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

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?

潘高峰，謝勇，薛軍

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰214431）

為滿足測量船遠(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)的組成和控制對象，進而應(yīng)用KingView進行監(jiān)控軟件設(shè)計，通過畫面布局設(shè)計、數(shù)據(jù)字典構(gòu)建、動畫連接實現(xiàn)了監(jiān)控需求，采用中間件技術(shù)實現(xiàn)了組態(tài)王對其它不支持板卡的調(diào)用。測試和運行表明，該監(jiān)控軟件實現(xiàn)了測量船對標(biāo)校設(shè)備的實時監(jiān)控，實現(xiàn)的系統(tǒng)具有升級／維護便利、操控簡單可靠等特點，對測量船的標(biāo)校工作做出了重要貢獻。

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

1 引言

航天測量船擔(dān)負(fù)著火箭、衛(wèi)星等飛行器的跟蹤測量和控制任務(wù)，是我國海上測控的重要組成部分。測量船安裝有多套大型的測控設(shè)備，在碼頭指標(biāo)檢測、設(shè)備檢修和常規(guī)檢查過程中，安裝有標(biāo)校設(shè)備的標(biāo)校塔至關(guān)重要。相比于陸基固定測控站可以采用人工方式進行標(biāo)校而言，測量船有其自身的特點:船位、測控設(shè)備分散；多發(fā)任務(wù)、多船同時段使用；環(huán)境、氣候?qū)θ藛T上塔影響大等，效率低下的人工標(biāo)校方式根本無法滿足任務(wù)需要。針對上述情況，開發(fā)了基于P2P協(xié)議的C／S遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。但在使用過程中，系統(tǒng)升級和維護非常繁瑣，不適應(yīng)高密度任務(wù)準(zhǔn)備需求，迫切需要設(shè)計一個基于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］。

本文通過對控制對象的分析，采用組態(tài)王KingView開發(fā)了基于B／S的標(biāo)校設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，并通過虛擬串口技術(shù)巧妙解決了組態(tài)王對其它不支持板卡的調(diào)用難題，實現(xiàn)了測量船對標(biāo)校設(shè)備的實時監(jiān)控。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

為滿足測量船常規(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、信標(biāo)機等）、控制系統(tǒng)（含電機控制和光標(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)出的控制請求并有效地執(zhí)行，將信息反饋給客戶端，便于客戶端及時掌握標(biāo)校設(shè)備、設(shè)施的狀態(tài)。從圖1可見，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、信號源等，實時監(jiān)視的信息參數(shù)包括電機狀態(tài)、靶架位置、光標(biāo)狀態(tài)、標(biāo)校設(shè)備狀態(tài)、信號鏈路狀態(tài)、儀器狀態(tài)、環(huán)境信息；需控制的參數(shù)包括電機轉(zhuǎn)動、光標(biāo)開關(guān)、射頻鏈路切換、儀器頻率和功率。其中，系統(tǒng)對智能儀器的控制采用GPIB總線形式，最大優(yōu)點就是可以同時連接多臺儀器；對標(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)點是接口簡單、擴展性好；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)控微機配置了多串口卡、GPIB卡、網(wǎng)卡等?？梢?，受控設(shè)備類型較多，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計涉及控制總線、串口通信、儀器控制、Web開發(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挑戰(zhàn)就是網(wǎng)絡(luò)模型的確立，筆者對常用的網(wǎng)絡(luò)模型如C／S、B／S、P2P等進行了研究。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)器端軟件要進行升級維護，客戶端軟件也必須隨之變化，軟件的通用性、擴展性相對較差。而B／S結(jié)構(gòu)因其獨特的優(yōu)勢，近年來得到了迅速發(fā)展，各軟件開發(fā)商也在致力于基于網(wǎng)絡(luò)的軟件研發(fā)。筆者認(rèn)識到必須采用B／S網(wǎng)絡(luò)模型來解決這一弊端，最終選擇了北京亞控公司的組態(tài)王KingView軟件來開發(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開發(fā)技術(shù)，使得客戶端可以通過瀏覽器控制系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，完成系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測、工作參數(shù)的設(shè)定和修改等功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

組態(tài)王KingView軟件是由北京亞控科技發(fā)展有限公司開發(fā)的工業(yè)級軟件，也是首個應(yīng)用于我國航空、航天領(lǐng)域的國產(chǎn)組態(tài)軟件［3］。它的編程方式是G（圖形）語言和編程語言的混合編程方式，具有開發(fā)簡單、擴展性好、可靠性高等優(yōu)點。目前的最高版本是KingView6.5.3，是完全支持網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的一個版本，采用了多線程、COM組件、Web等新技術(shù)，提供了豐富的驅(qū)動支持和華麗的組態(tài)形式，并具有良好的數(shù)據(jù)庫支持能力。它的開發(fā)流程有3個方面:一是畫面設(shè)計，通過自身的控件包可以設(shè)計出滿足工業(yè)環(huán)境的華麗界面，特別是對生成的網(wǎng)頁文件支持再開發(fā)；二是數(shù)據(jù)詞典設(shè)計，對程序中涉及的變量進行定義，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；三是動畫連接設(shè)計，這是程序設(shè)計的重點，通俗地講就是程序邏輯控制的實現(xiàn)。總之，組態(tài)王軟件定制的監(jiān)控畫面可以逼真繪制工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備，采用動畫方式形象反映設(shè)備運行狀態(tài)。但其最大缺點是對于沒有提供驅(qū)動支持的其它板卡調(diào)用十分困難。

