蔣 越

(中國人民解放軍92941部隊，遼寧 葫蘆島125000)

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)監(jiān)控的應(yīng)用范圍逐漸廣泛［1］。將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控領(lǐng)域，能夠?qū)ψ鲬?zhàn)區(qū)域進(jìn)行全程監(jiān)控，從而提高戰(zhàn)區(qū)產(chǎn)品的質(zhì)量［2］。因此，戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建，已成為戰(zhàn)區(qū)領(lǐng)域研究的熱點［3］。現(xiàn)階段，主要的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建是基于單層控制網(wǎng)絡(luò)的搭建方法［4］。這種傳統(tǒng)的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建方法搭建過程為簡單，且使用便捷，但也存在其自身的缺陷［5］。假設(shè)控制端數(shù)目過多，需要同時將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳遞到不同的控制端，將造成監(jiān)控數(shù)據(jù)混雜的缺陷，從而降低了戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控的準(zhǔn)確性［6］。

1 基于C/S結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建

1.1 體系結(jié)構(gòu)

C/S結(jié)構(gòu)是一種常見的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，眾多軟件均是搭建在該種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上。在戰(zhàn)區(qū)領(lǐng)域中，戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的搭建也同樣利用了此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建方法能夠使戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控信息在戰(zhàn)區(qū)企業(yè)的局域網(wǎng)中進(jìn)行傳遞，利用該C/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)搭建的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，能夠依靠互聯(lián)網(wǎng)完成戰(zhàn)區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控?；贑/S結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)控制端只要安裝符合要求的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器和插件，便可獲取戰(zhàn)斗區(qū)域的相關(guān)信息，從而保證了戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確、及時的傳遞到控制端。另外為確保遠(yuǎn)程監(jiān)控的安全性，需要控制端在監(jiān)控時登錄服務(wù)器。

1.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

硬件系統(tǒng)設(shè)計是戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建的基礎(chǔ)，能夠決定監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的性能。在戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計過程中，需要利用工控計算機(jī)，將信號接收裝置獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將處理結(jié)果傳遞到控制端。在戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)中主要包括工控計算機(jī)、戰(zhàn)區(qū)信號接收裝置、戰(zhàn)區(qū)工藝測量儀器及附屬設(shè)備?；贑/S結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)中，主要包含監(jiān)控和服務(wù)器兩部分，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于C/S結(jié)構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控過程中，控制端需在戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控程序中提出申請，并將該申請傳遞至服務(wù)器。服務(wù)器審核申請用戶的信息后，將采集、處理后的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控圖像傳遞到控制端。此外服務(wù)器還可同時接受并處理來自于不同控制端的申請，從而提高了監(jiān)控效率。

戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬件主要由以下幾部分構(gòu)成:(1)計算機(jī)硬件。計算機(jī)硬件主要包含監(jiān)控控制系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該硬件是戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)中最主要的組成部分。其中，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中使用的計算機(jī)是工業(yè)控制計算機(jī)，利用該計算機(jī)能夠按照規(guī)定的時間間隔接收從不同監(jiān)控設(shè)備上獲取的監(jiān)控信號，且控制端能夠?qū)?zhàn)區(qū)監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。戰(zhàn)區(qū)設(shè)備的開、關(guān)是由工控機(jī)向PLC發(fā)出控制指令，根據(jù)控制程序?qū)崿F(xiàn)控制。(2)信息接收模塊。信息接收模塊包括兩部分，即模擬量信息接收模塊和數(shù)字量信息接收模塊。模擬量信息接收模塊，需要將信息接收裝置中的標(biāo)準(zhǔn)電流信號進(jìn)行變換處理，獲取RS－485信號，并將獲取的信號傳遞到上位機(jī)中作為戰(zhàn)區(qū)控制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)字量信息接收模塊，可采集戰(zhàn)區(qū)設(shè)備開關(guān)信號，并將其傳遞到工業(yè)控制計算機(jī)中。(3)戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)報警。對戰(zhàn)區(qū)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，能夠?qū)Σ环弦蟮那闆r發(fā)出警報，從而為戰(zhàn)區(qū)設(shè)備維修提供參考數(shù)據(jù)。若出現(xiàn)不符合要求的情況，工控機(jī)會通過音箱發(fā)出報警，并將異常結(jié)果輸出。(4)數(shù)據(jù)傳遞模塊。假設(shè)戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞通道較少，則可利用屏蔽電纜線進(jìn)行戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控數(shù)據(jù)傳遞。假設(shè)戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞通道較多，則需要更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡(luò)，在傳輸距離較長的情況下，甚至需利用光纖通信、無線通信等手段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。通常情況下，基于C/S結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)均采取屏蔽電纜方式進(jìn)行戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控數(shù)據(jù)傳遞。

在基于C/S結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建過程中，除上述硬件外，還需使用大量的信息接收裝置，其中包括溫度信息接收裝置、圖像信息接收裝置和工業(yè)爐信息接收裝置等。

