基于控制及信息协议的计算机监控通信软件研究

李黎

【摘  要】在工业设计自动化生产领域，对计算机监控通信软件的需求逐渐变高。为了满足自动化、信息化水平的要求，其监控通信软件在监控系统的开发上，主要在计算机和PCL通信上进行结合，搭建自动监控系统。为了使车间在管理过程中能够直接被控制，对于PCL的交互设计相当重要。同时在开发过程当中，因为现今工业设计车间，其管理的一体化主要使用的技术都是基于以太网，并且CIP等协议也成了当下控制协议的主流协议。

【关键词】基于;控制及信息协议;计算机;监控通信软件

引言

相对于传统变电站来说，新一代的智能变电站并非简单孤立的电缆连接，是通过以太网实现站控层、间隔层、过程层方面的通信连接，传统的微机防误技术已无法满足智能变电站的通信网络。随着计算机技术的快速发展，智能变电站计算机监控防误操作系统应用而生，它将一体化防误技术、在线式防误技术与数字化变电站通信有机的结合，满足了数字化变电站对防误技术的要求。

一、监管系统及适配方式分析

CIP协议作为国际上通用的工业设计协议，因为其面向对象的特殊性，被现今大部分领域应用在设备和装置之间的连接上[2]。其连接方式主要有两种：一是I/O连接。这种连接方式自身的连接对象不一定只有一个，往往和多个设备之间进行实时传输。其对消息的传输和反馈及时性高，并且能够满足很多工业车间设备，对及时性得要求。I/O连接方式的专用性很强，主要体现在其是一个输出和多个接受使用的对象，进行信息传输。二是显示消息连接，这种方式相对于I/O连接其面向对象比较单一。其中的显示消息，因为受显示消息连接通信的限制，只能够依靠这种连接方式进行专用性的传输。并且这种消息连接方式可以用来传输系统的命令指令，對某项行为进行指引和执行同时向监控系统反馈结果。在计算机监管系统当中，其主要是针对对象进行监控，并且指挥其进行一些简单的函数挥着命令。所以相比于I/O连接的及时性，显示消息连接无疑更适合用来进行计算机监控通信，能够很大程度地满足与PCL通信之间的信息传输。基于控制及信息协议的计算机监控软件，其开发首先需要判断CIP通信协议是否能在Ethernet中运转。CIP协议主要是在数据链路层中存在，其中TCP/IP协议必须在为了满足CIP适配的需求上，对CIP协议中的消息采用封装方式处理，对其进行分割合并，以此进行相关配置的契合使协议适用。在封装过程中，其所使用的函数乃至封装方式，都需要和CIP良好的适配，否则很难正常开发

二、监控网络设计

监控网络独立于用于业务数据交互的高速互连网络，负责3级监控组件之间互连互通，其设计是满足E级监控分系统高可扩展性和高可靠性的关键。在高可扩展性方面，通过机框内CMU上的机框交换模块设计，满足单机框最大组装密度下的监控需求;通过机框间的监控网络拓扑设计和2级外部交换机选型，满足10万结点规模E级系统的监控需求。在高可靠性方面，通过多级双星型网络拓扑设计，实现CMU的冗余热备、SMU的冗余多活和核心交换机的冗余热备。监控网络分为3层，如图2所示：第1层为核心层，由2台多端口高速核心交换机组成，端口数和吞吐率与汇聚层交换机数量和吞吐率相匹配;第2层为汇聚层，由若干多端口千兆以太网交换机组成，端口数与吞吐率与接入层CMU机框交换模块相匹配;第3层为接入层，由所有主从CMU机框交换模块组成，端口数由机框内功能插件数量来决定。（1）在核心层中，考虑监控网络的高可用性，选用的2台多端口高速核心交换机互为冗余，可虚拟成1台核心交换机，核心交换机与汇聚交换机之间采用双星型拓扑，避免核心交换机单点故障。2台或多台SMU连接到2台核心交换机上，通过核心交换机的网关功能实现SMU的冗余多活。（2）在汇聚层中，若干机框分为1组，每组采用1台48端口千兆网交换机构建网络。组内每个机框的主从CMU都通过1路千兆以太网链路连接到该48端口千兆交换机上，千兆交换机分别上行2路万兆以太网链路连接到2台高速核心交换机上。（3）在接入层中，主从CMU与各功能插件的BMU之间构建双星型冗余拓扑，框内2个交换平面相互独立，通过冗余切换策略，可有效避免CMU的单点故障，提升机框级监控服务的可靠性。

三、查看实时报警信息和历史报警

在主工艺界面选择“报警信息”按钮进入报警信息数据库。在没有发生报警时，主界面上的报警灯处于灰色状态。一旦监测到报警信息，界面上指示灯将由灰色状态转化为红色状态。与此同时，对应的信号采集柜的指示灯也会亮起并发出提示音，提醒工作人员及时处理。工作人员可以点击红色的报警信息条，查看报警的具体信息。在处理完毕后，通过点击报警窗的“确认”按钮，可以将报警信息变为正常，红色的指示灯将变为绿色，报警器的蜂鸣声也会消失。与此同时，监控柜上的报警指示灯也会熄灭。报警提示消失后，报警信息将自动存储在报警历史记录中。历史记录中详细地记录着报警参数、报警时间以及报警信息等。在主工艺图中选择“信息管理”按钮打开“信息管理”菜单。包括用户管理、设备参数、操作说明、软件信息，通过选择相应的按钮来查看各项内容。另外，可以根据用户要求增加其它信息。

四、监控防误操作系统的基本原理

（1）系统框架组成。变电站计算机监控防误操作系统主要是通过在线进行系统判定，将变电站中相应的闭锁装置（包括：断路器、隔开开关、临时接地线等）作为整个系统的网络连接点，这些连接点都设置有闭锁装置并且都连接到计算机监控系统网络当中，其基本原理框架如图1所示。利用系统中的监控防误模块、I/O测控模块等可以实现对相应操作的逻辑判定，一旦产生问题操作系统就会将该操作锁闭，同时发出报警信息，并且会将相关信息传输给集控和调度中心用于分析。（2）设备信号的采集。该系统可以对一次设备所有信息进行收集，在各个位置（接地隔离开关、临时接地点、设备网门等）都设置有计算机监控防误操作专门的防误锁。此锁通过其所具有的动作接点将锁产生的相应信号传递到I/O控制模块，这样就能够实现防误闭锁的逻辑判定。通过不同接点的接入能够确保采样信号的可靠性，能够避免因为辅助接点没有达到相应位置而对逻辑判定造成的影响。

结束语：

基于控制及信息协议的监控系统开发，主要利用的是基于以太网结构的PCL和计算机相结合，建立及时性强。并且PCL能够利用存储区进行数据存储，主动反馈对计算机的指令，同时能保证其自动化进行数据读写的监控系统。利用CIP底层通信类设计，保障应用环境不会存在安全问题。其次通过分层结构设计，保证监控系统的稳定性，以此促进车间工业设计自动化的发展。

参考文献：

[1]冯国礼，夏琨，王敏，彭骞.基于控制及信息协议的计算机监控通信软件研究[J].中国新通信，2020，22（16）：18.

[2]马超.基于控制及信息协议的计算机监控通信软件研究[J].通讯世界，2017（24）：27-28.

[3]陈博.基于控制及信息协议的计算机监控通信软件[J].信息技术与信息化，2016（Z1）：97-99.