3.3 系统体系结构及运行原理

如图3-3所示，对照第1章中提出的监控与数据采集系统通用结构，除了确定测控对象为斗轮机外，在数据采集单元框内的状态测量和预处理功能由斗轮机本身的传感测量系统和PLC来执行。斗轮机的数据采集只需获取PLC上的数据即可。因此，斗轮机监控与数据采集系统体系结构设计的内容是简化后的内容。

根据系统的逻辑结构，参照一般监控与数据采集系统，斗轮机的监控与数据采集系统可划分为三个主要部分：①数据采集单元。②网络通信。③监控中心平台。其中，数据采集单元实现斗轮机数据的采集；网络通信实现PLC与数据采集单元之间的本地通信，数据采集单元与监控中心平台的远程通信，用户和PLC的远程连接建立；监控中心平台实现设备数据的接收、预处理、存储和管理，以及利用数据实现设备的实时状态监测、简单故障报警、健康评估和维护决策。

图3-3 斗轮机数据采集端简化

系统整体架构见图3-4，在设备端的数据采集部分主要包含数据采集单元、PLC、3G（4G）路由器和交换机，设备的数据存储在PLC中，两者通过交换机连接在一起，通过以太网以一定的频率采集PLC中的设备数据，在采集到数据后，数据采集单元将数据暂存在本地的同时，通过3G（4G）路由器将数据发送到监控中心平台。监控中心平台包括路由器、数据库服务器、网络服务器、管理机和显示大屏幕等，数据经由监控中心路由器后，由数据库服务器中的接收程序接收并解析，然后以一定的结构存储到数据库服务器中。监测维护平台采用B/S架构，提供Web设备监测维护功能，其中，监控中心的监测维护程序取用数据库服务器中的数据，实现设备的实时监测、故障报警以及健康评估。另外，用户和设备PLC之间的远程连接通过VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网）建立，监控中心路由器有VPN服务器的功能，数据采集端路由器和远程用户均登录到VPN服务器，使远程用户和PLC在一个局域网内，这样，只要知道了PLC的IP地址，远程用户就能实现和PLC的连接。

图3-4 系统整体架构

在本系统的数据采集端，由于斗轮机的机载PLC已经将设备的运行数据集中存储，大大简化了数据采集的程序。在很多情况下，如果没有PLC的集中存储环节，则需要对多传感器的数据进行采集，显然这种情况下的数据采集程序就复杂得多，这里面涉及很多数据采集和预处理技术，如A-D转换、滤波等，这在第5章数据采集部分将进行简要的介绍。

网络通信同样具有多样化的选择，对于不同的设备而言，工作环境存在很大的差异，因此，在通信方式的选择上也不尽相同。在本系统中，采用了以太网连接实现PLC的数据采集，以及采用3G/4G网络实现数据远程传输的方式，但是在其他环境下，有可能通过总线或者串口实现数据采集，以及通过WiFi来实现数据远程传输。因此在数据采集部分设计的时候，要考虑到其通用性，支持多种主流的通信方式。这部分内容会在第4章通信设计部分中详细介绍。下面对系统三个主要部分作简要介绍。