（通信与信息系统专业论文）羊场湾煤矿安全生产多业务监测系统平台的设计与实现.pdf

论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 羊场湾煤矿安全生产多业务监测系统平台的设计与实现 通信与信息系统 石薇 卢建军 摘要 ( 签名) ( 签名) 煤炭是我国最为重要的能源资源，煤炭生产的安全事关重大。随着国家对煤炭企业 安全生产的逐渐重视和信息化建设的投资不断提高。煤炭系统的自动化监控技术得到了 很好的发展。 羊场湾煤矿安全生产多业务监测系统平台的建设是宁煤集团企业信息化一期工程 的第二步，配合井下自动化监控系统，将多业务集成至统一的i p 平台上，随时可以监 测井下安全生产的情况，也是羊场湾煤矿数字化矿山的一期工程。 本文首先从总体框架上设计羊场湾煤矿安全生产多业务监测系统平台，提出了c s 与b s 结合的设计思路，然后通过分析羊场湾煤矿网络基础建设和井下自动化监控系统 现状后，提出了局矿两级的多业务监测系统平台设计方案，并做了合理性论证，设计 并实现了“羊场湾煤矿安全生产远程监测系统”软件。本文重点讲述了软件实现中作者所 做的具体工作：( 1 ) 数据库的设计和c s 客户端的实现；( 2 ) 提出了b s 端实现w e b 浏览的理论依据以及难点技术解决方案。在对实现过程的描述中，作者介绍了系统所用 到的核心技术( d d e 数据交换法，s o c k e t 远程通信技术，多线程实现报警功能) ；并对 系统的安全访问做了分析，制定了安全策略。最后作者对羊场湾煤矿安全生产多业务监 测系统平台设计与实现中所做的工作进行了总结，并通过分析远程监测技术的发展趋 势，对该系统的进一步完善提出要求，进行展望。 关键词：安全监测：c s ：b s ；s o c k e t ；数据库；多线程 研究类型：应用研究 s u b j e c t ：t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fm u l t i s e r v i c em o n i t o rs y s t e m p l a t f o r mi ny a n gc h a n gw a nc o a lm i n es a f e t yp r o d u c t i o n s p e c i a l t y ：c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g n a m e：s h i w e i i n s t r u c t o r ：l uj i a n - j u n ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) a b s t r a c t t h ec o a li so u rc o u n t r ym o s ti m p o r t a n te n e r g yr e s o u r c e s ，t h ec o a lp r o d u c t i o ns e c u r i t yi s m o r ei m p o r t a n t w h i l et h ec o u n t r yt a k e sm o r ei n t e n t i o nt ot h ec o a le n t e r p r i s ei ns a f e t y p r o d u c t i o n a n de n h a n c e su n c e a s i n g l yt ot h eb e c o m i n ga ni n f o r m a t i o nb a s e ds o c i e t y c o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n t t h ec o a ls y s t e m sa u t o m a t e dm o n i t o r i n gt e c h n o l o g yo b t a i n e dt h e v e r yg o o dd e v e l o p m e n t t h ec o n s t r u c t i o no fy a n gc h a n gw a nc o a lm i n es a f e t yi np r o d u c t i o nm u l t i s e r v i c e s m o n i t o rs y s t e mp l a t f o r mi st h es e c o n ds t e pi nt h ef i r s ti s s u eo fp r o j e c to fn i n g m e ig r o u p s i n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o n ，c o o r d i n a t et h em i n es h a f ta u t o m a t i o ns u p e r v i s o r ys