0 引 言

    在日益激烈的全球化市场竞争中，国内中小型制造企业成为国民经济活动中最有活力和发展前景的，目前中小企业创造的最终产品和服务的价值占全国GDP比重50%以上；中小企业提供的产品、技术和服务出口约占全国出口总值的60%；中小企业上交的税收占全国全部税收收入的43%；中小企业提供了75%的城镇就业机会。以至于在2002年6月第九届全国人民代表大会常务委员会第二十八次会议通过了中小企业促进法。

    同时，在激烈的市场竞争中中小企业更易于面向细分市场形成有效的供应链体系，并趋向分布于不同地域，随之需要使用管理手段和工艺信息技术来协调不同地域的企业以保证细分市场的产品进度和质量一致性，联盟企业间需要面向不同体系结构、不同地域空间的可控信息共享，并对各类生产系统实现有效的远程监控，以便提高整个供应链体系联盟企业的生产竞争能力。

    建立联盟企业间的远程监控系统可以提升供应链上各企业的信息化程度，从而提升生产效率，降低废品率，简化生产线及设备的维护保养。而系统中的监控行为都是基于局域网或Internet的信息交换得以实现的。远程监控系统的信息平台成为远程监控系统中极为重要的环节。

    对于需要采集的生产过程中设备等的监控信息是对生产过程中相关设备出现的各种信息进行获取、传输、处理、分析和应用，包括对制造过程中设备出现的各种物理量(如：声、光、电、热、力、力矩和振动功率等)数据在通过传感器接收后进行传输和处理，并对分析处理的结果进行设备和产品质量进行检测、预报和诊断。

1 基于Web的远程监控系统

    远程监控系统的建立本身就是提高企业信息化管理水平的过程，中小企业基于Web的远程协同监控系统平台可以面向离散/连续混合生产过程，是相关应用功能有效实现的基础和保障。远程监控系统平台的构建需要满足制造的分散化、集团化、客户和供应商的国际化等发展趋势的需求，配合Internet网络化技术的持续变化和发展，实现跨平台的异构协同工作体系，而其最基础的工作就是对设备、生产线现场等数据的采集，并保证采集到的数据可以在网络上安全、高效、稳定地传输，并防止信息的丢码、误码和错码，图1所示为搭建于清华大学可视化生产管理研究室中的基于Web的远程监控系统测试平台体系结构。
 

 

    而在生产现场中，许多生产线、设备等包括各种信息的通信标准，如工业以太网IEEE802.3，232/442/485串口通信协议、公共电话网载波ITU-TV.23协议、无线通信IEEE802.11b及蓝牙技术标准、电力线载波协议等，涉及到目前常用的现场总线控制(FBC)、可编程控制器(PLC)、集散控制系统(DCS)、基于PC控制器、CNC等控制系统等，以及视频、声频、距离、温度、湿度等传感器信息，但由于相互间标准不同，难以有效实时集成，如当前现场总线标准仅国际标准就有12个，加之欧洲标准、企业标准共60余种，相互间不能互操作，而通过网关通信和OPC协议互操作却不具备实时性。本文研究工作将主要解决上述问题。

2 网络环境中的信息采集设备

    当前的中小企业基本上均己建立了可能不同结构不同层次的局域网络与广域网络环境。基于网络的远程监控系统中需要解决如何将制造现场的各种设备以何种方式接入企业局域网或广域网，并确定以何种方式实现与中央服务器的通信。按照监控网络化目标需求，可以将监控始端设备及生产线按大类划分三个方面。

    2.1 基于Internet/Intranet的设备

    由于网络技术的广泛应用，近年来所应用的设备许多是基于Internet/ Intranet而开发设计的设备，指具有独立IP地址的设备。基于Internet/Intranet的设备均已IP化，可以直接实现网络接入互联，监控中央服务器只需通过访问设备对应的IP地址即可进行双向的数据交换。

    2.2 基于PC的设备

    而在计算机普及和推广的年代里，许多设备也被开发和设计成基于PC的设备，指设备具有独立的通信接口如RS-232-C、RS442、RS485等串行接口或其他串/并行接口，可以直接与PC机相联进行通信。可以通过给基于PC的设备配备相应的上位机，使得基于PC的设备可以直接通过其通信接口与现场局域网内的某台PC机互连，再通过PC机与中央服务器建立通信，实现网络互连。

    2.3 无法实现直接联网的设备

    然而由于中小企业的资源能力不同，其应用设备的设计和生产时代不同，也有许多企业仍然使用着无法实现直接联网的设备，指不具备(2.1)、(2.2)条件的其他设备。对于无法实现直接联网功能的设备，可以通过设计单片机采集模块接口电路，构成设备的数据采集接口和通信接口，有单片机模块通过RS-232-C或RS-485串行接口与上位机(PC机或串口设备联网服务器)连接，实现联网。

