．引言
在我國石油、化工、軍事、能源等領(lǐng)域現(xiàn)有各類型儲油罐數(shù)萬個，而且隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，其數(shù)量也呈持續(xù)上升趨勢。其中，大部分油罐均為人工手動計量，效率低，誤差大,制約了儲油罐群自動化管理水平的提高。對一個儲油設備來說，連續(xù)的壓力和溫度監(jiān)測十分重要。隨著社會的發(fā)展，要求操作員必需能夠從中央控制室綜合監(jiān)測油品的界面(液位)、溫度，并能控制每個油泵和調(diào)節(jié)其進口和出口壓力,另外在超出報警限時應報警并采取相關(guān)的措施，保護整個系統(tǒng)處在較高的安全水平上，同時實現(xiàn)整個油罐群網(wǎng)絡自動管理和遠程監(jiān)控。本文從儲油罐群的網(wǎng)絡化出發(fā)，利用現(xiàn)場總線和Web應用的優(yōu)勢，提出基于Web的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡控制與信息系統(tǒng)模型，以Web應用的形式，建立一種可行的油罐群系統(tǒng)遠程監(jiān)控的體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)企業(yè)信息網(wǎng)絡和控制網(wǎng)絡的融合，使管理決策人員能夠隨時了解、管理儲罐的運行和生產(chǎn)，對提高儲油罐群自動化管理水平具有較大的實用價值[1]。
2．系統(tǒng)的功能與體系結(jié)構(gòu)
2.1  系統(tǒng)功能
系統(tǒng)需要能對各儲罐進行實時測量和控制。
對每一個油罐需采集的參數(shù)有：油品的界面(液位)、溫度(罐內(nèi)油品在任何界面時的上、中、下三點溫度值)、油泵的進口和出口壓力和油泵的主軸溫度；
對每一個油罐需控制和調(diào)節(jié)的參數(shù)有：油泵的進口壓力、油泵的出口壓力。
能通過上位機（IPC）進行集中的監(jiān)控管理。
能通過Internet進行遠程監(jiān)控管理。
2.2  系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的底層采用CAN總線網(wǎng)絡完成現(xiàn)場的測控任務。中間層是一個多層結(jié)構(gòu)，由CAN總線的網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)庫和WEB服務器組成。上位機IPC不但作為現(xiàn)場總線的監(jiān)控機，還安裝有數(shù)據(jù)庫服務器、遠程測控的WEB服務器。
監(jiān)控機根據(jù)后臺數(shù)據(jù)處理程序負責對整個CAN總線進行監(jiān)視管理；
數(shù)據(jù)庫負責存儲從底層控制系統(tǒng)中采集的數(shù)據(jù)、并向系統(tǒng)發(fā)送的控制數(shù)據(jù)以及對進行各種計算直接產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)，并對歷史數(shù)據(jù)進行存儲和歸檔。
Web服務器是一個基于Internet的超文本分布信息系統(tǒng)。對于客戶/服務器體系結(jié)構(gòu)的遠程測控系統(tǒng)，遠程客戶需要通過Internet/Intranet訪問服務器端。如今，主要有兩種訪問模式，即B/S和C/S模式。本文中系統(tǒng)的頂層采用基于瀏覽器的客戶端/服務器B/S（Browser/Server）通信方式。B/S方式不需要客戶端負責數(shù)據(jù)庫的存取和復雜的計算，只是通過瀏覽器顯示，因而大大降低了客戶端的要求[2]?；赪eb的CAN網(wǎng)絡儲油罐群遠程監(jiān)控系體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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3 系統(tǒng)底層網(wǎng)絡的設計
3.1  基于CAN現(xiàn)場總線的底層網(wǎng)絡方案
目前對于油罐參數(shù)的采集與傳送主要通過RS-485 網(wǎng)絡來完成，其檢錯、糾錯、錯誤定位能力弱，無總線脫離功能。而CAN（Controller Area Network）是一種應用廣泛的現(xiàn)場總線，它以ISO/OSI模型為基礎的，具有完整的軟件支持系統(tǒng)，能夠解決總線控制、沖突檢測、鏈路維護等問題，允許多主存在。適合于熱插拔，高速、檢錯和糾錯能力、良好的EMC特性。本文采用CAN作為底層信息的傳輸媒介，通過總線接口電路實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)、控制指令和狀態(tài)信息的傳送，形成總線式的局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性較高等特點[3]。