y s t e m ，t a k e m u l t i s e r v i c e si n t e g r a t i o nt ou n i f i e di pp l a t f o r m ，y o um a ym o n i t o rt h es i t u a t i o no ft h em i n e s h a f ts a f e t yi np r o d u c t i o na n yt i m e t h i ss y s t e ma l s oi st h ef i r s ts t e po fy a n gc h a n gw a nc o a l m i n e sd i g i t i z e dm i n ep r o j e c t t h ep a p e rf i r s td e s i g n e dy a n gc h a n gw a nc o a lm i n es a f e t yi np r o d u c t i o nm u l t i s e r v i c e s m o n i t o rs y s t e mp l a t f o r mf r o mt h eo v e r a l lf r a m e ，i ta d v a n c e dad e s i g nm e n t a l i t yt h a tu n i o n c sa n db s ，t h e ni tp r o p o s e dad o u b l e l e v e lm u l t i s e r v i c e sm o n i t o rs y s t e mb l u ep r i n t t h r o u g ha n a l y z i n gy a n gc h a n gw a nc o a lm i n e sn e tc o n s t r u c t i o na n dt h em i n es h a f t a u t o m a t i o ns u p e r v i s o r ys y s t e m ，a n db e s i d e s ，id e m o n s t r a t e dt h er a t i o n a l i t y t h ew h o l e n a r r a t e dt h ei d i o g r a p h i cw o r kw i t he m p h a s i sw h i c hi nt h es o f t w a r er e a l i z a t i o nt h ea u t h o rd i d ： ( 1 ) d a t a b a s ed e s i g na n dc sc l i e n ts i d er e a l i z a t i o n ；( 2 ) p r o p o s e dt h et h e o r yb a s i sa sw e l la st h e d i f f i c u l tt e c h n o l o g ys o l u t i o nt h a tr e a l i z i n gt h ew e bb r o w s i n gb yb s t h r o u g ht or e a l i z e dt h e p r o c e s sd e s c r i p t i o n , t h ea u t h o ri n t r o d u c e dc o r et e c h n o l o g y ( d d e ，s o c k e t ，m u l t i t h r e a d i n g ) ，a n d i n t r o d u c e ds e c u r i t ym e a s u r et ow h i c hu s e di nt h er e a l i z a t i o np r o c e s s f i n a l l yt h ea u t h o rs u m e d u pt h ep a p e r , a n da n a l y z e dt h ed e v e l o pd i r e c t i o na b o u tl o n g d i s t a n c em o n i t o rs y s t e m ，b r o u g h t r e q u i r e m e n tf o rt h es y s t e m sp e r f e c t k e yw o r d s ：s a f em o n i t o r c sb ss o c k e td a t a b a s e m u l t i t h r e a d i n g t h e s i s ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 要拜技大学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：石锹 日期：歹功d 5 j 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：石薇 指导教师签名： 2 阳 日锄铂 b 钟绦 1 绪论 1 绪论 1 1 选题背景及意义 去冬今春以来，我国煤矿行业安全事故频发，尤其是重、特大瓦斯爆炸事故明显增 多，造成了巨大的生命财产损失，严重影响了近期我国煤炭供应日趋紧张形势的缓解。 