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隨著數字化技術和監控技術在工業領域的發展，工業化監控系統已由模擬監控轉向了數字化監控。此時，現場總線技術成為工業現場測控中的主導，該技術綜合地運用微處理器技術、網絡技術、通信技術和自動控制技術于一體，把專用微處理器裝置引入傳統的現場儀器儀表，使其具有高性能數字化通信的能力，成為能夠獨立承載某些控制、通信任務的網絡節點[1]。把包括DCS、PLC以及各類智能化的現場控制設備作為節點構成網絡控制系統，基于統一、規范的通信協議，通過同一總線實現相互間的數據傳輸與信息共享，從而達到現場總線監控的目的[2]。
1.2 相關技術在國內、外研究發展現狀
1.2.1 基于Internet的測控網絡技術的發展狀況
網絡和通信技術伴隨著網絡化監控的發展，對當今智能化遠程控制系統的發展起到了決定性作用，對遠程監控系統中監控距離和安全性的要求也在不斷提高。而工業控制從最初的計算機集中控制發展到集散式控制，直到后來的現場總線控制，體現了控制系統向網絡化、分布式、高集成式發展的趨勢。
基于Internet的測控網絡通信構架至少有三種：C/S構架、B/S構架以及B/S與C/S混合構架等。目前，許多工業控制領域都采用傳統的C/S兩層結構的網絡模型，由于其結構簡單，在同一網段中的數據交換與監控性能是比較穩定的[11][12][13]。比如：基于C/S結構的郵政儲蓄網點視頻監控系統的研究與實現 <http://dlib.cnki.net/kns50/detail.aspx?QueryID=24&CurRec=3>、基于C/S結構的應用服務器多任務管理機制的研究與實現 <http://dlib.cnki.net/kns50/detail.aspx?QueryID=24&CurRec=19>以及基于C/S結構的衛星運行仿真系統分析及集成初步研究 <http://dlib.cnki.net/kns50/detail.aspx?QueryID=24&CurRec=34>等等。但對于客戶機比較分散的應用系統來說，維護客戶端程序較麻煩且靈活性差。隨著IE瀏覽器技術的日益成熟，B/S結構應運而生，這種三層(或多層)之間相互獨立，可以跨平臺操作，在任何一臺裝有IE瀏覽器軟件的機器上就可以輕松訪問遠程系統，無須開發客戶端軟件，而且維護和升級比較方便，特別對于遠離辦公現場的作業現場，可能無法實現內網連接時，這種模式更顯示出其優越性[14][15][16]。例如：基于B/S 結構的直放站集中監控網管的設計與實現、基于B/S結構裝備庫房監控系統的研究、以及基于B/S結構生產監控與診斷系統研究等。但由于B/S結構與數據庫之間獨特的連接方式，對數據庫的操作效率一般要比C/S結構的差，所以對于信息管理系統來說，當需要大量的數據維護或人機交互時，相對會比較困難，遠沒有C/S結構下的數據維護方便。在數據庫系統中,數據的安全性、一致性及事務的并發控制等是重要的性能指標，B/S結構下此類要求的應用開發或維護相對來說比較困難，雖然有很多這方面的研究成果,但尚無成熟的技術可供使用。在此基礎上，總結B/S和C/S結構的優點，提出了基于B/S和C/S混合構架的管理監控系統。例如在基于GPRS和C/S、B/S的挖掘機遠程監控及故障診斷系統的研究中，通過利用C/S構架實現數據遠程傳輸、中轉和存儲，B/S結構實現異地分布式地訪問，從而實現對挖掘機的遠程監控和故障診斷[17]。
網絡監控系統在功能上也在不斷地完善，不但需要對監控終端和服務器端的數據進行采集、傳輸、查詢、分析、反饋以及診斷和決策等，而且需要最大限度地提高系統資源的利用率和占用率，減少任務的平均響應時間等。比如在MCS網絡監控系統的研究論文中，解決了NAT (Network Address Translation 網絡地址轉換)內網穿透、高速數據緩存、終端實現等一些關鍵技術，這些技術用于解決服務器主動透過NAT與監控端模塊進行實時通信，縮短等待時間，而且完成了以太網通信協議(如TCP/IP，ICMP，ARP，UDP等協議)下的數據包形成、接收、發送和判斷等功能。減少網絡中每個節點通過競爭來取得信息包的發送權也是非常必要的[18]。
對于網絡發展以來，安全問題一直以來都是一個薄弱環節，對于工業測控網絡來說，其要求相對更高，針對安全問題的解決方案也是層出不窮，較為典型的解決方案體現在分布式網絡化遠程測控系統中，該系統的網絡安全問題一般體現在傳輸機密信息時，信息在通信過程中的泄漏。對此，需要要解決的安全問題就是各節點之間的安全通信，制定安全協議。其中，安全協議的安全性分析方法包括了攻擊檢測方法和形式化分析方法，后者于80年代興起，在測控網絡安全方面的應用及為廣泛。目前，國內已有一些測控網絡安全的解決方案和產品，不過與國外相關技術和產品相比尚有差距[19]。
1.2.2 ARM嵌入式技術的發展及研究現狀
最早開發的嵌入式控制器是以單片機為核心來實現監控的，通過擴展外部總線接口模塊，在控制器中實現對工業現場的監控。最近幾年，嵌入式系統監控技術已在工業控制領域得到了廣泛應用。此時，各種總線接口已集成在嵌入式智能芯片中，成為智能儀器儀表裝置的核心部件。在ARM微處理器中，通過這些總線接口可對儀器儀表裝置進行功能擴展，使儀器儀表在具有體積小攜帶方便、穩定性高等優點的同時還具有傳感測量、補償計算與信號分析處理等功能[20]，并由此形成了儀器儀表行業在工業智能控制領域新的發展趨勢。
目前，嵌入式實時多任務操作系統已經從簡單走向成熟，具有代表性的主要有VxWorks、QNX、ucLinux、uC/OS、Palm OS、WinCE.Net等。在眾多嵌入式操作系統中，Windows Embedded CE是一個開放的、可裁剪的、32位實時多任務嵌入式窗口操作系統，它具有可靠性好、實時性高、內核體積小等特點，被廣泛應用于工業控制領域的各種高性能嵌入式智能專有設備的開發。例如：基于ARM便攜振動監測儀的WinCE.Net移植和驅動開發、基于IntelPXA270的WinCE操作系統移植、基于Xscale的車載系統的WinCE移植和驅動開發等，對嵌入式WinCE.Net系統的裁剪和移植方法進行了研究。在Windows CE平臺下，利用集成開發工具Platform Builder裁剪適合于相應需求的操作系統，實現包括系統移植、驅動開發和應用程序開發等功能于一體的智能化控制系統。針對其實際要求，對相應嵌入式WinCE.Net操作系統裁剪、移植，并通過該操作系統對其進行應用軟件開發和驅動程序開發[21][22][23]。
1.2.3 USB總線技術的發展及研究概況1.2.4 網絡監控技術與嵌入式技術在針織比如：基于WinCE5.0的電腦繡花機花樣管理系統的研究、基于WinCE的高速工業繡花機運動控制的研究與應用等。但是，目前在國內并沒有相關的Ethernet監控技術與ARM嵌入式技術結合應用于人造提花毛皮的生產、監控和管理上。 |
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發表于 2010-3-30 14:21:47
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