分布式采集系統(tǒng)概述
隨著現(xiàn)代科技及工業(yè)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是地域分散化、數(shù)據(jù)海量化、采集環(huán)境復(fù)雜化，并且由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，僅在本地采集處理數(shù)據(jù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的需要，因此我們可以把計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等有機(jī)結(jié)合起來，組成網(wǎng)絡(luò)化、分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
分布式采集系統(tǒng)包含兩個(gè)層次的含義：一是分布式的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，即智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備，也就是通常所說的下位機(jī)；另一個(gè)是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，即上位機(jī)HMI（Human Machine Interface）系統(tǒng)。下位機(jī)一般意義上通常指硬件層上的，即各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備，如各種開關(guān)量/模擬量采集模塊及各種智能控制設(shè)備等等。這些智能采集設(shè)備與生產(chǎn)過程和事務(wù)管理的設(shè)備或儀表相結(jié)合，實(shí)時(shí)感知設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài)，并將這些狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過特定數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到HMI系統(tǒng)中。必要的時(shí)候，這些智能系統(tǒng)也可以向設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)。上位機(jī)HMI系統(tǒng)在接受這些信息后，以適當(dāng)?shù)男问饺缏曇?、圖形、圖象等方式顯示給用戶，以達(dá)到監(jiān)視的目的，同時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，告知用戶設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài)（報(bào)警、正?；驁?bào)警恢復(fù)），這些處理后的數(shù)據(jù)可能會(huì)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，也可能通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)控平臺(tái)上，還可能與別的系統(tǒng)結(jié)合形成功能更加強(qiáng)大的系統(tǒng)；HMI還可以接受操作人員的指示，將控制信號(hào)發(fā)送到下位機(jī)中，以達(dá)到控制的目的。
案例背景
隨著信息技術(shù)的發(fā)展和普及，各學(xué)校機(jī)房計(jì)算機(jī)數(shù)量與日俱增，其配套的環(huán)境設(shè)備也日益增多，機(jī)房的安全越來越受到重視。一旦機(jī)房設(shè)備出現(xiàn)故障，就會(huì)影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，嚴(yán)重事故時(shí)甚至?xí)＜皩W(xué)生的人身安全。因此，為了保證機(jī)房系統(tǒng)設(shè)備安全可靠的工作，對(duì)各學(xué)校機(jī)房里環(huán)境信息及設(shè)備信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視和有機(jī)管理是極其必要的。
設(shè)計(jì)要求
機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)主要檢測(cè)機(jī)房中的溫度、濕度、電壓、電流，系統(tǒng)由遠(yuǎn)端檢測(cè)單元和中央計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心組成。遠(yuǎn)端檢測(cè)傳輸單元安裝在機(jī)房?jī)?nèi)，與相關(guān)機(jī)房設(shè)備相連，對(duì)機(jī)房的溫度、濕度、電壓、電流狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)；在網(wǎng)絡(luò)中心安裝中央計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心，用于監(jiān)視249個(gè)節(jié)點(diǎn)上的溫度、濕度、電壓、電流狀態(tài)。當(dāng)遠(yuǎn)端檢測(cè)單元發(fā)現(xiàn)有異常情況時(shí)，在IP網(wǎng)中通過傳輸單元傳輸?shù)街醒胗?jì)算機(jī)監(jiān)控中心，監(jiān)控中心進(jìn)行聲音告警，并實(shí)時(shí)顯示機(jī)房中的溫度、濕度、電壓、電流狀態(tài)。
設(shè)計(jì)要求滿足：輸入電壓220V～380V，輸入電流<40A，溫度、濕度測(cè)量誤差在2‰之內(nèi)，有報(bào)警情況發(fā)生時(shí)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)報(bào)警。
實(shí)施方案
采用分布式采集系統(tǒng)對(duì)各信號(hào)進(jìn)行采集、處理、傳輸、監(jiān)視。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
下位機(jī)選用可測(cè)單相電流、電壓的真有效值以及環(huán)境的溫度與濕度的DAM-3500模塊。其輸入為工頻電壓（0～400V），電流（0～40A），采用隔離技術(shù)，輸出RS-232數(shù)字信號(hào)，傳與上位機(jī)。
模塊結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 圖1
