基于物联网技术的新型数据采集与监控系统.docx
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基于物联网技术的新型数据采集与监控系统
基于物联网技术的新型数据采集与监控系统
基于物联网技术的新型数据采集与监控系统
广州杰赛科技股份有限公司傅仁轩肖连风
摘要:
根据物联网的三种应用架构,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、提出了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。
关键词:
物联网,数据采集与监控,无线传感器网络,通信组网
1引言
物联网(TheInternetofthings)即通过射频识别(RFID)、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络,通俗地说就是可实现“感知世界”的网络。
数据采集与监控系统即SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。
它可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能,也就是实现在具体应用领域的“感知”。
因此可以说物联网技术对自动化工程师而言并不是一个陌生的概念。
因为,无论工厂的现场设备,还是电网、自来水管网、燃气管道、铁路、桥梁、隧道、水文水利系统,甚至我们的飞船、卫星运行监测,无不是通过将物物相联的这个“物联”网络来实现的,只不过我们传统上将这些专业领域的“物联”应用称之为SCADA系统。
当然从定义上来看,物联网是一个更广泛意义上的“感知”网络,通过物联网我们可将“感知”扩展到每台设备、每件商品,甚至每个人,实现对静态物的监控与管理、对动态物的定位与跟踪、对商品的识别,以真正达到“感知中国”、“智慧地球”的目标。
因此,严格意义上说物联网既是SCADA这一传统“感知”技术在概念与应用的延伸,又是对SCADA技术发展的一个质的提升。
随着网络与通信技术的发展,物联网技术必将促进SCADA系统的体系结构的变革与升级,使SCADA系统的应用领域越来越广,除了在传统的供水、供气、环保、能源、轨道交通、机场、铁路、电力、石油、石化等行业外,在大众的日常工作生活及其它各种领域中也将得到广泛应用,最终使SCADA这一物联网的垂直具体应用系统,
SCADA系统已经从最初的主机控制系统、分布式控制系统,发展到了今天的网络化的控制系统。
SCADA也从专有协议的封闭系统演变为以以太网和TCP/IP协议为主流的开放系统。
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。
3.2.1监控中心
由硬件设备和应用软件组成。
监控中心硬件设备:
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。
监控中心应用系统软件,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。
支持PDA、手机作为操作终端:
SCADA系统软件直接支持手机作为操作终端。
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,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,现在SCADA系统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:
将视频与SCADA系统集成在一起的要求越来越普遍。
3.2.2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。
3.2.3远程数据采集终端
根据需要选用WSN/WiFi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WiFi无线组网。
无论采用那种无线组网方式能减少布线、施工的工作量。
WSN无线传感器网络具有以下优点。
1)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。
2)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整个网络的运行,具有很强的抗毁性。
3)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。
4)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下图所示:
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:
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结论
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会发挥越来越重要的作用。