（机械电子工程专业论文）轮胎胶囊生产的远程控制与管理系统设计.pdf

m a n a g e m e n tt e c h n o l o g yd o m e s t i ca n df o r e i g n ，t h eb a s i ca r c h i t e c t u r e ，b a s i cp r i n c i p l e s , c o m m o nc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l sa n dc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m sa r ei n t r o d u c e du s e d i nr e m o t ec o n t r o lt e c h n o l o g y s e c o n d l y , b yc o m p a r i n gt h r e es o f t w a r ed e v e l o p m e n tm o d es u c ha sc l i e n t s e f v c r m o d e ，b r o w s e r s e r v e rm o d ea n db r o w s e r s e r v e r - c l i e n t s e r v e rm i x e dm o d e ，t h e s c h e m ei se s t a b l i s h e dt h a tt i r ec a p s u l ev u l c a n i z e rr e m o t ec o n t r o ls y s t e mu s e sb r o w s e r s e r v e r - c l i e n t | s e r v e rm i x e dm o d ea n dr e m o t em a n a g e m e r i ts y s t e mu s e sb r o w s e r s e r v e r m o d e t h i r d l y , c o n t r o ls c h e m eb a s e do nr e m o t ed e s k t o pc o n t r o lm e t h o da n dr e a l t i m ev i d e o t r a n s m i s s i o nm e t h o da r ep u tf o r w a r df o rt i r ec a p s u l ev u l c a n i z e r s t r u c t u r eo ft h er e m o t e m a n a g e m e n ts y s t e mi sp r o p o s e da l s o f i n a l l y , t h er e m o t ec o n t r o la n dm a n a g e m e n ts y s t e mf o rt i r ec a p s u l ep r o d u c t i o ni s d e v e l o p e d ，t h ef u n c t i o no fm a i nm o d u l e sa r eo f f e r e da n dv a l i d a t et h ef e a s i b i l i t yo fs y s t e m t h ec o n c l u s i o n sa r eg i v e na l o n gw i t hr e c o m m e n d a t i o n sf o rf u t u r er e s e a r c h k e y w o r d s ：r e m o t ec o n t r o l l i n g ；r e m o t em a n a g e m e n t ；b r o w s e r s e r v e r ； c l i e n t s e r v e r ；t i r ec a p s u l ev u l c a n i z e r 目录 第一章绪论。1 1 1 论文的背景和意义1 1 1 1 论文的研究背景1 1 1 2 论文的研究意义2 1 2 国内外远程控制及管理领域的研究现状3 1 3 论文的内容安排6 1 4 本章小结6 第二章远程控制基本技术7 2 1 远程控制技术概述7 2 1 1 远程控制技术基本原理。