潘高峰，謝勇，薛軍

基于組態(tài)王的標(biāo)校遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)?

潘高峰，謝勇，薛軍

（中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，江蘇江陰214431）

為滿足測(cè)量船遠(yuǎn)程監(jiān)控標(biāo)校塔標(biāo)校設(shè)備的需求，在原有基于C／S監(jiān)控模式不能適應(yīng)高密度任務(wù)的情況下，提出利用組態(tài)王KingView開(kāi)發(fā)B／S網(wǎng)絡(luò)模式的標(biāo)校設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件。首先給出了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成和控制對(duì)象，進(jìn)而應(yīng)用KingView進(jìn)行監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)畫(huà)面布局設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)字典構(gòu)建、動(dòng)畫(huà)連接實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控需求，采用中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)了組態(tài)王對(duì)其它不支持板卡的調(diào)用。測(cè)試和運(yùn)行表明，該監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)了測(cè)量船對(duì)標(biāo)校設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)具有升級(jí)／維護(hù)便利、操控簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)，對(duì)測(cè)量船的標(biāo)校工作做出了重要貢獻(xiàn)。

航天測(cè)量船；標(biāo)校塔；遠(yuǎn)程監(jiān)控；組態(tài)王；B／S；中間件

1 引言

航天測(cè)量船擔(dān)負(fù)著火箭、衛(wèi)星等飛行器的跟蹤測(cè)量和控制任務(wù)，是我國(guó)海上測(cè)控的重要組成部分。測(cè)量船安裝有多套大型的測(cè)控設(shè)備，在碼頭指標(biāo)檢測(cè)、設(shè)備檢修和常規(guī)檢查過(guò)程中，安裝有標(biāo)校設(shè)備的標(biāo)校塔至關(guān)重要。相比于陸基固定測(cè)控站可以采用人工方式進(jìn)行標(biāo)校而言，測(cè)量船有其自身的特點(diǎn):船位、測(cè)控設(shè)備分散；多發(fā)任務(wù)、多船同時(shí)段使用；環(huán)境、氣候?qū)θ藛T上塔影響大等，效率低下的人工標(biāo)校方式根本無(wú)法滿足任務(wù)需要。針對(duì)上述情況，開(kāi)發(fā)了基于P2P協(xié)議的C／S遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。但在使用過(guò)程中，系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)非常繁瑣，不適應(yīng)高密度任務(wù)準(zhǔn)備需求，迫切需要設(shè)計(jì)一個(gè)基于B／S（瀏覽器／服務(wù)器）網(wǎng)絡(luò)模型的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)［1］。

本文通過(guò)對(duì)控制對(duì)象的分析，采用組態(tài)王KingView開(kāi)發(fā)了基于B／S的標(biāo)校設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，并通過(guò)虛擬串口技術(shù)巧妙解決了組態(tài)王對(duì)其它不支持板卡的調(diào)用難題，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量船對(duì)標(biāo)校設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

