基于HTML5的DCS可视化远程实时监控系统设计.docx

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基于HTML5的DCS可视化远程实时监控系统设计

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李伟+赵文哲

摘要：研究了现场总线在DCS监控系统中的应用以及基于Canvas和WebSocket技术实现DCS实时数据Web发布的可能。利用Canvas实现DCS实时、历史曲线以及流程监控图的浏览器端无插件显示。采用WebSocket通信协议实现实时通信，提高了网络通信效率，降低了服务器的通信压力。实例证明所设计的监控系统可视化效果良好、稳定且易维护。

关键词：实时监控；DCS；现场总线

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.202

0引言

工业互联网时代将会带来开放、全球化的网络，它将把人、机器与数据结合起来，这就要求更高、更实时的通信方式来提高工业控制中的数据传输[1]。传统电厂信息化监控系统大多采用轮询或者Comet的方式进行数据传输，这在工业互联网的时代已经不能满足要求。

电厂厂级监控信息系统是基于電厂DCS系统实现人机交互的重要组成部分，它可以直观的显示监测节点的实时以及历史数据，方便了解和分析电力设备的运行状态[2]。然而，当前的大部分DCS系统所提供的监控画面只能在安装了特有的客户端之后才能查看，这显然不易于随时随地了解设备运行情况。为此，本文提出了基于HTML5实现实时监控系统的方法和思路。

近年来出现的HTML5技术在HTML4的基础上新增了许多控件与元素，比如data、article等。在新功能上，HTML5增加了语义化标签、音频、视频、Canvas以及实时通信协议WebSocket等先进技术。Canvas实现了前端页面的动态显示，WebSocket协议实现了数据的动态实时传输。基于此，本文提出了一种DCS数据监控的实时可视化方法，服务器端采用了java语言实现WebSocketServer，客户端采用Canvas绘图技术绘制动态页面，并结合实例对系统进行了评估与测试。

1实验对象模型设计

20世纪80年代发展起来的现场总线主要用于实现控制设备之间的双向串行多节点通信，它的出现为打破自动化系统的信息孤岛创造了可能。现场总线的出现节约了现场控制系统成本，同时其良好的互操作性以及系统拓展性都促进了传统DCS的系统结构转变。因此在现场总线系统尚未成熟时，DCS与现场总线技术的结合为我们提供了比较好的技术选择[4]。

DCS分散控制系统的现场仪表大多由传感器与调理电路组成，其采用4-20mA标准电流输出与二线制连线。被测量量不论是压力、温度或是其他物理量都会被转换为4-20mA的标准量传送给DCS系统。然而传统DCS现场仪表接线复杂、不易维护且拓展性能差等缺点早已成为制约工业自动化发展的一大障碍[5]。现场总线仪表的使用可以大量采集控制量与过程信息，实现就地处理、就地控制等，这样更方便实现分散控制。现场总线仪表能实现自己管控自己，能很大程度上保证工作的稳定性，其内部的微处理器能够进行自我非线性校正、频率和温度补偿。在开放性与互换性方面，不同厂家生产的产品只要采用国际标准，其硬件软件连线方式就可以互相兼容，这也对用户选择不同的现场总线仪表带来了极大的方便。现场总线仪表可以互相交换信息完成闭环控制的功能，也可以通过标准总线接口与DCS系统交换信息。

本文根据百万千瓦超超临界燃煤机组电厂生产流程及工艺，设计了一套一体化半实物模拟仿真对象。对象模型的设计按照某电气集团1000MW超超临界直流锅炉图纸按相应比例缩小制作。锅炉以整体适宜，其余（过热器、再热器、水冷器、省煤器、汽水分离器）做出外形展示。脱硝脱硫部分（烟气部分）按1000MW机组脱硝脱硫布置的流程图按比例设计，对象测点根据实际电厂的测点分布，测点数据能够被DCS采集进行逻辑控制和联锁保护等。同时，对象的现场采用了HART、FF、ProfiBus-DP/PA等先进智能化仪表，实现温度、压力、流量等信号的现场总线方式传输。对象的设计符合“两化融合”、“工业4.0”等智能工厂建设需求，仿真对象如图1所示。

2WEB监控系统设计

2.1现场控制站与WEB服务器的通信设计

现场总线仪表采集的实时数据传入现场控制站，现场控制站与WEB服务器之间的通信设计显得尤为重要。本文中现场控制站与WEB服务器的通信采用基于TCP/IP协议的Socket技术。Socket作为一个完成通信的句柄，主要用来描述IP地址与相应的端口。通信连接分为三个步骤：WEB服务器启动监听、客户端请求连接及连接确认。WEB服务器作为Socket套接字的服务器，现场控制站作为Socket套接字的客户端。具体通信的流程图如图2所示。

客户端的Socket通过指定的IP地址与端口号请求连接服务器，服务器监听到连接请求后会建立一个新的进程并将服务器端套接字描述发送给客户端，客户端接收并确认服务器的描述