對一個大型儲液罐群來說，要構(gòu)成基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)，其檢測過程變量的變送器和相關(guān)的執(zhí)行器必須是具有現(xiàn)場總線接口的儀表，其費用很高。本文采用設計現(xiàn)場總線智能I/O的方法，將該智能I/O作為現(xiàn)場總線上的智能接點，將常規(guī)變送器和執(zhí)行器連入現(xiàn)場總線，具有很高的性價比。這種開放式的分布式智能感知與控制系統(tǒng)，可以在線識別、在線編程與即插即用。[!--empirenews.page--]
3.2  CAN智能I/O的設計
節(jié)點是網(wǎng)絡上信息的接收和發(fā)送站,本設計采用由獨立的通信控制芯片與單片機接口構(gòu)成的智能節(jié)點。CAN總線智能節(jié)點硬件設計包括：A/D和D/A轉(zhuǎn)換部分、看門狗硬件電路、CAN總線通信接口，其主要硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
油罐的油位、油溫和油泵的進/出口壓力以及油泵的主軸溫度由變送器進行測量，其輸出信號經(jīng)過多路復用、A/D轉(zhuǎn)換器送入單片機，輸出控制每個油泵和調(diào)節(jié)其進口和出口壓力的信息由單片機經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器送達執(zhí)行機構(gòu)。本設計中采用ATEM公司的單片機AT89S52(具有下載軟件的功能及輔助接口)，SJA1000可以完成CAN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有協(xié)議功能，它和高速光電隔離電路6N137以及CAN驅(qū)動器PCA82C250構(gòu)成了與CAN總線相連的通道[4]。
CAN總線智能節(jié)點的軟件設計關(guān)鍵是CAN總線通信接口程序，其主要功能是將采集進來的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，通過定時中斷發(fā)送到Web服務器端，同時通過接收中斷接收處理來自服務器端的數(shù)據(jù)查詢、設置命令和控制命令。
命令碼主要體現(xiàn)在ID標識符上，由于采用的是標準幀格式發(fā)送CAN信息幀，因此，ID標識符為11位。其結(jié)構(gòu)如下：ID0～ID5表示大型儲液罐群罐號，如“000000”為“1”號罐；ID6～ID8表示大型儲液罐群的被控量，如“000～100”分別為液位、溫度、重量、進油閥和出油閥；ID9～ID10表示命令字，如“10”為設置命令，“11”為控制命令。
程序主要包括初始化程序、接收處理程序和發(fā)送處理程序。其重點和難點是SJA1000的初始化，包括工作方式的設置、接收濾波的設置、接收屏蔽寄存器（AMR）和接收代碼寄存器（ACR）的設置、波特率參數(shù)設置和中斷使能寄存器的設置等。
現(xiàn)場控制模塊數(shù)據(jù)的收發(fā)是大量的，也是實時性需要的，但是在遠程機上的控制通常只是常規(guī)的監(jiān)視和調(diào)整，不需要太高的實時性，同時也為了網(wǎng)絡的暢通，上位機與遠程機上的同步數(shù)據(jù)刷新率不必設的太高，一般可以設置為采樣多個數(shù)據(jù)后一次性發(fā)送[5]。
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4 系統(tǒng)的中間層設計
中間層是一個多層結(jié)構(gòu)，主要負責數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)處理、管理及監(jiān)控等功能，由CAN總線的網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)庫和WEB服務器組成。
4.1 監(jiān)控單元的設計
監(jiān)控單元由含CAN適配卡的工控機（上位機）和后臺數(shù)據(jù)處理程序組成。上位機通過CAN總線智能適配卡PCI-5110與CAN總線進行通信。本程序采用C++Builder編寫,有強大的人機交互功能,方便操作人員使用。