7 2 1 2 远程控制系统体系结构7 2 1 3 远程控制技术通信协议8 2 2 远程控制系统软件开发模式1 0 2 2 1c s 客户端h i 务器模式1 0 2 2 2b s 浏览器j l 臣务器模式1 1 2 2 3b s c s 混合模式1 2 2 3 远程控制系统通信机制1 3 2 3 1 网络通信参考模型1 4 2 3 2s o c k e t 通信机制1 5 2 3 3 使用j a v a 实现网络通信1 7 2 4 本章小结1 9 第三章轮胎胶囊硫化机远程控制技术2 0 3 1 轮胎胶囊硫化机远程控制系统结构2 0 3 1 1 设备层级现场控制系统。2 l 3 1 2 车问层级本地控制系统2 1 3 1 3 异地层级远程控制系统。2 2 3 2 轮胎胶囊硫化机远程控制相关j a v a 技术2 2 3 2 1j a v a 多线程技术2 2 3 2 2j a v aa p p l e t 技术2 2 3 2 3 数字证书及a p p l e t 签名2 3 3 3r d c ( r e m o t ed e s k t o pc o n t r 0 1 ) 远程桌面控制程序实现2 4 3 3 1 远程桌面控制( r e m o t ed e s k t o pc o n t r 0 1 ) 技术2 4 3 3 2 轮胎胶囊硫化机远程桌面控制程序2 5 3 4 实时视频捕捉功能的实现2 9 3 4 1j m fj a v a 多媒体框架2 9 3 4 - 2 客户端月艮务器端程序实现。3 0 3 5 本章小结3 3 第四章轮胎胶囊牛产远程管理技术3 4 4 1 轮胎胶囊，e 产远程锊理系统结构规划3 4 4 1 1 系统应用服务器的选择3 4 4 1 2 系统m v c 的应用3 5 4 1 3 系统动态w e b 架构3 6 4 1 4 系统w e b 开发技术及开发语言3 6 4 1 5 系统的总体功能3 9 4 2 轮胎胶囊生产远程管理系统数据库规划4 0 4 2 1 系统网络数据库。4 0 4 2 2 系统数据库的选择4 0 4 2 3 基于j d b c 的数据库访问4 1 4 2 4 管理信息数据表的设计4 3 4 3 轮胎胶囊生产远程管理系统程序实现4 5 4 3 1 人事管理模块数据库访问4 5 4 3 2 生产计划模块程序实现5 0 4 4 本章小结。5 3 第五章轮胎胶囊生产的远程控制与管理系统实现5 4 5 1 系统开发及运行环境。5 4 5 2 服务器端主要模块5 4 5 3 客户端主要模块5 5 5 4 本章小结5 9 第六章总结与展望6 l 6 1 总l 客t ；l 6 2 展望。6 l 参考文献。6 3 攻读硕士期间研究成果6 5 1 改谢6 6 学位论文独创性声明。6 7 学位论文知识产权权属声明醴 随着计算 远程在线工程支持和远程控制技术正成为目前的研究热点，通过计算机网络把设备 层级实时数据采集到车间层级控制机，并通过互联网供异地层级客户完成生产的远 程控制与管理1 1 1 。本论文面向网络化制造的实际需求，对轮胎胶囊生产的远程控制 与管理系统进行研究，充分发挥网络技术，计算机技术和控制技术优势，实现了轮 胎胶囊生产的远程控制与管理系统，该系统突破时空限制，使坐落在不同地区的企 业之间、企业内部各部门之间交流生产信息，使出差在外的决策者及时了解生产情 况，掌控企业运作状态，实现对生产现场的远程调度，指挥决策，提高了企业管理 效率和管理水平。 1 1 论文的背景和意义 1 1 1 论文的研究背景 人类进入2 1 世纪后，经济全球化已经成为世界经济发展的主流，这不仅广泛影 响到全球各个领域，而且深刻影响着世界各国特别是发展中国家的经济发展，尤其 是制造业的发展【2 1 。在国际市场的竞争中，国外的跨国公司具有明显的优势，这些 优势使它们可以在全球范围内配置生产资源，最大限度地降低生产成本。而国内制 造业长期以来面对较为封闭的国内市场，管理水平低下、生产成本高，缺乏在全球 市场上搏击的经验和能力。在这种情况下，国内制造业要想与国外企业竞争，除了 常规的应对措施外，更要特别重视形成、利用和发挥后发优势，转变制造模式，加 强国际合作，开拓企业市场，充分利用各地资源优势，采用先进的网络化制造与管 理技术，打破地域限制，将原来分散的、孤立的企业纳入到国际竞争合作环境中， 使企业向分布化、集团化和专业化方向发展，成为国际制造业供应链中重要的一环 【3 l 。制造的全球化、网络化、敏捷化、虚拟化是技术发展、企业竞争带来的必然结 果，是未来制造业的发展趋势，它带给制造领域的将是一场具有深远意义的变革1 4 j 。 远程产品丌发、远程产品制造等新的基于网络的制造方式和制造理念随之出现，将 人员、设备、资源、各种生产活动都纳入整个网络中，通过网络，制造者可以从更 加广泛的范围获取资源并进行远程制造，生产的远程控制与管理作为一种新兴技术 正是这种发展趋势的具体体现。 本论文融合制造技术、控制技术和信息技术，对轮胎胶囊生产的远程控制与管 理系统进行设计实现。 