分布式采集系統(tǒng)概述
隨著現(xiàn)代科技及工業(yè)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是地域分散化、數(shù)據(jù)海量化、采集環(huán)境復雜化，并且由于網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，僅在本地采集處理數(shù)據(jù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實應用的需要，因此我們可以把計算機技術、傳感器技術、網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術等有機結合起來，組成網(wǎng)絡化、分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
分布式采集系統(tǒng)包含兩個層次的含義：一是分布式的數(shù)據(jù)采集設備，即智能數(shù)據(jù)采集設備，也就是通常所說的下位機；另一個是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，即上位機HMI（Human Machine Interface）系統(tǒng)。下位機一般意義上通常指硬件層上的，即各種數(shù)據(jù)采集設備，如各種開關量/模擬量采集模塊及各種智能控制設備等等。這些智能采集設備與生產(chǎn)過程和事務管理的設備或儀表相結合，實時感知設備各種參數(shù)的狀態(tài)，并將這些狀態(tài)信號轉換成數(shù)字信號，并通過特定數(shù)字通信網(wǎng)絡傳遞到HMI系統(tǒng)中。必要的時候，這些智能系統(tǒng)也可以向設備發(fā)送控制信號。上位機HMI系統(tǒng)在接受這些信息后，以適當?shù)男问饺缏曇簟D形、圖象等方式顯示給用戶，以達到監(jiān)視的目的，同時數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，告知用戶設備各種參數(shù)的狀態(tài)（報警、正常或報警恢復），這些處理后的數(shù)據(jù)可能會保存到數(shù)據(jù)庫中，也可能通過網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)控平臺上，還可能與別的系統(tǒng)結合形成功能更加強大的系統(tǒng)；HMI還可以接受操作人員的指示，將控制信號發(fā)送到下位機中，以達到控制的目的。
案例背景
隨著信息技術的發(fā)展和普及，各學校機房計算機數(shù)量與日俱增，其配套的環(huán)境設備也日益增多，機房的安全越來越受到重視。一旦機房設備出現(xiàn)故障，就會影響計算機系統(tǒng)運行，嚴重事故時甚至會危及學生的人身安全。因此，為了保證機房系統(tǒng)設備安全可靠的工作，對各學校機房里環(huán)境信息及設備信號進行自動監(jiān)視和有機管理是極其必要的。
設計要求
機房監(jiān)控系統(tǒng)主要檢測機房中的溫度、濕度、電壓、電流，系統(tǒng)由遠端檢測單元和中央計算機監(jiān)控中心組成。遠端檢測傳輸單元安裝在機房內(nèi)，與相關機房設備相連，對機房的溫度、濕度、電壓、電流狀態(tài)進行檢測；在網(wǎng)絡中心安裝中央計算機監(jiān)控中心，用于監(jiān)視249個節(jié)點上的溫度、濕度、電壓、電流狀態(tài)。當遠端檢測單元發(fā)現(xiàn)有異常情況時，在IP網(wǎng)中通過傳輸單元傳輸?shù)街醒胗嬎銠C監(jiān)控中心，監(jiān)控中心進行聲音告警，并實時顯示機房中的溫度、濕度、電壓、電流狀態(tài)。
設計要求滿足：輸入電壓220V～380V，輸入電流<40A，溫度、濕度測量誤差在2‰之內(nèi)，有報警情況發(fā)生時系統(tǒng)能實時報警。
實施方案
采用分布式采集系統(tǒng)對各信號進行采集、處理、傳輸、監(jiān)視。
系統(tǒng)結構
下位機選用可測單相電流、電壓的真有效值以及環(huán)境的溫度與濕度的DAM-3500模塊。其輸入為工頻電壓（0～400V），電流（0～40A），采用隔離技術，輸出RS-232數(shù)字信號，傳與上位機。
模塊結構圖如圖1所示。
圖1
