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基于物联网技术的新型数据采集与监控系统设计

来源:一卡通世界      作者:傅仁轩 肖连风      2011/9/11 16:27:02

    摘要:文章根据物联网的三种应用架构并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、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。

   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,通俗的说就是可实现“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”。

  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,从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真正发展成为“感知世界”的智慧网。

  2 物联网的三种应用架构

  物联网把新一代IT技术充分运用于各行各业中,使物理世界与信息世界相联结。物联网应用有三种架构:

  (1)基于RFID的物联网应用架构电子标签可能是三类技术体系中能够最灵活地把“物”改变成为智能物件的,其主要应用是把移动和非移动资产贴上标签,实现各种跟踪和管理。
  (2)基于传感网络的物联网应用架构主要是指无线传感网络(WSN,WirelessSensorNetworks),WSN由分布在自由空间里的一组“自治的”无线传感器组成,共同协作完成对特定周边环境状况,包括温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、振动、污染颗粒等的监控。WSN中的一个节点(或叫Mote)一般由一个无线收发器、一个微控制器和一个电源组成。WSN一般是自治重构(Ad-Hoc或Self-Configuring)网络,包括无线网状网(MeshNetworks)和移动自重构网(MANET)等。
  (3)基于M2M的物联网应用架构业界认同的M2M理念和技术架构覆盖的范围应该是最广泛的,包含有线和无线两种通信方式。

  M2M覆盖和拓展了工业信息化(两化融合)中传统的SCADA系统。

  3 新型SCADA系统设计

  3.1 传统SCADA系统

  一般SCADA系统由监控中心、通讯网络和远程数据采集终端组成。监控中心即数据处理和显示系统,也称上位机HMI(HumanMachineInterface)——人机界面系统由软件和硬件组成,其中硬件主要包括服务器、管理员站和操作员站,软件采用专用的SCADA系统软件。SCADA系统通讯网络大体可以分为两类:

  有线和无线。远程数据采集终端,即各种智能数据采集设备,也就是通常所说的下位机,如各种RTU、PLC及各种智能控制设备等。SCADA系统的网络拓扑结构如图1所示:

 SCADA系统的网络拓扑结构

  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。

  (1)监控中心

  监控中心由硬件设备和应用软件组成。

  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。

分享到新浪微博         责任编辑:苏洁   投稿邮箱:editor@yktworld.com
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