由以上背景可以看出，轮胎胶囊生产的远程控制与管理系统，实现了轮胎胶囊 企业生产的远程控制及管理，通过计算机网络将分布在不同地点的人力、物力、设 第一章绪论 备和信息资源组织起来，实现资源共享，使坐落在不同地区的企业之间、企业内部 各部门之间交流生产信息，缩短了产品开发和生产周期，从而能快速响应市场变化， 使出差在外的决策者及时了解生产情况，掌控企业运作状态，实现了对生产现场的 远程调度，指挥决策，提高了管理效率和管理水平，增强了企业市场竞争力。 1 1 2 论文的研究意义 在轮胎硫化过程中，轮胎胶囊是轮胎加工的必备配件，轮胎胶囊的质量直接决 定轮胎成型的品质，因而在性能方面有很高的要求。它需要经受反复的膨胀、收缩 和拉伸等变形，还要经受急剧的升温和冷却。轮胎胶囊硫化是轮胎胶囊获得优质使 用性能的关键工序之一，也是轮胎胶囊生产中最重要的一道工序，其过程是先将胶 料经过适当加工制成半成品，再通过化学作用，将半成品制成轮胎胶囊外型，达到 符合轮胎加工的使用性能。轮胎胶囊硫化机的工艺流程包括合模、高压紧模、保压 硫化升温、保压硫化和自动启模等过程，温度、压力和时间是生产过程中影响轮胎 胶囊质量三个关键因素。轮胎胶囊生产的远程控制与管理系统结合网络技术，计算 机技术和控制技术，实现对轮胎胶囊生产设备层级的远程控制和企业层级的远程管 理。 轮胎胶囊生产的远程控制系统和远程管理系统分别采用b | s c s 混合模式和b s 模式，是以w e b 作为通信平台的远程控制与管理系统，w e b 技术以h t r p 技术为基 础，是信息网络技术中应用最普遍的一种信息交互平台，由于采用w e b 浏览器作为 统一的客户端，相对于传统的c s 客户端服务器模式，具有许多显著的优点，简单 高效跨平台、用户界面友好一致、方便用户使用、软件的安装维护升级容易。客户 端只要拥有一个浏览器即可访问该系统。另外，该系统具有良好的可扩展性，功能 扩展工作只需在服务器上完成，所有客户端软件都不需要改动，这些特点正是c s 模式所缺乏的。w e b 技术大大减少了系统维护费用，方便用户使用。本论文研究 b s c s 混合模式下的远程控制与b s 模式下的远程管理技术，为轮胎胶囊生产远程 控制与管理系统的开发提供完整的解决方案，选题的具体意义归纳如下： 1 、探索并实现了一种网络化远程控制与管理模式。该生产模式为企业管理者建 立了一种直接与车间设备、生产现场进行信息交互的平台，提高了信息交互效率， 有效地帮助其掌控企业的运行状况，提高管理效率和管理水平。 2 、轮胎胶囊生产的远程控制与管理系统有利于提高企业运行效率、缩短企业内 部信息传达的时间。传统的制造型企业无论是人事管理、产品管理、生产管理，都 是填写各种纸面表单，然后递交到各个相关部门和岗位。现在，可以登陆本系统直 接对人事、产品和生产计划进行制定和查询，而不需要像以前那样每天填写纸质文 档。 2 i j 青岛大学硕士学位论文 3 、轮胎胶囊生产的远程控制系统和管理系统分别采用b 临c s 混合模式和b s 模式，可以实现客户端软件零安装，无须其他软件或插件的支持，所有客户只要利 用操作系统的浏览器就可以对轮胎胶囊企业的生产进行远程控制与管理。 4 、轮胎胶囊生产的远程控制与管理系统，相关管理人员只要具有授权，在公司 内部局域网上任意一台计算机都可完成控制与管理，甚至可以推广到广域网络，出 差在外的决策者可以异地登陆本系统。 5 、轮胎胶囊生产的远程控制与管理系统集成网络技术、网络数据库技术和动态 网页技术，所有的数据和软件都在服务器端，用户通过网页把a p p l e t 小应用程序加 载到客户端主机上运行，系统升级和维护只在服务器端进行，减低了软件的升级维 护费用。 6 、轮胎胶囊生产的远程控制与管理系统的工具简单、界面生动直观，无需花费 额外的时间学习软件操作，以简单界面替换以往软件包，所有的数据操作对用户都 是透明的，用户不用关心数据的来源，一切都由服务器及专用的数据库来处理。 本论文拟研究并开发远程控制与管理系统，对于提升轮胎胶囊企业的管理水平、 制造效率，实现异地层与车间层、设备层的信息交互，实现轮胎胶囊生产的异地远 程控制与管理等都具有重要意义。由于国内制造企业生产方式和管理模式大致相同， 因而本系统的应用具有代表性，研究成果在制造企业中具有参考和推广应用价值。 1 2 国内外远程控制及管理领域的研究现状 2 0 世纪9 0 年代中期，美国伯克利加州大学( u n i v e r s i t yo f c a l i f o r n i aa tb e r k e l e y ) 的集成制造实验室在美国国防先进制造计划代理( d e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c h p r o j e c t s a g e n c y ) 、美国国家科学基金( n s fn a t i o n a ls c i e n c ea g e n c y ) 、福特汽车公司 的资助下开展了一个名为c y b e r c u t 的研究项目，建立了世界上第一个基于w w w ( w o r l dw i d ew e b ) 的设计和制造系统。