1.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

基于C/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括3個子系統(tǒng):數(shù)據(jù)傳遞子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)和戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控子系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.3.1 數(shù)據(jù)傳遞子系統(tǒng)

戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控數(shù)據(jù)傳遞子系統(tǒng)主要用于建立服務(wù)器與控制端之間的聯(lián)系，將戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控數(shù)據(jù)從服務(wù)器傳遞到控制端?？刂贫讼蚍?wù)器發(fā)出監(jiān)控申請，服務(wù)器會根據(jù)申請將控制端端口與服務(wù)器連接。每當(dāng)有一個新的控制端需進(jìn)行戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控，則需利用一個新的線程進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。因此，需要使用并發(fā)傳遞結(jié)構(gòu)。該種數(shù)據(jù)傳遞方式的可靠性較強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳遞速度較快，傳遞過程中的數(shù)據(jù)誤差較少，且不會出現(xiàn)重復(fù)傳遞的問題，從而保證了數(shù)據(jù)傳遞的效率和準(zhǔn)確性。由于戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控數(shù)據(jù)需在同一時間傳遞給多個控制端，所以需要利用多線程編程技術(shù)，將CPU分割成多個時間單元，并根據(jù)優(yōu)先等級分配線程，這些線程在指定時間內(nèi)共同使用CPU，從而實現(xiàn)戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控數(shù)據(jù)并發(fā)傳遞。該模塊的主要功能包括局域網(wǎng)絡(luò)連接、監(jiān)控數(shù)據(jù)傳遞及監(jiān)控圖像采集等，該數(shù)據(jù)傳遞子系統(tǒng)可傳遞的數(shù)據(jù)形式包括文字信息、文件和戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控圖像。

利用圖3能夠描述戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)控制端與服務(wù)器之間的連接方式，根據(jù)此種連接方式可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

圖3 控制端與服務(wù)器連接圖

1.3.2 數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)

在基于C/S結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，其中包含戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控數(shù)據(jù)、服務(wù)器運行數(shù)據(jù)、控制端交互信息、戰(zhàn)區(qū)工藝數(shù)據(jù)和設(shè)備運行數(shù)據(jù)等，以上數(shù)據(jù)均需要利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存和管理。通常情況下，是選取SQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相關(guān)的信息存儲與管理。

為將數(shù)據(jù)庫信息管理程序模塊化，需編寫一個數(shù)據(jù)管理功能程序，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)源連接、建立數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)插入、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)刪除等功能。

控制端用戶登錄到服務(wù)器中，則可獲取數(shù)據(jù)庫中的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控信息，且對這些信息進(jìn)行添加、修改、刪除等操作，其操作界面如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)操作界面

1.3.3 戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控子系統(tǒng)

由于基于C/S結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用操作系統(tǒng)是通用的，因此可共享PC機(jī)中的資源。建立控制端與數(shù)據(jù)庫之間的連接，便可根據(jù)監(jiān)控操作規(guī)則進(jìn)行有效的監(jiān)控。

在戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控的過程中，需要利用數(shù)據(jù)采集裝置獲取戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，對其進(jìn)行判別和處理。根據(jù)控制端的申請，利用不同的線程分別傳遞到所需的控制端。

根據(jù)上述方法，能夠獲取基于C/S結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建的硬、軟件系統(tǒng)設(shè)計方法，最終實現(xiàn)了戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的搭建，并提高了戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控的準(zhǔn)確率。

2 實驗結(jié)果分析

為驗證文中算法的有效性，建立戰(zhàn)區(qū)模擬環(huán)境，在該模擬環(huán)境中安裝15個不同類型的戰(zhàn)區(qū)信息采集設(shè)備，其空間位置分布情況如圖5所示。

圖5 信息采集設(shè)備分布圖

對圖5中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，得到信息采集設(shè)備空間位置數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 信息采集設(shè)備分布數(shù)據(jù)表

續(xù)表1

利用傳統(tǒng)算法進(jìn)行戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建，獲取的結(jié)果如圖6所示。

圖6 傳統(tǒng)算法搭建結(jié)果

利用文中算法進(jìn)行戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建，獲取的結(jié)果如圖7所示。

圖7 本文算法搭建結(jié)果

根據(jù)圖6和圖7可知，利用本文算法進(jìn)行戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控的準(zhǔn)確性高于傳統(tǒng)算法。

對上述實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，所得到的結(jié)果如表2所示。

表2 戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控結(jié)果數(shù)據(jù)表

根據(jù)表2中結(jié)果可知，利用本文算法進(jìn)行戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建，能避免由于控制端數(shù)目過多所造成的監(jiān)控數(shù)據(jù)混雜的缺陷，從而提高了戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)束語

文中提出了一種基于C/S結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建方法。介紹了基于C/S結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)搭建的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計方法。實驗結(jié)果表明，該方法可有效提高戰(zhàn)區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性，取得了令人滿意的效果。

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