3.1 軟件設(shè)計流程

（1）設(shè)計畫面

在工程瀏覽器中左側(cè)的樹形結(jié)構(gòu)中選擇“畫面”，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”工程瀏覽器將彈出“新畫面”對話框［4］。繪制圖素的主要工具放置在圖形編輯工具箱內(nèi)。當(dāng)畫面打開時，工具箱自動顯示。選擇菜單“圖庫／打開圖庫”或按F2鍵打開圖庫管理器。使用圖庫管理器降低了工程人員設(shè)計界面的難度，用戶更加集中精力于維護數(shù)據(jù)庫和增強軟件內(nèi)部的邏輯控制，縮短了開發(fā)周期。

（2）定義數(shù)據(jù)變量

在設(shè)計中，不僅要對各站監(jiān)控的畫面進行設(shè)計，還要實現(xiàn)下位機的動作與畫面的實時動態(tài)顯示，這就需要構(gòu)造變量數(shù)據(jù)庫。變量數(shù)據(jù)庫是系統(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)動畫連接

在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中制作的畫面都是靜態(tài)的，通過建立動畫才能反映設(shè)備的工作現(xiàn)場狀況。所謂“動畫連接”就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系。這樣，工程現(xiàn)場的數(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，通過I／O接口，將引起實時數(shù)據(jù)庫中相關(guān)變量的變化。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）Web功能實現(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。組態(tài)WEB功能采用B／S結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)畫面發(fā)布和數(shù)據(jù)發(fā)布，客戶可以隨時隨地通過Internet／Intranet實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控［4］。在KingView中設(shè)置非常簡便，在工程瀏覽器窗口左側(cè)的目錄樹的最后一個節(jié)點為Web目錄，雙擊Web目錄，將彈出“頁面發(fā)布向?qū)А迸渲脤υ捒颍鐖D2（a）所示；設(shè)置完成后，雙擊新建，彈出如圖2（b）所示對話框，設(shè)置完畢后，即可通過瀏覽器進行瀏覽。

（2）I／O設(shè)備管理——串口類設(shè)備

串口類邏輯設(shè)備實際上是組態(tài)王內(nèi)嵌的串口驅(qū)動程序的邏輯名稱，內(nèi)嵌的串口驅(qū)動程序不是一個獨立的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)動程序?qū)?yīng)著實際與計算機串口相連的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，通過編寫命令語言完成了對電機、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)動開發(fā)

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

（4）安全管理

在“組態(tài)王”系統(tǒng)中，為了保證運行系統(tǒng)的安全運行，對畫面上的圖形對象設(shè)置訪問權(quán)限，同時給操作者分配訪問優(yōu)先級和安全區(qū)，當(dāng)操作者的優(yōu)先級小于對象的訪問優(yōu)先級或不在對象的訪問安全區(qū)內(nèi)時，該對象為不可訪問，即要訪問一個有權(quán)限設(shè)置的對象，要求先具有訪問優(yōu)先級，而且操作者的操作安全區(qū)必須在對象的安全區(qū)內(nèi)時，方能訪問。

3.3 測試驗證

2011年4月13日，對該監(jiān)控系統(tǒng)組織了測試驗收。測量船通過瀏覽器界面對標(biāo)校設(shè)備進行了功能測試，包括儀器開／關(guān)機以及參數(shù)調(diào)整、靶架轉(zhuǎn)動、光標(biāo)開／關(guān)等操作，程序控制良好，實時性滿足使用要求。通過幾個月的試運行，軟件性能穩(wěn)定，安全可靠，操作便捷，完全適用于測量船的標(biāo)校工作。

4 結(jié)束語

在網(wǎng)絡(luò)開發(fā)方面相比LabView等軟件，KingView優(yōu)勢在于開發(fā)簡便，并可以真正實現(xiàn)無人值守、自動運行，非常適用于本環(huán)境。本組態(tài)軟件是原C／S模式監(jiān)控軟件的升級產(chǎn)品，通過組態(tài)王KingView開發(fā)設(shè)計，實現(xiàn)了多艘測量船對標(biāo)校塔設(shè)備的可靠控制和狀態(tài)監(jiān)測。經(jīng)測試，該組態(tài)軟件控制便捷，實時性好，完全滿足系統(tǒng)設(shè)計的軟件功能，在測量船的標(biāo)校工作中發(fā)揮了重要作用，同時，對其它相關(guān)B／S網(wǎng)絡(luò)開發(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［J］.遙測遙控，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.船載測控設(shè)備遠(yuǎn)程測試標(biāo)校系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.飛行測控學(xué)報，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［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)為高級工程師，主要從事航天測控總體技術(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)為高級工程師，主要從事航天測控總體技術(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)為高級工程師，主要從事智能儀器、自動測試系統(tǒng)方面的研究；

1001-893X（2011）12-0083-04

2011-07-11；

2011-09-28