c y b e r c u t 将该实验室的集成设计和制造环 境扩展成为一个分布式代理环境，该实验室还利用c y b e r c u t 进行了一些零件的实验 性制造。作为c y b e r c u t 的一个组成部分，伯克利加州大学集成制造实验室开发了网 络化的c a d 系统w e bc a d 。另外，还在福特汽车公司资助下开展一个名为“d e s i g n c o n s u l t a n t ( 设计顾问) 项目的研究，其主要目的是改善部门内部和部门之间的通 讯以减少产品开发时间和成本。该项目提出了基于网络的并行工程结构，准备打算 利用i n t e m e t 技术，使设计人员能够与团队的其他设计人员，如c a e 人员、制造工 程师、市场工程师等，共享设计信息、制造信息和市场信息，通过i n t e r n e t 连接d f x ( d f x 技术是并行工程的支持工具之一，例如d e s i g nf o ra s s e m b l v - d f a ) 模块 以辅助设计人员仿真可制造性、估计加工时间和生产成本1 4 j 。 i o w a 大学i n t e r n e t 实验室的k a n g 和g r a d y 等着眼于i n t e r n e t 环境下协同设计的 3 第一章绪论 研究，提出了一个基于w w w 的协同设计系统总体结构，并加以实现，称为 c y b e r v i e w ，它采用v r m l 虚拟现实标记语言在浏览器下实现分布设计小组的协同 浏览，产品模型采用s t e p ( i s o 标准1 0 3 0 3 的a p p l i c a t i o np r o t o c o l s2 0 3 和2 1 4 ) ， 他们做的主要工作是实现s t e p 向v r m l 的转换、s t e p 向o o d b 存储以及v r m l 浏览器，缺点是c y b e r v i e w 只能实现协同浏览，不能实现协同造型等进一步功能1 4 j 。 著名的n a t i o n a li n s t r u m e n t 公司就在它的产品l a b v i e w 中加入了网络通信处理 模块，因而可以在基于网络范围内进行监控数据的传送。美国t e l n n e s s e ea t c h a r a n o o g a 大学( u t c ) 设计的网上工程实验室提供了一系列远程控制实验，如压力 控制、温度控制、水位控制、速度控制等实验【5 j 。这个远程实验室系统是由一台w e b 服务器和五台客户机组成。每台客户机上都运行用l a b v i e w 编写的软件，并与一 套实际的实验设备相连。当用户通过i n t e m e t 访问w e b 服务器时，首先需要选择控 制参数，然后w e b 服务器把这些参数写入文件传送给相应的客户机。客户机收到这 些参数后，通过数据采集卡来控制相连的实验设备完成实验，并把实验数据传回给 w e b 服务器，最后，w e b 服务器根据这些数据生成实验结果图返回给用户。 数控机床作为一种技术含量高且结构复杂的机床系统，为适应未来面向任务和 订单的生产组织和管理模式，也具备了方便的网络功能和基于机器检测及远程检修 的远程服务或类远程服务功能。日本山崎马扎克m a z a k 公司推出新一代的加工中心 i n t e g r e xe 4 1 0 h s ，不仅实现了加工过程和刀具交换的自动化，还配备一个称为 信息塔( e t o w e r ) p b 部设备，包括计算机、手机、机外摄像头、机内摄像头等，能够 实现语音、视像、图形和文本的通信功能。该机床与生产计划调度联网，实时反映 机床工作状态和加工进度。操作者需指纹确认权限，在屏幕上观察加工过程、故障 报警显示、在线帮助排除。它是独立的、自主管理的制造单元。企业的生产计划调 度系统安排一周的加工任务，发送到信息塔，信息塔向操作者发出指令，并在屏幕 上显示机床的实时工作状态，操作者按照屏幕指示进行操作，遇到问题时，可随时 查阅计算机中的操作手册。正常情况下，机床自动工作，操作者与机床在时间和空 间上都是分离的。管理者和操作者皆配备有手机，通过手机可以查询生产工况，预 计加工完成时间以及延期报告和故障报警。机床发生故障时，屏幕会显示排除故障 的方法，m a z a k 公司维修中心能同时看到问题所在，远距离及时提供帮助，尽可能 减少机床的停机时间1 6 j 。 