究其原因并研究解决办法，除了在制度规范和体制完善上下大工夫之外，通过广泛应用 信息通信技术来完善煤矿安全生产保障机制，是一条健康、可持续的发展道路。 宁煤集团羊场湾煤矿信息化一期设计中，使矿井在“采、掘、运、风、水、电、安 全”等生产环节全面实现信息化，并将煤炭生产、管理的各个环节，统一在一个网络平 台上，形成统一、完整的有机整体。采用工业以太网+ 现场总线的网络结构，将主运输 三遥系统、排水三遥系统、通风三遥系统、供电三遥系统、煤流计量等系统的设备管理 与监控统一在矿区生产调度中心完成，通过工业电视的监控画面，在调度中心大屏幕上 显示设备运转状况和生产流程。指挥调度中心通过该综合监控系统完成对井下开采工作 的调度与监督，提高指挥效率和生产率，降低危险发生机率。 对于这样一个集控制、监测、视频于一体的庞大的自动化综合监控系统，在调度中 心是由六台操作员站组成，分别完成对不同系统的监控。每个系统的数据量都非常大， 单就一个瓦斯探头，既要动态提取瓦斯数据，对传感器的测量周期进行控制，还要有视 频画面接入指挥调度中心，时刻察看安全状况。 对于矿区集团非调度中心的工作人员或领导，如此专业与繁复的数据量在察看和操 作时难免麻烦，也不利于远程监测。因此就需要一个面向矿区和集团全体工作人员的一 个既能监测井下安全生产，又方便操作，易于理解的综合业务平台。在羊场湾煤矿一期 信息化建设的基础上，井下的监测数据完全被提升至了地面，因此这样一个多业务监测 系统平台就具备了可靠而且充分的数据来源，实现起来会非常轻松。 实现一个独立的羊场湾煤矿安全生产多业务监测系统，将大大提高各级部门对井下 安全生产的管理，使整个矿区乃至集团都能时刻掌握井下动态。方便了领导对突发情况 作出紧急指示，减小矿难的发生机率。同时各个部门监督职能得到了最好的应用，从而 实现安全生产、高效生产，为企业创造效益。 1 2 煤矿监测系统在国内外的发展状况 ( 1 ) 国外概况 二十世纪6 0 年代以前，就已经存在多种形式的监测监控系统，经历了几个阶段的 发展。最早期的是使用继电器用于扫描、报警及模数转换。随后第二代是在六七十年代 西安科技大学硕士学位论文 占主导地位的4 - r2 0 m a 等模拟仪表测控系统，其显著缺点是：模拟信号精度低，易受 干扰。第三代是后来产生的集中式监测系统，这类系统采用单片机或微机作为监测器， 它们是整个监测系统的大脑，负责所有数据的集中采集、处理、分析及报警等，其系统 结构模式如图1 1 所示。 图1 i 集中监测式系统结构模式图 矿井安全监测系统是从煤矿生产系统的遥控、遥信和遥测技术中发展起来的。继五 十年代采煤机械化的出现，引起煤炭工业第一次技术革命之后，从六十年代初期，国外 就已经开始对环境参数的监测进行了研究。早期的监测系统一般是为井下某一生产环节 或某一监测目的而设计的，系统的容量不大。七十年代由于小型和大型计算机的出现， 加上新的数据传输和处理技术在煤矿监测系统中的应用，使得西德、美国，英国的监测 系统己取得很大进展，近年来各国的监测系统己逐渐从单独的生产监测与安全监控转变 为一个综合系统，英国、美国，日本，西德，都在不同范围和程度上有所发展和应用。 英国现已发展成为适应煤矿各种生产，安全环境的监测和控制而设计一套标准的地面硬 件和软件。系统地面设备由计算机、操作台、打印机，屏幕等组成，可对沼气，风速， 风压，一氧化碳、扇风机和局扇等的情况实旋连续监测，可连续监测1 2 8 个点，传输距 离可达2 0 公里，其标准软件，键控和操纵台显示屏等可进行显示，制图、表、曲线并 能根据工作需要进行储存，打印，记录等功能。美国于1 9 7 8 年开始研究的s c a d a 系 统主要用于井下设备工况和环境参数的监控。由于美国矿井条件的特殊，机械化程度高， 监测系统发展又较晚，总的来看尚处于发展初期。日本矿井少，各矿的监控系统都无定 型产品，主要检测对象为瓦斯，一氧化碳，硫化氢，风速，温度，粉尘等，波兰，法国， 目前用于集中监控瓦斯系统有c t t 6 3 1 4 0 v p ，c m m 2 0 型c m c 一1 型等几种，除能监测瓦 斯外，还可集中监控一氧化碳，温度，压力等。而西德是发展煤矿监控技术较早的国家 之一，有许多自动化装置在井下得到应用，煤矿自动化水平较高。目前，吉曼蒂克 ( g e a m a t i c ) 系统包括始端，传输系统，控制系统及计算机四部分：地面中央控制站 采用a t m 8 0 2 0 型过程控制计算机进行数据处理，并配有记录仪，显示系统采用可编程 序彩色屏幕显示。井下控制分站采用c p 8 0 一a 8 0 0 安全火花型可编程序控制器，实现数 据预处理功能，在分站至地面中心站的传输通道发生故障情况下仍能储存信息，正常工 2 l 绪论 作。这种井下分站具有数据预处理功能的分布控制方式，是煤矿监测系统的发展方向。 