    通过信息采集及控制平台，中央服务器可以对现场生产信息、设备和设备的环境图像等信息进行有效的集成，在Internet实现BIS结构发布。客户端通过浏览器和相应的权限通过Internet访问远程监控系统，实现对生产线及现场设备的远程监视、检测和控制，并进行网上在线“专家会诊”。3 远程监控系统中信息采集的实现

    3.1 基于Web的远程监控系统信息采集平台构建

    基于Web的远程监控系统信息采集平台中，可以直接将基于Internet/Intranet的设备和通过配备上位机实现联网的基于PC的设备直接并网，实现信息采集。

    这里主要针对无法实现直接联网的设备，需利用单片机模块构成设备采集接口、控制接口、通信接口等。通过配备相应的上位机，开发和集成具备TCP/IP协议的设备单元，建立可“即插即用”的车间设备网络，使得整个系统以企业局域网和Internet为网络框架。单片机模块的方式仅与车间现场设备外部输入输出接口相关，而不涉及对车间现场设备的内部线路和程序的修改，不影响车间现场设备的正常运转，不打断车间现场生产线的流水作业，即插即用、开发简单、操作灵活、扩展性好，满足基于Web的远程监控系统整体框架需求。单片机采集和控制模块如图2所示。
 

 

采集用单片机在RS-232-C或RS-485串行通信方式下，通过上位机接收中央监控服务器网上发布的指令，或输出模拟开关量实现对包括摄像机、设备控制单元等执行器的远程控制；或采集设备和传感器传来的模拟量和数字量，通过上位机发送到中央监控服务器，实现现场信息采集。图3所示为单片机基于RS-485通讯采集接口电路。
 

    采集用单片机和PC机之间采用RS-232-C串行通信时，因单片机采用TTL电平，而RS-232-C接口的电气特性为负逻辑电平，即逻辑“1”对应－5～－15V，逻辑“0”对应＋5V～＋15V，需要使用专用RS-232-C电平转换芯片(如MAX232)实现TTL电平和RS-232-C标准电平之间的转换。但RS-232-C串行通信的传输距离和速率比较有限，实际传输距离最多只能达到50米，而全双工异步传输速率最大值只能达到20Kbps，故在需要提高传输距离和速率的情况下可选用RS-485收发器(如MAX 485)，采用RS-485串行通信方式进行通信。RS-485接口电平与TTL电平兼容，并且传输时采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好，最高数据传输速率可达10Mbps。对于无法实现直接联网的设备，采用RS-485通信方式，利用RS-485串口设备联网服务器作为上位机的信息采集平台，其中RS-485串口设备联网服务器可将单片机模块转换成具有TCP/IP协议的设备单元，实现“即插即用”联网。图4所示为信息采集平台的总体框架。
 

    3.2 其他类型通信平台电路

    目前许多中小企业并没有建立局域网络，可以利用现有的220v低压电力线或公共电话网络作为载波通信平台而不干扰现有现有正常平台业务功能和业务。

    低压电力线载波通信系统的网络接口与上位机、局部控制微型计算机和数据采集微型计算机的数据通讯，选用通用的符合RS-232C标准的串行通信接口，实现计算机与网络接口设备的链接。图5所示为低压电力线载波通信系统串行通信接口电路。
 

    利用单片机串口，可实现网络接口中计算机与单片机点对点的异步串行通信，单片机采用TTL电平，而计算机采用RS-232C标准电平，故采用专用芯片MAX232实现TTL电平和RS-232C标准电平之间的转换。

    而公共电话网载波通信系统则更易于使用，公共电话网载波通信系统的网络接口与上位机、局部控制微型计算机和数据采集微型计算机的数据通讯，则选用MSM7512与标准MODEM接口，实现计算机与网络接口设备的链接。其中关键为调制解调模块电路设计，图6所示为公共电话网载波通信系统的调制解调模块电路图。
 

图6 公共电话网载波通信系统调制解调模块框图4 网络化远程监控典型案例

    本研究在广东科龙股份有限公司冰箱生产线远程监控系统中得到应用。图7所示为该冰箱生六线远程监控系统用户界面之一，通过远程监控系统可以远程有效地对生产线设备及生产进行监测、控制及采集数据的分析和统计，有效地对设备进行故障预警和故障诊断。
 

 

5 结 论

    本文重点讨论了基于Web的远程监控系统信息采集平台中对不属于基于Interner/Intranet设备和基于PC的设备，利用单片机模块的方式实现数据采集和远程控制的功能，从企业现状出发，充分考虑和利用企业现有的基础设施包括低压电力线和公共电话网等，建立一个与现有的制造系统兼容的远程监控系统，利用局域网和Internet将现有的生产控制系统通过计算机和网络技术实现信息集成，优化生产过程，以较少的投资大幅度地提高企业的技术水平和管理水平，利用信息技术对传统制造业进行改造方面有着重要的示范意义。