国家科技部曾在“十五”8 6 3 计划中提出根据国内外远程服务技术的现状和发展 动向，基于企业内部的网络结构，搭建远程服务系统，实现故障的远程监测、预报 和诊断，提高企业的经济效益及制造业的自动化水平。目前，该计划的研究工作己 经取得了重要的进展。 大连理工大学机械工程学院研制的远程控制快速成型加工系统，采用c s 客户 4 青岛大学硕士学位论文 端服务器模式，以快速成型制造基本工作过程为基础，构造了远程控制快速成型加 工的三种通信模型，以s t l 文件为远程输入控制基本模式，通过基于w i n s o c k 的网 络软件进行t c p i p 单地址点对点通信，进行控制与加工数据的发送与接收，实现了 通过i n t e m e t 对快速成型机的远程控制。该系统采用的以s t l 文件作为远程输入的 基本模式，所有的数据处理过程都在快速成型系统上完成，数据通信信息包括s t l 数据文件、分层处理的远程设置参数、远程实现加工的处理命令等，充分利用了s t l 数据文件、字符串形式的处理命令及控制加工的远程设置参数在传输上的方便性1 4 j 。 重庆大学制造工程研究所根据面向车间层级的网络化协同加工的实际需求，开发 了一套软硬件一体化的机床网络化生产管理与监控系统，实现了远程客户或企业管 理者通过网络对车间机床操作者加工任务的进度管理与生产监控，搭建了网络化制 造中机床资源的共享和车间层机床设备生产过程管理与监控的软硬件支持平刽。 其实现模式分为两个层次，一是面向外地订单客户或企业管理者的远程管理与监控 层；二是面向生产车间机床设备的加工现场层。外地订单客户或企业管理者通过 i n t e r n e t 远程登录系统，可对订单上要求加工制造的各个零部件的生产进度、质量和 机床设备状态进行实时监控和管理，并且还可以下发和传送生产任务、零件图样及 数控代码等技术资料。加工现场的每台机床设备都安装有自行开发的嵌入式信息终 端，可以显示二维三维图样、加工代码、工艺卡片、机床设备状态监控信息、生产 进度及质量信息。其生产模式为外地订单客户或企业管理者建立了一种直接与机床 设备生产现场信息交互的平台，可有效的实现对零部件加工状况的监控与管理，保 证生产质量和交货日期。 。 内蒙古工业大学轻纺学院对于i n t e r n e t 环境下毛纺产品与工艺远程协同工作系统 进行了研究【8 l ( 1 0 l ，集成了信息技术、计算机网络技术及现代管理技术，以分布式数 据库为基础，协同设计为前提，在产品设计过程、加工制造过程、产品质量控制与 管理过程、企业管理决策过程等方面，采用计算机辅助技术及先进的管理方法，如 c a d 计算机辅助设计、p d m 产品数据管理、p l m 产品生命周期管理和e r p 企业资 源计划等。该系统采用b s 浏览器朋艮务器结构，通过搭建i n t e r n e t 网站，使远程协 同产品开发系统的功能都在服务器端实现，用户只需要通过w e b 浏览器就可参与协 同设计，提升了企业的活力和市场竞争力。 中国科学院等离子物理研究所的h t - 7 超导托卡马克装置规模大、参数多，整个 系统采用不同类型的计算机，操作系统也不相同，而且各个子系统的控制计算机分 布于不同的实验现场，相距甚远，实验的特殊性要求控制系统能完成实时控制，而 且各功能子系统间的数据传输量很大。为实现整个系统的实时监控及诊断保护，系 统采用了基于交换式快速以太网的网络技术，利用基于t c p i p 协议的s o c k e t 网络 编程，不仅实现了数据共享、高速可靠的数据传输，而且系统具有组网简单、升级 5 第一章绪论 方便和高性价比等优点【9 1 。 许多知名p l c 制造厂商如西门子、洛克威尔、三菱和欧姆龙都推出了具备基于 网络控制功能的产品，世界著名轮胎企业如米其林、普利司通、固特异和用友公司 都对轮胎胶囊硫化机群实现了网络控制。运用计算机网络技术对若干台轮胎胶囊硫 化机联网控制，对轮胎胶囊硫化机实现统一的工艺设定和实时控制，系统由控制中 心、通信网络和终端三部分及相关软件组成。控制中心为装有监控软件的工控机， 实现对若干轮胎胶囊硫化机工作中相关参数的采集、处理及显示；通信网络是连接 控制中心和终端的物理网络，是数据的传输通道：终端部分由p l c 及各种温度、压 力传感器组成，p l c 实现各种控制指令，传感器实时监测并采集数据1 4 引。 1 3 论文的内容安排 本论文依托山东省教育厅项目“基于网络的轮胎胶囊c a d 和成型控制系统 ( j 0 7 w 1 0 8 ) 刀，研究基于b s c s 混合模式的轮胎胶囊硫化机远程控制与基于b s 模式的远程管理系统，主要内容包括以下几方面： 1 、介绍远程控制与管理技术的研究背景及意义，综述分析远程控制与管理技术 国内外研究现状，给出本论文的研究目的、课题来源及内容安排。 2 、介绍远程控制技术的基本体系结构、基本原理及常用通信协议，分析比较远 程控制技术三种软件开发模式，论述远程控制技术的网络通信机制。 