信息传输为时分与频分制相结合的形式，即井上下通道为g t2 1 型时分通道采用双芯 导线传距可达2 0 公里。可对一氧化碳，甲烷，风速等进行监控。总之，当前各国矿 井安全监测系统都处在发展阶段中，生产参数的监测量较大，而在环境安全监测方面， 除西德比较齐全外，其它国家目前装备数量为数尚少。这些国家的矿井监测系统虽不多， 其技术水平也不同，但近十几年来井下环境监测系统在预防恶性爆炸事故中，发挥了重 要作用【”。 2 0 世纪7 0 年代和8 0 年代，美国、法国和英国等先后研制应用了多种型号的矿井监 控系统，其中有代表性的一些系统已先后引入我国。2 0 世纪8 0 年代后，我国先后从国 外引入数十套监控系统，如美国的s c a d a 系统、英国的m i n o s 系统、德国的t f 2 0 0 系统、法国的c t t 6 3 4 0 系统、加拿大的森透里昂系统。上述系统均是综合型监测系统， 但侧重于安全参数的监测和控制。引进的这些系统，普遍存在着性能价格比过低，系统 软件( 特别在文档处理方面) 不太符合中国国情等问题。 ( 2 ) 国内概况 国外研制矿井计算机监控系统始于2 0 世纪6 0 年代，我国起步较晚，始于2 0 世纪 8 0 年代初期。 我国的煤矿安全监控技术和国外相比还有一定差距，仍处于引进和研制阶段。现发 展了瓦斯断电装置，预防瓦斯爆炸，同时也发展了以测定沼气为主的瓦斯遥测系统。近 几年我国计算机化的安全监控也有了较大的发展。羊场湾煤矿使用的综合自动化监控系 统是由西安交大博通技术服务公司，与宁煤集团合作设计与开发的，采用了世界最先进 的软件和网络设计：羊场湾煤矿地面1 0 0 m 西门子工业以太网；西门子p r o f i b u s 现场 总线的井下控制系统；上位机软件使用世界排名第一的i f i x 。 我国监控系统主要技术指标要求为： 中心站到最远测点距离不小于10 k m ，对于只适应中小煤矿的系统不小于7 k m ； 传感器到分站的传输距离不小于l k m ； 系统误差不大于1 ： 时分制监测系统的误码率不大于1 0 6 ( 是1 0 的负六次方) ； 系统巡检时间不超过2 5 s ； 控制执行时间不超过3 0 s 。 随着计算机技术在安全管理领域的应用，我国安全监测系统在硬件设备不断完善的 同时，配套的软件系统也不断取得新的进展，如我国自主开发k j 系列在国内矿井进行 了广泛应用，为我国煤矿安全生产起到了重要的作用。 总体来看，当前我国煤矿行业信息化水平仍然较低，信息技术应用不平衡，由于煤 矿长期粗放经营和国家在煤矿信息技术应用上投入不足，适用于煤矿井下的信息技术、 西安科技大学硕士学位论文 电子信息产品和信息系统的研发及产业化水平非常落后，煤矿井下安全生产的技术支撑 保障较为脆弱，这在一定程度上制约着煤矿安全生产工作。从系统集成来看，有关生产、 管理的自动化与信息化水平相对较低；从产业角度看，目前煤矿行业安全生产软硬件研 发和服务保障系统相对滞后，研发力量薄弱，适合煤矿行业特点和需求的软硬件与电子 专用设备、仪器目前仍比较缺乏，还难以满足煤矿安全生产的需求和技术升级的需要。 针对这些问题，按照煤矿行业的统一规则，采取有效措施，加快发展适于煤矿生产 安全的电子产品和装备，推动我国煤矿行业信息技术应用，提高信息化水平，提升煤矿 安全做好技术支撑，是信息产业义不容辞的责任和重点工作任务。信息产业各部门积极 配合数字化瓦斯远程监控系统的推广建设工作体现在下面几个方面。 ( 1 ) 加强跨部门的合作与协调，共同推动信息技术在煤矿安全生产领域的应用。 信息产业部将建立快速反应的工作机制，从组织上保障数字化瓦斯远程监控系统的推广 应用和利用信息技术加强与改善煤矿安全生产工作。 ( 2 ) 坚持自主创新，积极为煤矿安全生产领域提供信息技术产品和服务。加强集 群通信、移动、无线等网络与信息技术的综合应用，做好信息平台建设、网络监控、标 准制订、频率分配、产品配套、系统集成软件与整体解决方案提供等技术支持，推动形 成系列化、标准化、商品化的产品及系统，以满足大、中、小型煤矿的不同需求。 ( 3 ) 建立应用示范工程，在试点成功的基础上大力推广应用。信息产业部将配合 安全生产监督总局及煤矿安全监察局，选择重点煤矿进行瓦斯防治矿井综合自动化监测 监控系统、安全生产信息管理系统等示范性应用，坚持先试点、后推广，积极稳妥地开 展这项工作。 随着计算机网络技术、通信技术和智能控制理论的迅速发展，煤矿监测系统也由初 期封闭的、不具可互操作性的、造价高的专用监测系统逐渐朝着低成本的智能化、网络 化监测系统方向发展。即：下位机由各种智能采集设备构成，在与生产过程和事物管理 的设备或仪表相结合、实时感知设备各种参数的状态后，将这些状态信号转换成数字信 号，并通过高效的数字网络传递到上位机h m i ( h u m i 3 nm a c h i n ei n t e r f a c e 人机交互) 系统， 由之采取合理的方式显示给用户，在数据经过全面分析处理后，告知用户各种参数的状 态。这些处理后的数据可能会保存到数据库，也可能由上位机通过开放的i n t r a n e t i n t e m e t 网络系统传输到不同的监控平台上，与上层的管理信息系统集成，形成功能更加强大的 分层网络化系统，从而大大地提高工作效率和管理水平。 