基于卫星通信的海上石油平台远程监控系统的研究与设计

摘要

自动控制技术、计算机技术、网络通信技术的发展使得对工业现场状况进行监测和控制成为可能。而现场总线技术以其结构简单、费用低、易于维护、可靠性高、开放性等多种优势日渐成为工业监控领域的热点。 针对海上石油平台油气混输的具体需求，本文使用卫星通信来设计远程监控的数据传输，具有很好的可靠性和机动性，极大的降低了有线通信海底电缆的铺设成本和操作者的工作强度，体现了以人为本的理念。 本文深入研究了现场总线和以太网的特点，构建了以现场总线用于现场控制子系统、以太网用于远程监控子系统的远程监控体系结构。该体系结构充分体现了以太网技术的传输速度快、兼容性好和网络性好的特点，以及现场总线适用于设备控制层，具有抗干扰能力强、安全性好的特点。 现场控制子系统以海上石油平台的油气混输泵为对象，采用西门子公司的S7-300系列PLC对现场设备和西门子变频器进行控制，并对现场数据进行采集和处理；上位机采用工控机对数据进行记录、报警和监控；并通过PROFIBUS-DP现场总线组网实现系统的通讯；采用SIMATIC STEP7进行硬件组态与软件编程，并用Visual C++实现监控界面的开发。 远程监控子系统利用卫星通信实现数据传输，通过对卫星通信的发展现状的分析，选择IPSTAR作为卫星接入网络终端；应用OPC数据传输技术实现控制网络与信息网络的一体化；采用Socket，B/S，Jsp/Servlet，Java Applet技术，并通过Web服务器，设计了提供给远程客户的实时数据传输；最后，对网络通信中的基本安全技术进行了介绍，从远程监控子系统的整体上提出了一些加强网络安全的措施。 本文设计并实现了海上石油平台油气混输泵的现场控制子系统，提出并设计了基于卫星通信的远程监控集成方案，具有一定的推广效益和参考价值。

目录

文摘

英文文摘

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2远程监控技术概述

1.2.1远程监控原理

1.2.2远程监控的分类

1.2.3远程监控系统的发展历程

1.2.4远程监控技术的研究现状

1.3基于现场总线的控制网络技术的研究

1.3.1控制网络的发展分析

1.3.2现场总线控制网络与信息网络的集成

1.3.3现场总线的发展趋势和发展现状

1.4课题研究的背景及意义

1.5本文的内容和结构

第2章基于卫星通信的远程监控系统总体结构设计

2.1 工业设备远程监控系统的体系结构

2.2系统各层间的数据传输

2.2.1基于OPC的数据传输

2.2.2基于Socket的数据传输

2.3基于卫星通信的远程监控系统的体系结构

第3章基于现场总线的海上石油平台现场控制子系统

3.1现场总线技术概述

3.2 PROFIBUS现场总线技术

3.2.1 PROFIBUS现场总线技术简介

3.2.2 PROFIBUS-DP技术特性

3.3系统相关硬件及软件简介

3.3.1可编程序控制器

3.3.2 STEP7及其编程语言

3.3.3变频器

3.4现场设备控制系统硬件设计

3.4.1系统硬件组网结构

3.4.2可编程序控制器的配置

3.5系统的组态与软件设计

3.5.1系统网络结构组态

3.5.2可编程序控制器的控制程序设计

3.5.3工控机监控程序设计

第4章基于卫星通信的海上石油平台远程监控子系统

4.1 软件设计结构及其开发平台

4.2卫星通信系统概述

4.2.1卫星通信系统的发展现状

4.2.2 IPSTAR卫星通信技术及系统硬件

4.3基于TCP/IP的Winsock编程原理

4.3.1 TCP/IP体系缮构

4.3.2 Winsock网络编程原理

4.4基于B/S模式的远程监控结构的功能分析

4.4.1 C/S模式体系结构及其局限性

4.4.2 B/S模式体系结构

4.5动态网页技术的实现方式

4.5.1四种动态网页技术的比较

4.5.2 JSP动态网页技术

4.5.3 B/S结构的远程监控系统运用JSP技术的必要性

4.6远程监控子系统数据传输的设计

4.6.1 Web服务器及其结构模型

4.6.2数据传输的关键技术

4.6.3应用服务器与现场监控层之间的数据传输

4.7远程监控系统安全技术研究

4.7.1网络安全的定义

4.7.2远程监控系统的网络安全问题

4.7.3远程监控系统的安全策略

4.7.4基于B/S模式的远程监控系统的安全策略

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果