wù)，并監(jiān)測執(zhí)行的狀態(tài)。多對一的方式一般用在專家會(huì)診，對設(shè)備故障的排除，要求設(shè)備方的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理能夠協(xié)調(diào)遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控主要的應(yīng)用于①設(shè)備的遠(yuǎn)程調(diào)試和配置：設(shè)備到位后，需要安裝調(diào)試。如果建立遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，制造商或供應(yīng)商就可通過視頻圖象，對現(xiàn)場的安裝和調(diào)試工作進(jìn)行指導(dǎo)，進(jìn)一步可和現(xiàn)場設(shè)備連接，直接對設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)配置、調(diào)試操作，通過對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，通過通訊網(wǎng)絡(luò)連接到制造商或供應(yīng)商專有儀器上，由專家進(jìn)行會(huì)診和判斷，得出系統(tǒng)的優(yōu)化參數(shù)，然后對設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化配置，保證設(shè)備正常進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。②設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和控制：通過對現(xiàn)場設(shè)備的視頻和運(yùn)行狀態(tài)信息的采集，得到設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就可對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。③設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷和維修。

4、實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)

MAHO加工中心是國內(nèi)使用較多的一種數(shù)控機(jī)床，它的控制系統(tǒng)采用Philips532，數(shù)控功能豐富。對數(shù)控機(jī)床這種有代表性的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造的重要保證。向大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)一樣，Philips532數(shù)控系統(tǒng)也沒有聯(lián)網(wǎng)能力，需要增加一PC機(jī)作為和局域網(wǎng)連接的中介。 Philips532數(shù)控系統(tǒng)帶有很強(qiáng)的DNC功能，它通過Philips公司的控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議ISV和PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，PC機(jī)通過RS-232接口和數(shù)控機(jī)床相連，在PC機(jī)上開發(fā)相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)要求的功能，圖4為系統(tǒng)示意圖。

　　現(xiàn)場監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過的DNC方式對機(jī)床進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，定時(shí)采樣機(jī)床正在執(zhí)行的零件加工程序名和正在加工的程序段，機(jī)床的進(jìn)給速度、主軸速度以及他們的倍率，對機(jī)床的狀態(tài)信息進(jìn)行采集，如機(jī)床所處的工作狀態(tài)、報(bào)警信息等。將這些信息存在本地計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了數(shù)控程序的相互傳遞，通過PC即可起動(dòng)機(jī)床進(jìn)行加工或停止加工。并且在計(jì)算機(jī)上安裝視頻會(huì)議軟硬件，本系統(tǒng)采用Netumting作為視頻會(huì)議軟件，硬件采用USB接口的攝像頭直接和PC機(jī)相連，麥克風(fēng)和耳機(jī)通過聲卡和PC機(jī)相連，組成系統(tǒng)的視頻會(huì)議系統(tǒng)，監(jiān)測裝置可通過I/O和模擬量采樣卡送入計(jì)算機(jī)，這樣組成對數(shù)控機(jī)床本地監(jiān)控系統(tǒng)。
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過點(diǎn)對點(diǎn)的方式直接通過ISDN方式和本地監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，在兩端都起動(dòng)Netmeeting軟件后，可由一方作為會(huì)議主持另一方作為參加者進(jìn)行視頻會(huì)議，通過Netmeeting的chat、whiteboard等功能進(jìn)行常規(guī)的視頻會(huì)議，相互傳遞文件、數(shù)據(jù)和圖像。而其中重要的是通過遠(yuǎn)程桌面共享，遠(yuǎn)程端就可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場計(jì)算機(jī)的全面控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床的監(jiān)控，遠(yuǎn)程端通過起動(dòng)現(xiàn)場計(jì)算機(jī)中的監(jiān)控程序完成對數(shù)控機(jī)床的全面監(jiān)控。