1 3 本课题的研究目的和意义 煤炭是我国最为重要的能源资源，煤炭生产的安全事关重大。我国煤矿安全生产面 临着非常严峻的形势，而广泛应用信息技术是加强和改进煤矿安全生产工作的有效手 段，推广煤矿行业信息技术应用己刻不容缓。同时煤矿信息化也给信息产业提供了新的 l 绪论 发展机遇，是信息产业改造传统产业的极好结合点。 充分发挥信息产业界的优势与作用为进一步贯彻落实科学发展观，坚持以人为本， 推动煤矿产业逐步走上一条安全状况好、科技含量高、资源消耗低、环境污染少的新型 工业化发展道路，特别是控制住安全生产事故频发的势头，推动我国煤矿产业的协调健 康发展，应该充分发挥信息产业界的优势与作用，大力推广信息技术在煤矿领域的应用， 特别是煤矿企业安全生产的监管问题，应该通过信息化的渠道，使矿区和地方管理部门 能够真实地看到安全生产的状况，以便及时的制定政策，使煤矿开发合理化、安全化， 透明化。对于合理开发与利用有限煤炭资源，更要提高煤矿企业自动化、数字化、网络 化、信息化的应用程度，将多业务统一集成，充分利用监测监控系统的海量数据，做好 组织工作，提高数据的利用率和清晰化，用立体的概念建立数字化矿井，来推进我国煤 炭企业的改革与进步。 1 4 本论文所做的工作和论文结构 本课题针是对宁煤集团羊场湾煤矿而设计“煤矿安全生产远程监测系统”。该系统主 要是配合羊场湾煤矿信息化建设一期工程，将已建好的综合自动化模块进行数据整合， 形成一个面向集团的多业务综合监测软件。本文所做的主要工作有： ( 1 ) 结合羊场湾实际情况，提出了c s 与b s 相结合的网络结构模式。 ( 2 ) 设计了羊场湾基于局矿两级的多业务综合安全监测系统的总体框架。 ( 3 ) 详细设计了“煤矿安全生产远程监测系统”的数据库，以及如何通过d e l p h i 软件 实现c s 结构的客户端的具体业务功能。 ( 4 ) 通过对b s 结构部分系统设计，提出了其实现w e b 浏览的理论依据以及难点技 术。 ( 5 ) 对系统实现的关键技术“s o c k e t 技术”、“多线程技术”、“组件模型”进行了重点分 析，讲述了其实现原理并展示了部分代码。 本文结构如下：共分八章 第一章绪论。本章介绍了课题的研究背景和意义以及远程监测技术在国内外的发展及 研究应用情况，最后讲述了论文研究的目的和意义，以及文章的主要内容和结构。 第二章技术思路。本章主要介绍了c s 和b s 网络结构的特点，通过分析比较两种结 构的利弊，提出c s 与b s 相结合的设计思路。 第三章系统方案设计。这一章首先分析了羊场湾煤矿井下自动化综合船控系统的概况， 结合矿井自身的特点，提出了多业务监测系统平台的设计框架，并给以论证。 第四章系统软件实现。这一章主要介绍了“煤矿安全生产远程监测系统”软件的实现过 程。首先对数据库进行设计，然后根据需求分析，进行了功能模块的划分，并提出了编 码标准，对设备与参数进行编码设计。最后介绍了c s 客户端和w e b 浏览的具体实现 西簧科技大学硕士学位论文 过程及原理。 第五章系统实现核心技术。本章详细介绍了在“煤矿安全生产远程监测系统”的实现中 所用到的关键技术：动态数据交换法( d d e ) 、s o c k e t 技术、多线程技术、组件技术等 等。 第六章系统安全分析。本章首先介绍了网络上常用到的安全策略，防火墙、加密技术、 密码认证等等，其次针对煤炭远程监测的特殊性，设计了该系统所具有的安全策略。 第七章结论。本章首先对整篇文章的主要研究工作给以简要总结，然后分析煤炭行业 的业务发展和远程监测技术的发展趋势，最后指出需要进一步研究和完善的问题。 2 技术思路 2 技术思路 煤矿监测系统的安全性和准确性不仅关系着企业的生产效益，它更是井下工作人员 生命安全的重要保障。因此系统软件的设计模式必须灵活性与安全性要兼顾，既要保证 对管理人员提供最新最快的监测数据，同时也要保证数据库安全和管理的方便灵活。因 此我们比较软件设计的两种结构模式，结合两种结构的利弊，提出c s 与b s 相结合的 设计思路。 2 1c s 和b s 结构 近年来，随着计算机技术与网络技术突飞猛进的发展，关于系统平台模式的选择是 系统设计人员遇到的主要问题。目前系统平台模式大体上分为3 种：单机模式、客户机 n 务器模式( c l i e m ，s e r v e r ，简称c s ) 和w e b 浏览器，服务器模式( b r o w s e s e r v e r ，简称 b s ) a 2 2 1c s 结构基本特点【2 】 典型的数据库应用可以分成三部分：表示部分，应用逻辑( 或称商业逻辑，部分，数 据访问部分。基本工作方式是客户程序向数据库服务器发送s q l 请求，服务器返回数 据或结果。 在传统的数据库应用体系中，客户端与数据库完全分开，在客户端上运行了大部分 服务，如数据访问规则、业务规则、合法性校验等等。每一个客户端都存在数据引擎， 并且每个客户端与数据库服务器建立独立的数据库连接( d bc o r m e c t i o m 。 