為滿足測(cè)量船常規(guī)標(biāo)校的任務(wù)需求，標(biāo)校塔配置有智能儀器、標(biāo)校設(shè)備（含應(yīng)答機(jī)、信標(biāo)機(jī)等）、控制系統(tǒng)（含電機(jī)控制和光標(biāo)控制）、天饋系統(tǒng)等設(shè)施［2］，其監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖1所示。監(jiān)控軟件的作用就是可靠控制這些標(biāo)校設(shè)備、設(shè)施，并將標(biāo)校設(shè)備、設(shè)施的信息采集處理后發(fā)送到客戶端；響應(yīng)客戶端發(fā)出的控制請(qǐng)求并有效地執(zhí)行，將信息反饋給客戶端，便于客戶端及時(shí)掌握標(biāo)校設(shè)備、設(shè)施的狀態(tài)。從圖1可見(jiàn)，需監(jiān)控的設(shè)備包括伺服控制單元、射頻微波網(wǎng)絡(luò)、標(biāo)校設(shè)備、溫濕度傳感器、信號(hào)源等，實(shí)時(shí)監(jiān)視的信息參數(shù)包括電機(jī)狀態(tài)、靶架位置、光標(biāo)狀態(tài)、標(biāo)校設(shè)備狀態(tài)、信號(hào)鏈路狀態(tài)、儀器狀態(tài)、環(huán)境信息；需控制的參數(shù)包括電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、光標(biāo)開(kāi)關(guān)、射頻鏈路切換、儀器頻率和功率。其中，系統(tǒng)對(duì)智能儀器的控制采用GPIB總線形式，最大優(yōu)點(diǎn)就是可以同時(shí)連接多臺(tái)儀器；對(duì)標(biāo)校設(shè)備、控制系統(tǒng)以及微波網(wǎng)絡(luò)的控制采用Modbus總線，最大優(yōu)點(diǎn)是接口簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性好；服務(wù)器和客戶端之間采用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接，在硬件上監(jiān)控微機(jī)配置了多串口卡、GPIB卡、網(wǎng)卡等。可見(jiàn)，受控設(shè)備類型較多，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)涉及控制總線、串口通信、儀器控制、Web開(kāi)發(fā)等技術(shù)，軟件研制存在一定的挑戰(zhàn)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件研制的另一個(gè)挑戰(zhàn)就是網(wǎng)絡(luò)模型的確立，筆者對(duì)常用的網(wǎng)絡(luò)模型如C／S、B／S、P2P等進(jìn)行了研究。最初采用了基于P2P協(xié)議的C／S網(wǎng)絡(luò)模型，但是在使用中發(fā)現(xiàn)由于標(biāo)校設(shè)備、設(shè)施的增減，服務(wù)器端軟件要進(jìn)行升級(jí)維護(hù)，客戶端軟件也必須隨之變化，軟件的通用性、擴(kuò)展性相對(duì)較差。而B(niǎo)／S結(jié)構(gòu)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展，各軟件開(kāi)發(fā)商也在致力于基于網(wǎng)絡(luò)的軟件研發(fā)。筆者認(rèn)識(shí)到必須采用B／S網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)解決這一弊端，最終選擇了北京亞控公司的組態(tài)王KingView軟件來(lái)開(kāi)發(fā)服務(wù)器端應(yīng)用程序，一是因其集成了Modbus協(xié)議，二是具有便捷的Web開(kāi)發(fā)技術(shù)，使得客戶端可以通過(guò)瀏覽器控制系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，完成系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、工作參數(shù)的設(shè)定和修改等功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

組態(tài)王KingView軟件是由北京亞控科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)的工業(yè)級(jí)軟件，也是首個(gè)應(yīng)用于我國(guó)航空、航天領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)組態(tài)軟件［3］。它的編程方式是G（圖形）語(yǔ)言和編程語(yǔ)言的混合編程方式，具有開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。目前的最高版本是KingView6.5.3，是完全支持網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)的一個(gè)版本，采用了多線程、COM組件、Web等新技術(shù)，提供了豐富的驅(qū)動(dòng)支持和華麗的組態(tài)形式，并具有良好的數(shù)據(jù)庫(kù)支持能力。它的開(kāi)發(fā)流程有3個(gè)方面:一是畫(huà)面設(shè)計(jì)，通過(guò)自身的控件包可以設(shè)計(jì)出滿足工業(yè)環(huán)境的華麗界面，特別是對(duì)生成的網(wǎng)頁(yè)文件支持再開(kāi)發(fā)；二是數(shù)據(jù)詞典設(shè)計(jì)，對(duì)程序中涉及的變量進(jìn)行定義，可以采用分別定義和結(jié)構(gòu)體定義兩種方式，用戶可以根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)；三是動(dòng)畫(huà)連接設(shè)計(jì)，這是程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，通俗地講就是程序邏輯控制的實(shí)現(xiàn)?？傊?，組態(tài)王軟件定制的監(jiān)控畫(huà)面可以逼真繪制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，采用動(dòng)畫(huà)方式形象反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。但其最大缺點(diǎn)是對(duì)于沒(méi)有提供驅(qū)動(dòng)支持的其它板卡調(diào)用十分困難。

3.1 軟件設(shè)計(jì)流程

（1）設(shè)計(jì)畫(huà)面

在工程瀏覽器中左側(cè)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)中選擇“畫(huà)面”，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”工程瀏覽器將彈出“新畫(huà)面”對(duì)話框［4］。繪制圖素的主要工具放置在圖形編輯工具箱內(nèi)。當(dāng)畫(huà)面打開(kāi)時(shí)，工具箱自動(dòng)顯示。選擇菜單“圖庫(kù)／打開(kāi)圖庫(kù)”或按F2鍵打開(kāi)圖庫(kù)管理器。使用圖庫(kù)管理器降低了工程人員設(shè)計(jì)界面的難度，用戶更加集中精力于維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)和增強(qiáng)軟件內(nèi)部的邏輯控制，縮短了開(kāi)發(fā)周期。