3 、提出轮胎胶囊硫化机远程控制系统结构，对远程桌面控制程序和实时视频传 输程序所依赖的j a v a 和j m f 技术进行阐述，对程序开发步骤和关键代码予以说明。 4 、给出轮胎胶囊生产远程管理系统的结构方案，包括应用服务器的选择，开发 模式的确定，开发技术和系统总体功能的阐述；介绍数据库规划，具体包括网络数 据库的说明、系统数据库的选型、数据库访问技术及数据库各信息表的设计，最后 对该系统的程序实现进行说明。 5 、对轮胎胶囊生产远程控制及管理系统的开发、运行环境和各模块功能进行介 绍。 6 、总结与展望，全文总结，展望未来的研究工作。 1 4 本章小结 本章介绍了本论文的研究背景及意义，综述了与本课题相关的国内外研究现状， 最后说明了本论文的研究目的、课题来源及内容安排。 6 青岛大学硕士学位论文 第二章远程控制基本技术 本章从总体上对远程控制基本技术进行阐述，对远程控制的三种通用模式邵 ( c l i e n t s e r v e r ) 客户端, i l l 务器模式、b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 浏览器月艮务器模式、 b s c s 混合模式进行比较分析，最后论述了远程控制技术的通信机制，提出适合轮 胎胶囊生产远程控制的方案策略。 2 1 远程控制技术概述 2 1 1 远程控制技术基本原理 远程控制通常是客户端程序和服务器端程序同时运行，客户端程序运行在客户 机上，服务器端程序运行在服务器主机上，建立连接后进行通信实现控制功能。服 务器程序在服务器主机上运行，使服务器主机的某个端口处于监听状态，服务器主 机一直在监听客户机的连接请求，有的远程控制软件可以对请求连接的客户进行验 证，通过验证才能接受请求，建立连接。当服务器程序运行开启后，客户机运行远 程控制客户端程序，若要建立与服务器主机的连接，需输入服务器主机的计算机名 或p 地址，程序运行后就会在网络上搜索指定的服务器主机或口地址，一旦搜索 到指定计算机，客户机就会向服务器指定端口发出连接请求，如果服务器主机的指 定端口正处于监听空闲状态，服务器主机会接受客户端的连接请求，并根据不同软 件的差异，向客户端反馈一个连接响应信号，同时在客户端弹出登陆用户信息确认 对话框等操作。客户端输入用户登录信息并确认后，用户信息就会发送到服务器， 服务器程序接收到用户信息后，会在数据库中查询是否存在该用户及该用户的操作 权限等，如果用户信息验证失败，则拒绝该用户的连接，如果服务器确认客户端输 入的用户信息验证成功，服务器则允许用户进行下一步连接，同时根据用户权限开 启相应的功能模块，到此，远程控制的连接成功。随后根据不同远程控制软件的操 作界面，进行不同的远程控制操作。客户端成功连接远程服务器，客户端就成为远 程服务器的一个超级用户，可以直接控制远程服务器。 2 1 2 远程控制系统体系结构 体系结构是指一个系统的结构及系统各个部分之间的相互关系。通信技术是远 程控制技术的基础，通信技术的发展推动远程控制技术的提高，一般的远程控制系 统由三部分组成：客户端部分、数据传输部分、服务器端部分。各部分功能明确， 协调合作，实现对被控设备远程控制。 1 、客户端部分：客户端为用户提供操作友好界面，远程设备的运行情况可以通 过实时音频视频、动画模拟等形式展现给用户，用户也可以通过操作面板输入控制 命令、控制参数等，客户端软件对各种数据进行必要处理，传送到服务器端。计算 7 第二章远程控制基本技术 机以性能和价格优势，被广泛应用，是远程控制系统的主要操作平台。 2 、数据传输部分：数据传输部分是远程控制系统信息传递的通道，用于传输客 户端和服务器端的各种数据。数据传输部分一方面将客户端的控制数据传输到作业 现场，用于控制远程设备；另一方面将作业现场被控设备的数据实时传输到客户端， 使远程用户及时了解作业现场设备状态，下达下一步操作命令。随着 n t e m e t 技术的 发展，通过网络进行远程控制数据的传输成为未来发展趋势，音频视频在远程控制 系统中非常重要，因为信息量大，传输质量要求高，且不允许中断，因此对通信线 路有较高要求，随着带宽及硬件技术的发展，该问题一定会很好解决。 3 、服务器部分：服务器部分直接对现场设备进行控制。主要功能是接受客户端 发送的控制命令，控制现场设备进行相应操作，监测现场设备运行状态，对数据进 行必要的分析处理，并将设备的状态数据通过数据传输通道传送到客户端。服务器 部分以工控机为实现平台，进行现场控制、数据采集等。近几年，嵌入式计算机以 其体积小、功能强被广泛应用。 