基于该种体系的数据库应用系统的优势：开发周期较短，能够适应大部分中小型数 据库应用系统的要求( 当客户端数量少于5 0 时) 。同时c s 具有强壮的数据操纵和事务处 理能力，以及数据的安全性和完整性约束。但是随着企业规模的日益扩大，应用程序的 复杂程度不断提高，数据库应用的日渐发展、数据容量的不断增加、客户端数量的不断 增加，该种体系结构显示出了诸多缺陷，主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 可扩充性：对于数据库服务器端，每当建立一个数据连接，就会占用大量的 系统资源，当数据连接达到一定数量( 如2 0 个) 时，数据库服务器的响应速度与处理速度 将大打折扣。 ( 2 ) 可维护性：基于传统c s 的数据库应用系统，业务规则通常置于客户端应用 程序中。如果业务规则一旦发生变化( 随便举个例子，如身份证号码有可能升为1 9 位) 时，我们就必须修改客户端应用程序，并且将每个客户端进行相应的升级工作。 ( 3 ) 可重用性：采用传统c s 的设计模式时，数据库访问、业务规则等都固化在 西簧科技大学硕士学位论文 客户端应用程序中。如果客户另外提出了b s 的应用需求，则需要在w e b 服务器中重 新进行数据库访问、业务规则、合法性校验等编码( 例如将数据库访问写入a s p 代码1 ， 而所做的工作与客户端应用程序中的功能完全重复，从而加大了工作量。 ( 4 ) 开发成本较高：c s 模式对客户端软硬件要求较高，尤其是软件的不断升级， 对硬件要求不断提高，增加了整个系统的成本。 正因为以上的诸多缺陷，使得传统c s 模式己经不能满足业务的需要从而提出了 b s 模式。 2 2 2b s 结构及特点 b s 结构，即b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器朋日务器) 结构，是随着i n t c r n e t 技术的兴起， 对c s 结构的一种变化或者改进的结构。b s 网络模式可以写成：多浏览器+ 单w e b 服 务器+ 多数据库服务器+ 动态计算。在这种结构下，用户界面完全通过w w w 浏览器实 现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现，形成所谓3 - t i e r 结构。b s 结构，主要是利用了不断成熟的w w w 浏览器技术，结合浏览器的多种s c r i p t 语言( v b s e r i p t ，j a v a s e r i p t ) 平l la c t i v e x 技术，用通用浏览器就实现了原来需要复杂专用软 件才能实现的强大功能，并节约了开发成本，是一种全新的软件系统构造技术。随着 w i n d o w s9 8 w i n d o w s 2 0 0 0 将浏览器技术植入操作系统内部，这种结构更成为当今应用 软件的首选体系结构。显然b s 结构应用程序相对于传统的c s 结构应用程序将是巨大 的进步。 b s 结构采用星形拓扑结构建立企业内部通信网络或利用i n t e m e t 虚拟专网( v p n ) 。 前者的特点是安全、快捷、准确。后者则具有节省投资、跨地域广的优点。须视企业规 模和地理分布确定。企业内部通过防火墙接入i n t e m e t ，在整个网络采用t c p i p 协议。 基于b s 的i n t r a n e t 技术，其两项优势是实质性的： ( 1 ) 它是有计算机技术作为最稳定的技术平台，只有进入网络计算机时代，上亿 用户都联在网上，其技术才获得了高度稳定性。 ( 2 ) 它本质上是一种客户机技术，这对于大中型企业特别合适。在c s 模式下， 每种应用的主要部分是在客户机上。别的不说，光是在众多的客户机上安装和维护多种 应用的多个版本，就叫人受不了。而i n t e m e t 技术却不同，上亿个用户只是通过浏览器 这个统一界面，就可享受到无限丰富的，永远在不断变化和发展着的信息服务。i n t e m e t 原则上取消了所有在客户机上的维护工作。 ( 3 ) 它提供了异种机、异种网、异种应用服务的联机、联网、统一服务的最现实 的开放性基础。 b s 模式也存在一些不足之处： ( 1 ) 全文检索数据库的集成：i n t r a n e t 的技术就是以文本为基础的，可以说全文检 2 技术思路 索是i n t r a n e t 的一个基本组成，关键是指定检索条件，还有就是能把各式各样原来的文 件，方便地转换并装入全文检索数据库。虽然现在有一系列的接口工具，但由于原来文 件的格式种类几乎是无限的，这问题不可能有最终的解决方案，只能靠开发厂商不断完 善和优化。也有以文本文件为基础信息的管理系统，出于没有合适的平台，勉强使用关 系数据库或专用平台来建设，其结果要么开发困难、效率低下，要么则会使用户陷入专 有平台固有的各种苦恼之中。 ( 2 ) 关系数据库的接口：i n t r a n e t 与关系数据库的接口是m i s 中一个重要问题，这 里我们不具体阐述，这也是i n t r a n e t 与i n t e m e t 的区别最大之处。互联网上常常是一些不 规则文本的发布，而企业内部更注重于对有序数据的发布，这是m i s 的灵魂。