其中溫度、濕度檢測部分采用瑞士先進的SHT系列數(shù)字式傳感器，測量范圍廣，精度高，能測量－40℃～＋120℃之內(nèi)的溫度而誤差僅為±1℃，濕度測量的誤差也僅為±4.5％；AD部分采用專業(yè)的電量測量芯片，確保數(shù)據(jù)的準確可靠；電壓、電流檢測部分采用了互感器隔離技術，將大的電壓電流信號轉換成小電壓信號輸入到AD芯片，在保證高精度采集的同時，大大增強了安全系數(shù)。
在下位機采集到溫度、濕度、電壓、電流信號后，這些信號通過RS-232被傳入到本地上位機（各學校機房）進行數(shù)據(jù)處理和顯示，然后各個節(jié)點的上位機再把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸給中央監(jiān)控中心接收存儲方便專門人員查詢和監(jiān)控。
圖示如下：
圖2
在各學校機房應用的軟件（客戶端管理軟件）為用VC軟件開發(fā)的能與底層數(shù)據(jù)采集模塊通訊的應用軟件，可實現(xiàn)本地采集點的信息管理、數(shù)據(jù)遠傳功能。它具有良好的人機界面，具體分為：
實時監(jiān)視界面—此界面用于實時監(jiān)控并發(fā)送保存數(shù)據(jù)，顯示有實時數(shù)據(jù)、學校信息、歷史數(shù)據(jù)列表和錯誤信息列表。如圖3所示。一旦有監(jiān)測數(shù)據(jù)超出設定的安全值，顯示實時數(shù)據(jù)的柱狀圖就會顯示為紅色，并發(fā)出報警信號。
圖3
歷史數(shù)據(jù)界面—此界面可根據(jù)用戶設置的時間范圍內(nèi)對一個或多個傳感器在是否有報警條件的情況下進行歷史數(shù)據(jù)的查詢，但為了防止數(shù)據(jù)過多，程序反應變慢，每次查詢只顯示前200條記錄。如圖4所示。
圖4
程序設置頁面—有網(wǎng)絡設置區(qū)、串口設定區(qū)、學校信息區(qū)和報警值設定區(qū)，可以對各項信息進行修改。如圖5所示。
圖5
各個學校機房的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中通過UDP協(xié)議傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過安裝的服務器服務程序接收數(shù)據(jù)并寫入數(shù)據(jù)庫，再由客戶端監(jiān)測服務器程序列表顯示各個學校的詳細信息、實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。監(jiān)測界面如圖6所示。
圖6
監(jiān)測人員可根據(jù)需要在學校信息顯示欄中選擇顯示全部學校、在線學校、不在線學校，也可在學校歷史數(shù)據(jù)欄中選擇全部數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、不報警數(shù)據(jù)，很方便的對數(shù)據(jù)進行監(jiān)視和查詢。而在實時監(jiān)測過程中只要有一個傳感器報警，監(jiān)測界面就把報警的學校圖標顯示為紅色，并進行聲音告警，確保監(jiān)測人員及時掌握報警信息以利于盡快排除險情。
系統(tǒng)特點系統(tǒng)硬件設備均選用工業(yè)級產(chǎn)品，可靠性高。
傳感器數(shù)據(jù)采集準確。
友好的人機界面：令操作人員一目了然。數(shù)據(jù)實時動態(tài)顯示，操作簡單。
系統(tǒng)基于UDP通訊方式，完全實現(xiàn)多個機房、地方場地的集中或分散監(jiān)控。
使用本系統(tǒng)軟件和修改監(jiān)控系統(tǒng)無需專業(yè)軟件知識，用戶可因機房變動自己修改監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)。
具有多點同時報警處理功能，提供報警信息的顯示。
提供基于專用實時數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控點數(shù)據(jù)的記錄、查詢。
應用效果該系統(tǒng)能快速、準確的完成數(shù)據(jù)采集和轉發(fā)，使專門人員可以實時看到本機房的運行狀況，也可將各機房狀況集中顯示，由有關領導檢查、監(jiān)視；提供美觀友好的監(jiān)控畫面，發(fā)現(xiàn)異常即自動報警，確保系統(tǒng)的運行；提高了機房管理的安全性能和可靠程度，實現(xiàn)了機房的科學管理，目前已正式投入使用。