2 1 3 远程控制技术通信协议 远程控制是通过网络通信来实现的，必然需要通信协议的技术支持，t c p i p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c a l ) 传输控制协议因特网互联协议是迄 今最成功的通信协议簇，t c p i p 协议不直接使用o s i ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n ) 七层参考模型，而是使用一个四层通信模型，包括应用层、传输层、网络层和链路 层，t c p 口参考模型的每一层对应o s i 参考模型的一层或多层。 t c p 舢d p 层协议这两个协议都是使用1 p 作为网络层协议，t c p ( t r a n s m i s s i o n c o n t r o lp r o t o c a l ) 传输控制协议，在网络通信中，属于“面向连接，可靠传输”类型， 面向连接指在进行通信以前，首先在两个系统之间建立逻辑连接，数据传输过程中 都进行应答反馈以保证数据包的完整性，数据传输的可靠性是以网络开销增大为代 价的。u d p ( u s e rd a t a g r a mp r o t o c a l ) 用户数据报协议，属于“面向无连接，不可 靠传输 类型，该协议只负责接收和传送上层协议传递的信息，不做任何检测和修 改，而是由上层协议自行处理这些事务。u d p 中的数据包称作“数据报 ，包头有 四个域，与t c p 包头的十个多域相比，u d p 网络丌销小于t c p ，u d p 接收和发送 数据报，并不能保证数据报安全无误地到达目的地。由于u d p 在数据传输中没有连 接，亦不进行检查，因此传输效率要高于t c p ，是网络广播的首选协议，如：q q ， i c q 等【1 3 1 。 唧( h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c a l ) 超文本传输协议是w w w 服务程序所用协 议，是目前在i n t e m e t 中使用最广泛的协议，基于请求应答模式，客户端是用户， 服务器端是网站，客户端通过w e b 浏览器向服务器上指定端口( 端口并不是连接电 8 缆的物理硬件端口 不同的服务，端口 h a n d s h a k ep o i n t 一 息，服务器上存储 音频等，服务器接 的面向对象的协议 如信息查询、文件下载、访问w w w 方式的e - m a i l 、在线聊天等。 f t p ( f i l et r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 文件传输协议，该协议能够让经过授权的用户连接 到运行着f 1 限服务器程序的服务器主机上，浏览服务器主机的文件系统，可以把需 要的文件拷贝到客户机硬盘上，也可以把客户机的文件发送到服务器主机上。类似 于大多数i n t e m e t 服务，f t p 协议也是一个客户机服务器模式，用户通过一个支持 f t p 协议的客户机程序，连接到服务器的f t p 服务器程序，用户通过客户机发送命 令到服务器程序，服务器程序响应并执行用户命令，并将执行结果反馈到客户机i l 瑚。 该协议使用时必须先登录，获得服务器主机相应权限后，才能上传下载文件。由于 n 曙口令在网络上是明文传输的，被监听拦截会影响到系统的安全性，匿名f 1 限解 决了这个问题，用户无需成为注册用户就可进行文件传输1 1 3 1 。 r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 实时传输协议是在i n t e r a c t 上针对多媒体数 据流的一种传输协议，r t p 被定义为一对多和一对一两种工作模式，实现多媒体数 据流和时间信息的同步。r t p 一般基于u d p 协议来传输数据，因此不能保证传送或 防止无序传送，也不能确定底层网络可靠性，r t p 也可以基于t c p 、a t m 等协议工 作。应用程序开始一个r t p 会话时将打开两个端口，一个分配给r t p ，另一个分配 给r t c p 实时传输控制协议，由于r t p 协议本身不能提供可靠的按顺序传输数据包 的机制，也不能提供拥塞控制和流量控制，需要由r t c p 协议来保证传输质量及可 靠性等。r t p 协议可以确定传输的数据类型、数据包正确顺序以便j 下常播放，还可 以同步不同数据源传输的媒体流。在网络传输中，r t p 数据包不一定能够按顺序送 达目的地，也可能丢失，顺序的重新排列、丢失数据包的检测，由接收端根据r t p 包头信息来完成【1 5 j 。 r t c p ( r e a l t i m e t r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 实时传输控制协议提供多媒体数据 流量和拥塞控制服务。