目前解决 这个问题大致有三条路径： 许多数据库厂商推出了各自的“解决方案”。这些方案的特点是基于各自的专有技 术，与其数据库产品以及开发工具紧紧地捆绑在一起。如果企业只用或主要使用一种数 据库，这条途径是可行的。但i n t r a n e t 的开放性格大打折扣。 使用所谓的o l a p 工具，即独立于数据库产品的分析工具。 在i n t r a n e t 平台中提供访问关系数据库的通用接口工具，这是最理想的做法，但 目前产品仍没有达到前两种工具的性能，希望尽早有一个功能强的通用接口工具产生。 ( 3 ) 工作流接口：对于大部分企业，全面、完整的工作流工具并不太需要，因为 全文检索和关系数据库的接口工具己解决了信息的存储和共享使用。而工作流中“工作” 是属于o l a p 的，目前最好还是采用传统技术。如属于办公自动化方面的，最自然的是 采用o f f i c e 套件，为收集原始数据，还得需要f o r m 工具。而i n t r a n e t 的“消息传递”工具 是一大缺项，目前可行的只是利用电子邮件系统，而现在主要问题却是企业中通常采用 l o t u s n o t e s 等邮件系统，而不是直接使用n e t s c a p e 等浏览器中的电子邮件功能，因此需 要一个工作流接口工具，能实现基本的工作流功能，能综合调用o f f i c e 或f o r m 工具， 完成基本工作。利用企业的电子邮件系统实现工作消息传递，利用i n t r a n e t 调阅信息。 综合以上可以看出，企事业中由c s 铸就的数据大厦也不可能一下由b s 改写，因 此b s 要想在企业信息化建设中起主导角色，要走的路还很长。必须具体问题具体分析， 不带任何成见也没有什么激进偏见，将c s 与b s 技术淋漓尽致地尽展优势，发挥在企 业信息化建设中。 2 2 3b s 与c s 的结合策略 b s 在企业信息化建设中的一个重要用途即是w e b ，而目前企业w e b 的基本工作 模式就是： ( 1 ) w e bb r o w s e r 根据用户操作对w e bs e r v e r 提出访问请求。 ( 2 ) s e r v e r 将请求分析处理，通过c g i 访问d b m s 以进行数据的查询统计或事务 西安科技大学硕士学位论文 的提交。 ( 3 ) c g i 根据d b m s 返回的结果生成h t m l 格式，经过s e r v e r 向客户的b r o w s e 返回结果。 ( 4 ) b r o w s e r 将h t m l 结果显示给用户。 对于上述流程，工作量主要在s e r v e r 部分，而对该部分的处理目前也有好几种方法， 有用c g i 访问d b m s ，也有依靠w e bs e r v e r 本身具有数据库处理能力，也有混合访问 d b m s ，但总的来说，对w e bs e r v e r 端的应用开发我们有更高的要求。在各个子系统应 用上，我们仍然推荐用c s 式，无论你用小型数据库，或大型的( o r a c l e ，s y b a s e ) 类数据 库，在客户端你仍然要安装实用程序用于数据服务器的信息联系，而同样对于大多数管 理类用户，则可安装浏览器编制一定的c g i 程序或者利用新出现的j d b c 或j s p 技术实 现与后台数据库的连接。要特别提到的一点就是安全机制，在传统的c s 应用中，安全 性问题解决起来就比较容易，而w e bs e r v e r ，我们可以对用户请求进行过滤( 包过滤、域 过滤、主机过滤等) ，而由于i n t r a n e t 是基于t c p i p 协议的，如果用户直接通过i p 地址， 绕过前述的管理平台，直接访问信息的话，那么i n t r a n e t 的管理就是一句空话。在m i s 中，i n t r a n e t 应用与传统的c s 应用二者的安全性问题怎样合起来一起解决，而无需系 统管理员根据用户的访问权限和需求对w e bs e r v e r 进行手工配置，最好能在w e bs e r v e r 中有一种可与传统c s 应用无缝结合的方式，使开发人员在企业m i s 结构中对二种应用 的各方面进行集中一致的管理维护。 3 1 基于以上所述c s 与b s 的相结合的系统体系结 构图如下图2 1 所示： 吖“扩j “- 襄 融”i 阢世雄：+ 川小1 , - i 即日i c * 。“n w - 一“+ 小 i 、i 囊瓣 一“n 。：代、ir m 一一：l 誓 l j l l 、j ，fj t l ，珏：琦嚣 f 一一：雕并器 、c ；雌 0 。| j 赫，艟努鲥i f l l 秘协嚎攫f _ _ 涮+ ；0 i ，i ；! - j ；h l 驰过f 一降，鼬踅嚣，挖 致一1 ：_ 1 r 砖 图2 ic s 与b s 结合系统体系结构图 l o 2 技术思路 基于w e b 的b s 结构和c s 结构混合的模式既具有c s 模式下强壮的数据操纵和 事务处理能力，又具有b s 模式客户机的简化优点，并且各取其所长，使其有机地结合 成一个整体，c s 结构主要用来实现系统内部的管理，而b s 结构主要用来实现信息共 享。 