數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Server 7.0, 負責存儲從底層控制系統(tǒng)中采集的數(shù)據(jù)、向系統(tǒng)發(fā)送的控制數(shù)據(jù)以及對進行各種計算直接產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)，并對歷史數(shù)據(jù)進行存儲和歸檔,實現(xiàn)控制程序、罐群基本信息和監(jiān)控信息等的管理功能。它包括當月數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫和儲罐容積表數(shù)據(jù)庫。當月數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)超過規(guī)定的時間后就會自動地轉(zhuǎn)存到歷史數(shù)據(jù)庫中。在系統(tǒng)運行過程中，操作員在輸入正確密碼后，可根據(jù)需要對各種數(shù)據(jù)庫進行查詢、刪除、保存或打印等操作。
 4.2  Web服務器的建立
WebSnap是C++ Builder 6.0最新的WebApplication開發(fā)架構(gòu)，使用WebSnap不象Web Service那樣需要熟悉套接字Socket，并且在編寫服務器或客戶應用程序前也無須了解應用程序要提供或使用的服務，可進行WEB快速應用開發(fā)。WebSnap在開發(fā)數(shù)據(jù)庫應用程序方面有強勁的功能，其ADO數(shù)據(jù)庫連接控件具有很好地連接各種數(shù)據(jù)庫的功能。
WebSnap有以下特征：支持CGI（Common Gateway Interface）Web服務器應用程序、支持對客戶請求的多線程處理、提供Web模塊的緩存技術(shù)以便更快地對用戶消息進行響應、支持交叉平臺WebSnap把B/S應用的開發(fā)代入了一個全新的領(lǐng)域，真正做到了零客戶端配置。[!--empirenews.page--]
4.3  中間層軟件設計
中間層的主要功能是：對來自底層的數(shù)據(jù)信息進行讀取、分解（解析）、運算處理（包括對數(shù)據(jù)庫存儲），并且響應來自上層的客戶請求，對該請求分析處理后轉(zhuǎn)發(fā)相應的信息給底層，以達到對底層的監(jiān)視和控制。其系統(tǒng)軟件應用結(jié)構(gòu)如圖3所示。

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CAN適配卡的控制程序模塊將來自CAN適配卡的數(shù)據(jù)進行解析、存儲到數(shù)據(jù)庫，以及把來自Web服務器應用程序傳遞來的信息進行處理并向CAN適配卡發(fā)送相應數(shù)據(jù)；Web服務器應用程序模塊：負責系統(tǒng)的全局調(diào)度，接收客戶端請求并響應，它擔當著對客戶控制命令的下傳和對上傳數(shù)據(jù)信息的處理；而Windows消息處理模塊則建立了Web服務器應用程序和基于CAN適配卡的控制程序的一種溝通機制。
    其中，Web服務器應用程序編程使整個系統(tǒng)軟件設計的關(guān)鍵部分。在WebSnap中，可以創(chuàng)建五種標準類型的Web服務器應用程序，它們是ISAPI和NASPI類型、獨立于操作系統(tǒng)的CGI類型、獨立于操作系統(tǒng)的WinCGI類型、Apache類型和Web服務器應用程序調(diào)試器類型。為了方便調(diào)試服務器應用程序起見，我們采用了Web服務器應用程序調(diào)試器類型。它可以利用本地機虛擬的Web服務器所開發(fā)的應用程序結(jié)合到一起運行并通過C++ Builder強大的調(diào)試功能，方便地發(fā)現(xiàn)程序中存在的邏輯錯誤。
由于WebSnap具備了嵌入腳本的能力，因此我們采用Dreamweaver來制作HTML頁面文件并將其作為模板集成到C++ Builder的Web服務器應用程序中，構(gòu)成一個完美的服務器網(wǎng)站。WebSnap應用程序與數(shù)據(jù)庫的連接主要通過ADO組件技術(shù)和SQL。在WebSnap應用程序的主窗體上嵌入ADOConnection組件，使WebSnap應用程序與數(shù)據(jù)庫總保持邏輯連接[6]。
5  數(shù)據(jù)交互路徑