（2）定義數(shù)據(jù)變量

在設(shè)計(jì)中，不僅要對(duì)各站監(jiān)控的畫(huà)面進(jìn)行設(shè)計(jì)，還要實(shí)現(xiàn)下位機(jī)的動(dòng)作與畫(huà)面的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，這就需要構(gòu)造變量數(shù)據(jù)庫(kù)。變量數(shù)據(jù)庫(kù)是系統(tǒng)最核心的部分，它存放的是變量的當(dāng)前值，變量包括系統(tǒng)變量和用戶定義的變量。

（3）系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)連接

在組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中制作的畫(huà)面都是靜態(tài)的，通過(guò)建立動(dòng)畫(huà)才能反映設(shè)備的工作現(xiàn)場(chǎng)狀況。所謂“動(dòng)畫(huà)連接”就是建立畫(huà)面的圖素與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣，工程現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，比如射頻鏈路導(dǎo)向、光標(biāo)的顏色等，當(dāng)它們發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)I／O接口，將引起實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)變量的變化。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）Web功能實(shí)現(xiàn)

組態(tài)王6.5.3版提供了For Internet應(yīng)用版本——組態(tài)王Web版，支持Internet／Intranet訪問(wèn)。組態(tài)WEB功能采用B／S結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)畫(huà)面發(fā)布和數(shù)據(jù)發(fā)布，客戶可以隨時(shí)隨地通過(guò)Internet／Intranet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控［4］。在KingView中設(shè)置非常簡(jiǎn)便，在工程瀏覽器窗口左側(cè)的目錄樹(shù)的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)為Web目錄，雙擊Web目錄，將彈出“頁(yè)面發(fā)布向?qū)А迸渲脤?duì)話框，如圖2（a）所示；設(shè)置完成后，雙擊新建，彈出如圖2（b）所示對(duì)話框，設(shè)置完畢后，即可通過(guò)瀏覽器進(jìn)行瀏覽。

（2）I／O設(shè)備管理——串口類設(shè)備

串口類邏輯設(shè)備實(shí)際上是組態(tài)王內(nèi)嵌的串口驅(qū)動(dòng)程序的邏輯名稱，內(nèi)嵌的串口驅(qū)動(dòng)程序不是一個(gè)獨(dú)立的Windows應(yīng)用程序，而是以DLL形式供組態(tài)王調(diào)用，這種內(nèi)嵌的串口驅(qū)動(dòng)程序?qū)?yīng)著實(shí)際與計(jì)算機(jī)串口相連的I／O設(shè)備［4］。本系統(tǒng)采用兩種串口形式，一種為普通232串口，另一種為Modbus協(xié)議232串口，在KingView中的設(shè)置如圖3所示，通過(guò)編寫(xiě)命令語(yǔ)言完成了對(duì)電機(jī)、光標(biāo)、微波網(wǎng)絡(luò)和溫濕度傳感器的采集與控制。

（3）驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

由于儀器監(jiān)控采用GPIB總線，必須開(kāi)發(fā)基于KingView的驅(qū)動(dòng)。但是基于組態(tài)王提供的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)包只能對(duì)串口和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這里筆者采用了一種虛擬串口技術(shù):用Delphi編制一個(gè)對(duì)GPIB卡的驅(qū)動(dòng)程序（中間件），對(duì)外接口為串口，使用虛擬串口構(gòu)成一對(duì)串口，組態(tài)王與之進(jìn)行通信，從而巧妙地實(shí)現(xiàn)了與其它板卡的通信。

（4）安全管理

在“組態(tài)王”系統(tǒng)中，為了保證運(yùn)行系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對(duì)畫(huà)面上的圖形對(duì)象設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限，同時(shí)給操作者分配訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)和安全區(qū)，當(dāng)操作者的優(yōu)先級(jí)小于對(duì)象的訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)或不在對(duì)象的訪問(wèn)安全區(qū)內(nèi)時(shí)，該對(duì)象為不可訪問(wèn)，即要訪問(wèn)一個(gè)有權(quán)限設(shè)置的對(duì)象，要求先具有訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)，而且操作者的操作安全區(qū)必須在對(duì)象的安全區(qū)內(nèi)時(shí)，方能訪問(wèn)。

3.3 測(cè)試驗(yàn)證

2011年4月13日，對(duì)該監(jiān)控系統(tǒng)組織了測(cè)試驗(yàn)收。測(cè)量船通過(guò)瀏覽器界面對(duì)標(biāo)校設(shè)備進(jìn)行了功能測(cè)試，包括儀器開(kāi)／關(guān)機(jī)以及參數(shù)調(diào)整、靶架轉(zhuǎn)動(dòng)、光標(biāo)開(kāi)／關(guān)等操作，程序控制良好，實(shí)時(shí)性滿足使用要求。通過(guò)幾個(gè)月的試運(yùn)行，軟件性能穩(wěn)定，安全可靠，操作便捷，完全適用于測(cè)量船的標(biāo)校工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