r t c p 为r t p 源携带一个持久性传输层标识符，称为规范名 或c n a m e 。由于一旦发现冲突或程序重启时，s s r c 标识符会随之改变，所以接收 方需要c n a m e 来跟踪每一个参与者，同时接收方还要求c n a m e 能够与一组相关 r t p 会话中来自于给定参与者的多重数据流相关联，例如视频和音频同步。在r t p 协议会话期i 可，各参与者周期性的传送r t c p 包，该包中包含已发送的数据包的数 量、丢失数据包的数量等信息，服务器端利用这些信息动态的改变有效载荷类型， 9 第二章远程控制基本技术 改变传输速率等。r t p 协议和r t c p 协议的配合使用，能以有效的反馈和最小的开 销使传输效率达到最优【1 5 j 。 s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 简单网络管理协议，该协议在 t c p i p 的应用层进行工作，其优点是规定协议不依赖于网络物理层的属性，对全部 网络及管理采用共同的协议，管理者和被管理者的关系采用客户端朋艮务器模式，通 过只轮询( p o l l i n g o n l y ) 的方法或基于中断( i n t e r r u p t b a s e d ) 的方法从被管理设备 中收集数据【1 2 j 。 p p p ( p o i nt op o i n tp r o t o c 0 1 ) 点到点协议，是在点对点线路上对包括i p 在内的 l a n 协议进行中继的i n t e r n e t 标准协议。p p p 从最初就对应于多协议，设计成不依 存于网络层协议的数据链路。在用p p p 对网络层协议进行中继时，每个网络层协议 必须有某个对应于p p p 的规格。p p p 由两种协议构成：一种是为确保不依存于协议 的数据链路而采用的l o p ( l i n kc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 数据链路控制协议；另一种为实 现在p p p 环境中利用网络层协议控制功能的n c p ( n e t w o r kc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 网络 控制协议。n c p 的具体名称在对应的网络层协议中有所不同，更准确地说，p p p 所 规定协议只是l c p ，至于将n c p 及网络层协议如何放入p p p 帧中，要由开发各种 网络层协议的厂家决定。p p p 帧具有传输l c p 、n c p 及网络层协议的功能，对利 用l c p 的物理层规格没有特殊限制，可以利用r s 2 3 2 c 、r s 4 2 2 4 2 3 、v 3 5 等通 用的物理连接器，在应用领域中的传输速度也没有特别规定，可以利用物理层规格 所容许的传输速度1 1 2 1 。 2 2 远程控制系统软件开发模式 远程控制系统的软件开发模式主要指的是软件开发思想。目前，在远程控制领 域，被深入研究且广泛应用的开发模式主要有三种：c s ( c l i e n t s e r v e r ) 客户端服务 器模式、b l s ( b r o w s e r s e r v e r ) 浏览器朋艮务器模式和b s c s 混合模式。 2 2 1c s 客户端服务器模式 客户端朋艮务器模式是由终端主机( t e r m i n a l m a i n f r a m e ) 模式发展而来的分布 式开发模式。由客户端程序和服务器端程序两部分组成，通常采用基于t c p 佃协议 的s o c k e t 进行通信，运行关系体现为“请求* j 应 模式1 1 7 j ，如图2 1 所示。 请求 客服 户 务 端 端 1 响应 图2 1 两层c s 结构模式 服务请求数据请求 d b w b b 浏服服 览务务 器器器 a 下r p 请芽1 数据返同 1 0 图2 2 三层b s 结构模式 青岛大学硕士学位论文 客户端程序为用户和服务器程序搭建桥梁，传输用户的控制命令同时接收服务 器程序的处理结果。一方面为用户提供友好操作界面，接收用户的命令或者参数， 与用户进行信息交互；另一方面时刻与服务器进行信息交互。这是一种典型的“胖 客户端 结构，通过在客户端进行一些数据处理等操作，减轻了服务器端的负担， 用户操作界面和业务逻辑在客户端程序完成，并通过网络结合了数据库服务器，客 户端和服务器端共同完成系统任务，服务器的功能有数据采集、设备控制、与客户 端通信等【1 8 l 【1 9 】。c s 结构将一个复杂的网络系统与简单直观的用户界面分离，使大 量的数据运算在后台执行，系统响应时间短，实时性好，大大提高了与用户的交互 速度，软件开发过程简单，编程思想逻辑清晰，集成开发工具多而且成熟