其中溫度、濕度檢測(cè)部分采用瑞士先進(jìn)的SHT系列數(shù)字式傳感器，測(cè)量范圍廣，精度高，能測(cè)量－40℃～＋120℃之內(nèi)的溫度而誤差僅為±1℃，濕度測(cè)量的誤差也僅為±4.5％；AD部分采用專業(yè)的電量測(cè)量芯片，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠；電壓、電流檢測(cè)部分采用了互感器隔離技術(shù)，將大的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成小電壓信號(hào)輸入到AD芯片，在保證高精度采集的同時(shí)，大大增強(qiáng)了安全系數(shù)。
在下位機(jī)采集到溫度、濕度、電壓、電流信號(hào)后，這些信號(hào)通過RS-232被傳入到本地上位機(jī)（各學(xué)校機(jī)房）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示，然后各個(gè)節(jié)點(diǎn)的上位機(jī)再把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給中央監(jiān)控中心接收存儲(chǔ)方便專門人員查詢和監(jiān)控。
圖示如下：
圖2 圖2
在各學(xué)校機(jī)房應(yīng)用的軟件（客戶端管理軟件）為用VC軟件開發(fā)的能與底層數(shù)據(jù)采集模塊通訊的應(yīng)用軟件，可實(shí)現(xiàn)本地采集點(diǎn)的信息管理、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。它具有良好的人機(jī)界面，具體分為：
實(shí)時(shí)監(jiān)視界面—此界面用于實(shí)時(shí)監(jiān)控并發(fā)送保存數(shù)據(jù)，顯示有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、學(xué)校信息、歷史數(shù)據(jù)列表和錯(cuò)誤信息列表。如圖3所示。一旦有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出設(shè)定的安全值，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的柱狀圖就會(huì)顯示為紅色，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
圖3 圖3
歷史數(shù)據(jù)界面—此界面可根據(jù)用戶設(shè)置的時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)一個(gè)或多個(gè)傳感器在是否有報(bào)警條件的情況下進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢，但為了防止數(shù)據(jù)過多，程序反應(yīng)變慢，每次查詢只顯示前200條記錄。如圖4所示。
圖4 圖4
程序設(shè)置頁(yè)面—有網(wǎng)絡(luò)設(shè)置區(qū)、串口設(shè)定區(qū)、學(xué)校信息區(qū)和報(bào)警值設(shè)定區(qū)，可以對(duì)各項(xiàng)信息進(jìn)行修改。如圖5所示。
圖5 圖5
各個(gè)學(xué)校機(jī)房的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中通過UDP協(xié)議傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過安裝的服務(wù)器服務(wù)程序接收數(shù)據(jù)并寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，再由客戶端監(jiān)測(cè)服務(wù)器程序列表顯示各個(gè)學(xué)校的詳細(xì)信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)界面如圖6所示。
圖6 圖6
監(jiān)測(cè)人員可根據(jù)需要在學(xué)校信息顯示欄中選擇顯示全部學(xué)校、在線學(xué)校、不在線學(xué)校，也可在學(xué)校歷史數(shù)據(jù)欄中選擇全部數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)、不報(bào)警數(shù)據(jù)，很方便的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視和查詢。而在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過程中只要有一個(gè)傳感器報(bào)警，監(jiān)測(cè)界面就把報(bào)警的學(xué)校圖標(biāo)顯示為紅色，并進(jìn)行聲音告警，確保監(jiān)測(cè)人員及時(shí)掌握?qǐng)?bào)警信息以利于盡快排除險(xiǎn)情。
系統(tǒng)特點(diǎn)
系統(tǒng)硬件設(shè)備均選用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，可靠性高。
傳感器數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確。
友好的人機(jī)界面：令操作人員一目了然。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，操作簡(jiǎn)單。
系統(tǒng)基于UDP通訊方式，完全實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)房、地方場(chǎng)地的集中或分散監(jiān)控。
使用本系統(tǒng)軟件和修改監(jiān)控系統(tǒng)無需專業(yè)軟件知識(shí)，用戶可因機(jī)房變動(dòng)自己修改監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)。
具有多點(diǎn)同時(shí)報(bào)警處理功能，提供報(bào)警信息的顯示。
提供基于專用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)的記錄、查詢。
應(yīng)用效果
該系統(tǒng)能快速、準(zhǔn)確的完成數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)發(fā)，使專門人員可以實(shí)時(shí)看到本機(jī)房的運(yùn)行狀況，也可將各機(jī)房狀況集中顯示，由有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)檢查、監(jiān)視；提供美觀友好的監(jiān)控畫面，發(fā)現(xiàn)異常即自動(dòng)報(bào)警，確保系統(tǒng)的運(yùn)行；提高了機(jī)房管理的安全性能和可靠程度，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房的科學(xué)管理，目前已正式投入使用。