在網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)方面相比LabView等軟件，KingView優(yōu)勢(shì)在于開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便，并可以真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、自動(dòng)運(yùn)行，非常適用于本環(huán)境。本組態(tài)軟件是原C／S模式監(jiān)控軟件的升級(jí)產(chǎn)品，通過(guò)組態(tài)王KingView開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多艘測(cè)量船對(duì)標(biāo)校塔設(shè)備的可靠控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。經(jīng)測(cè)試，該組態(tài)軟件控制便捷，實(shí)時(shí)性好，完全滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件功能，在測(cè)量船的標(biāo)校工作中發(fā)揮了重要作用，同時(shí)，對(duì)其它相關(guān)B／S網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)工程也有一定的借鑒意義。

［1］周江，潘高峰.基于C／S模式的標(biāo)校遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)［J］.遙測(cè)遙控，2010，31（3）:55-57.

ZHOU Jiang，PAN Gao-feng.Software Design of a Calibration Remote Monitoring System Base On C／SMode［J］.Journal of Telemetry，Tracking and Command，2010，31（3）:55-57.（in Chinese）

［2］瞿元新.船載測(cè)控設(shè)備遠(yuǎn)程測(cè)試標(biāo)校系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.飛行測(cè)控學(xué)報(bào)，2005，24（4）:16-24.

QU Yuan-xin.Design and Implementation of a Long-distance Test＆Calibration System for Ship-borne Tracking＆Control Equipment［J］.Journal of Spacecraft TT＆C Technology，2005，24（4）:16-24.（in Chinese）

［3］馬楠，周江，潘高峰.基于組態(tài)王的分布式監(jiān)控系統(tǒng)研制［J］.無(wú)線電工程，2008，29（6）:59-61.

MA Nan，ZHOU Jiang，PAN Gao-feng.Research and Development of Distributed Monitoring System Base On Kingview［J］.Radio Engineering of China，2008，29（6）:59-61.（in Chinese）

［4］北京亞控科技發(fā)展有限公司.KingView用戶使用手冊(cè)［M］.北京:北京亞控科技發(fā)展有限公司，2004.

Beijing Asiacontrol Technology Development Co.，Ltd.User′s Guide of KingView［M］.Beijing:Beijing Asiacontrol Technology Development Co.，Ltd.，2004.（in Chinese）

PAN Gao-feng was born in Jinzhou，Liaoning Province，in 1972.He received the B.S.degree in 1995.He is now a senior engineer.His research concerns intelligent instrument and ATS.

Email:pgfzhy＠163.com

謝勇（1972—），男，江西余江人，2004年獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為高級(jí)工程師，主要從事航天測(cè)控總體技術(shù)方面的研究；

XIE Yong was born in Yujiang，Jiangxi Province，in 1972.He received the M.S.degree in 2004.He is now a senior engineer.His research concerns aerospace TT＆C system technology.

薛軍（1972—），男，內(nèi)蒙包頭人，2002年獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為高級(jí)工程師，主要從事航天測(cè)控總體技術(shù)方面的研究。

XUE Jun was born in Baotou，Inner Mongolia Autonomous Region，in 1972.He received the M.S.degree in 2002.He is now a senior engineer.His research concerns aerospace TT＆C system technology.

Software Design of a Calibration Remote M onitoring System Based on KingView

PAN Gao-feng，XIE Yong，XUE Jun
（China Satellite Maritime Tracking and Control Department，Jiangyin 214431，China）

Tomeet the requirement of TT＆C ship remotemonitoring calibration equipment of calibration tower，under the condition that the original C／Smonitoringmode can not adapt to high density tasks，the calibration equipment remotemonitoring software based on B／S is developed by using KingView.First，the remotemonitoring system of component and control object is given，and then monitoring software is designed using KingView.Through the screen layout design，data dictionary construction and animation connection，themonitoring requirement is satisfied.Withmiddleware technology call of other cards without divers by KingView is realized.Test and operation shows that themonitoring software has realized real-timemonitoring of the calibration equipment.The system is featured by convenientmaintenance，simple and reliable control.The designed softwaremakes an important contribution to calibration of TT＆C ship.

space TT＆C ship；calibration tower；remotemonitoring；KingView；B／S；middleware

TP311.5

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2011.12.017

潘高峰（1972—），男，遼寧錦州人，1995年獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為高級(jí)工程師，主要從事智能儀器、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)方面的研究；

1001-893X（2011）12-0083-04

2011-07-11；

2011-09-28