系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流向大體可分為上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)。上行數(shù)據(jù)就是從現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)上傳給服務器，下行數(shù)據(jù)就是服務器接收來自客戶瀏覽器的命令請求下傳到相應的現(xiàn)場設備。
5.1 下行數(shù)據(jù)
當遠程客戶通過身份（用戶名和口令）驗證進入控制主頁時，選擇任務，如“關(guān)閉1號儲液罐進油閥”，點擊提交按鈕，這樣服務器便接收來自客戶瀏覽器的控制命令請求。客戶瀏覽器把地址欄中的URL（http://192.168.1.238:1024/chuyeguan.LhjSnap/Command）內(nèi)容傳給了Web服務器,將URL 第二部分服務器名（192.168.1.238:1024）解碼與Web服務器相連，Web服務器應用程序通過WebDispatcher將URL 第四部分路徑名（Command）解析，從它的動作項列表中選取【PathInfo】屬性值與Command相同的動作項。該動作項觸發(fā)其對應的頁面制作器PageCommand。如果沒有找到匹配的動作項，WebDispatcher將調(diào)用默認的動作項。PageCommand的屬性【HTMLFile】標記著對應的HTML文件地址，其事件屬性【OnHTMLTag】標記著PageCommandHTMLTag。當關(guān)閉1號儲液罐進油閥事件被觸發(fā)時，頁面制作器PageCommand開始構(gòu)造HTML頁面，當發(fā)現(xiàn)透明書簽〈＃IsIn進油閥〉（HTML文件代碼中）時，用相應的解析函數(shù)PageCommandHTMLTag中的替換文本替代。與此同時，我們在解析函數(shù)PageCommandHTMLTag中自定義Windows消息（關(guān)閉1號進油閥）并且發(fā)送它，當基于CAN適配卡的控制程序截獲這個消息時，把關(guān)閉1號進油閥編制成命令碼“1101100000”封裝成CAN信息幀數(shù)組的結(jié)構(gòu)成員ID發(fā)送到CAN適配卡。經(jīng)CAN適配卡（轉(zhuǎn)換成CAN協(xié)議能識別的數(shù)據(jù)格式）傳到CAN總線時，經(jīng)驗收碼和屏蔽碼辨別，被CAN總線智能節(jié)點1接收，表明要控制的對象是1號大型儲液罐。與此同時，CAN控制器產(chǎn)生接收中斷，單片機把ID分解后知道被控量是進油閥，然后運行關(guān)閉進油閥子程序滿足該控制要求，經(jīng)執(zhí)行器執(zhí)行關(guān)閉進油閥命令。至此，客戶瀏覽器把控制命令下傳給了1號大型儲液罐進油閥。[!--empirenews.page--]
遠程測控系統(tǒng)的命令窗口如圖4所示。
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5.2 上行數(shù)據(jù)
上行數(shù)據(jù)與下行數(shù)據(jù)流程的原理基本相同。從現(xiàn)場儲液罐群被控量中采集來的數(shù)據(jù)，經(jīng)各個CAN總線智能節(jié)點處理后定時發(fā)到CAN總線上，經(jīng)CAN適配卡進入PC機，基于CAN適配卡的控制程序模塊把CAN信息幀數(shù)組（VCI_CAN_OBJ結(jié)構(gòu)體類型）中的成員ID標識符（即命令碼）提取出來分解，分別把分解得到的罐號和其它被控量（如液位、溫度等）存到數(shù)據(jù)庫中。當客戶瀏覽器請求查看某一罐號在某一時間的某個被控量狀態(tài)時，Web服務器應用程序接受請求，經(jīng)動作項分發(fā)給某個頁面制作器，調(diào)出相應頁面并到數(shù)據(jù)庫中取出所請求的內(nèi)容，接著返回給客戶瀏覽器。
6  結(jié)束語
當前是一個構(gòu)筑在網(wǎng)絡基礎之上的信息化時代[7]。本文作者創(chuàng)新點在于將Web技術(shù)與現(xiàn)場總線技術(shù)的結(jié)合，通過現(xiàn)場總線技術(shù)將現(xiàn)場設備接入網(wǎng)絡，實現(xiàn)控制網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的完全融合，實現(xiàn)儲油罐群的遠程網(wǎng)絡控制與管理，具有一定的先進性與優(yōu)越性。實踐證明，儲油罐群的網(wǎng)絡控制與管理廣泛應用于石油、化工、食品等行業(yè)，基于INTERNET技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)分布式儲油罐群遠程監(jiān)控系統(tǒng)為用戶帶來了顯著的經(jīng)濟效益。