西安科技大学硕士学位论文 3 系统方案设计 系统方案设计，包括网络结构的设计，软件的选择，以及通讯渠道的确定，对于整 个监测系统的性能以及运行的可靠性都具有十分重要的作用。总体方案是进一步工作的 基础。 3 1 羊场湾煤矿井下自动化综合监控系统概况 羊场湾煤矿信息化一期设计中，采用三层网络结构，并结合自动化、信息、计算机、 网络、通讯技术，利用先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，使 矿井在井下各个生产环节全面实现信息化。羊场湾矿井的网络如图3 1 所示： 图3 1 羊场湾矿网络基本结构 该网络采用工业以太网+ 现场总线的网络结构。采用西门子以太网、控制网和设备 网所组成的开放型网络，以西门子的p r o f i b u s 和1 0 0 m 工业以太网为基础，系统由地面 3 系统方案设计 控制中心、现场分站、信息传输介质、网络通信接口设备组成，以实现先进的、统一的 自动化控制网络平台，使整个系统配置合理，信息共享，安全可靠，提高指挥效率和生 产率。采用环网冗余技术：地面上要求高可靠的自动化控制网络均采用网络冗余技术。 矿井下环境条件恶劣，尤其是信道的故障率最高，因此本设计方案采用了环网冗余技术， 大大提供了矿井自动化系统的可靠性。在物理上和逻辑上考虑到传输信道、管控服务器、 调度主机、供电电源的冗余，确保传输通路、数据服务、监控工作站、供电电源的安全 可靠。网络交换机采用工业以太网交换机，有双电源冗余输入。异构系统的互联互通： 设计方案分别在网络级和串口级提供了多种符合国际主流标准的接口方式，便于各种子 系统的接入，实现最大限度的信息共享。它能够集成不同厂家的硬件设备和软件产品， 实现各系统间互操作，并将各系统数据集成。如地测信息系统、矿压观测、通风模拟系 统、安全监测、束管监测等。技术指标和参数：地面主干网速率：1 0 0 0 m ，工业以太网 速率：1 0 0 m ，现场总线传输速率：1 2 m s ，工业以太网每段网站可连接1 0 0 个，整个网 络最多可达1 0 2 4 个。 由此可见，井下工业控制网络囊括了安全监测、主运、通风、排水、供电等主要系 统的监测数据，它的监测内容非常全面和细致，数据量远远超出了我们所设计的煤矿安 全生产远程监测系统，具有如此丰富的数据源，对于我们的系统来说是非常好的外界条 件，这样我们所设计的安全监测系统不必涉及井下的数据采集，而只需要做接口，从工 业控制网络的服务器将数据拿来进行分类组合，为我们所用。 3 2 羊场湾煤矿安全生产多业务监测系统平台设计 3 2 1 系统框架 整个系统的应用结构如图3 2 所示。其中底层是以各个矿区的现场监测系统工业网 络为主。包括地面井下的传感器系统、数据采集系统、工控p c 机系统、智能监控与预 测维修软件系统、通信软件与硬件、监测软件系统。底层数据采集和监控系统采用了单 向数据传输技术，保证了各应用系统的安全性。 现场监测系统采集的数据通过工业监控主机与数据采集器通信，再送往宁煤集团监 测监控中心的数据库服务器集中保存和管理，数据库服务器同时对外提供数据访问服 务。各个矿区的监测监控应用服务器，与现场监测系统集成，主要完成与工业计算机通 信请求实时数据，以及处理矿区监测系统的各种显示与查询的请求。满足矿级的监测需 要。宁煤集团中心的数据库服务器负责存储从各矿级监测监控主机收集到的部分监测数 据，其应用服务器则负责从监测网络上获取实时数据并完成远程监测以及历史数据的各 种查询和分析，满足集团级的需要 西安科技大学硕士学位论文 一一工t 。下工二i i4 tt t t 工业总线j k i 攀 * f 1 堪 压嗣网r 耍田1 糯11 矿井i t 业i 监翻控i 园胼l 囝圈，圆圈j 擀】l 提升提升iml 泵 求* 理电视数据库 l 丁甲t 丁丁t 广丁丁1 1 一t 丁玉赫 之冬塞知选冬羚 鱼”一9康 l _ 监控应用服务器# 涮监拄应用服务器 i 一悟裂圉i ” l 矽秕4 “ 远程服务工程师 图3 2 多业务监测系统平台框架图 局矿两级的应用中心以监测监控应用服务器为依托，对于矿区级监测点，所有的历 史数据的请求和实时数据的请求通过监测监控应用服务器完成，其自身保留一定时限的 历史数据。同时负责向集团中心数据库传送部分数据。 整个远程监测系统采用w e b 客户朋务器、浏览器朋务器模式将分布在不同地域的 设备监测资源连接在一起，从而实现煤矿安全生产远程监测的广域网络化。对于矿区现 场的监测和集团的监测统一至一个监测平台上，但数据来源对应不同的数据库，这样做 可以避免因为大量访问实时数据而造成系统崩溃，也可以从用户的角度出发来满足不同 部门的监测需求。 在分级的网络体系中，目前我们实现的是集团级的监测，即所有监测数据通过矿区 的监测监控应用服务器已传送至集团中心的数据库，而软件系统的数据来源也是集团中 心数据库。 1 4 3 系统方案设计 3 2 2 软件设计 综合监测应用系统采用了目前灵活性及可扩展性最强的多层分布式体系架构。应 用服务器是整个系统的核心，根据企业业务需求的不同，以及信息系统各个组成部分在 功