（计算机应用技术专业论文）基于bs模式的汽轮机预测维修系统的软件研究.pdf

济南大学硕士学位论文 摘要 汽轮机预测维修系统是济南大学计算机应用研究所与山东鲁能控制工程有限公 司联合研发的，该系统不仅多方位、全面地显示汽轮机运行状态；而且还对汽轮机 建立了完整的运行数据档案，使技术人员实时地或历史地全面了解汽轮机的运行状 态，对其做出评估。为了扩大本系统的使用范围，需要借助远方的专家在异地协助 电厂的技术人员监测汽轮机运行，对其状态做出评估或分析故障，这具有非常现实 的意义。而网络技术的发展为此提供了可能。 汽轮机预测维修系统是在v i s u a lc + + 集成开发工具环境下调试开发的。v i s u a l c + + 开发工具功能强大，易于调试，这是其他开发工具所不能比拟的；而且预测维修 技术在国内起步较晚，系统的硬软件为适应各种用户需求需要进行改动。所以本课 题保持原有系统的开发环境和整体架构，在其基础上进行开发，来解决该系统的远 程应用问题。 本文首先比较了c s 和b s 两种远程开发模式的优缺点，并在深入研究分析了 实现b s 模式远程监测的几种技术方案。在全面分析预测维修系统各种界面的远程 交互信息需求的基础上，决定采用j a v a 技术在原系统的基础上构建b s 模式的远程 监测应用。 使用j a v aw e b 技术构建整个系统需要的一定的运行环境，文中详细阐述了如何 配置j a v a 运行环境和t o m c a tw e b 服务器，并对a d o 数据库访问技术和j d b c 数据库 访问技术做了介绍。论文的重点是分析了系统的特点，提出整个系统的硬件、软件 结构，解决浏览器与原系统的信息传递问题，及一些关键技术在系统中的一般应用。 最后用典型实例具体说明本系统的实现过程。 本系统在开发过程中，为通过w e b 浏览器对v i s u a lc + + 环境下开发的应用程序 进行远程监测探索出的方法，可以推广到其他类似系统中的应用。 关键词：b s 模式：j a v a 技术；远程监测；汽轮机；预测维修 基于b s 模式的汽轮机预测维修系统的软件研究 a b s t r a c t 1 1 1 ep r e d i c t i v em a i n t e n a n c es y s t c mo ft u r b i n e g e n e r a t o ri sd e v 0 1 0 p e db yj i n a n u n i v e r i s t yi n s t i t u t e o fc o m p u t e ra p p l i c a t i o na 1 1 ds h a n d o n gl u i l e n gc o n 仃o lp r o j e c t i i m i t e dc o m p a l l y t h i ss e t0 fs y s t e mn o to n j yd e m o n s t r a t e dt 1 1 es t e a mt i l r b i n er u n 血n g s t a t u sf o 册m a n yf a c e t sa 1 1 - a r o u n d l y ；b u ta l s ot h i ss y s t e mh a sa l s oe s t a b l i s h e dt h e i n t e g r a t em nd a t af i l et om es t e 锄t u r b i n c ，m e s ed a t am a k et l l et e c h l l i c a lp e r s o n n e l r e a l 一t i m eo rh i s t o r i c a l l yc o m p r e h e n s i v e l yu n d e r s t o o dm es t e a h lt u r b i n et h e 删n gs 啪s ， a n dm a l ( ee v a l u a t i o nf o ri t mo r d e rt oe x p a l l dt h i ss y s t e mt h ea p p i i e ds c o p e ，t h es y s t e m n e e d st od r a ws u p p o r tf 如mt 1 1 ee x p e r t si na 1 1 0 t h e rd i s t a r i tp l a c ea s s i s t st l l i sf a c t o r y s t c c l l i l i c a lp e r s o f l n e lm o n i t o rt h es t e 锄t u r b i n em o v e m e n t ，m a l ( et h ea p p r a i s a lo r 也e a 1 1 a l y s i si t sb r e a l ( d o w n ，i t 、i l lh a v et h ee x 仃e m e l yr e a l i s t i cs i g n j f i c a n c e n o wt h en e t w o r k t e c h n o l o g y sd e v e i o p m e mh a sp r o v i d e dt i l ep o s s i b i l i 毋f o ri t i t h es y s t e mi sd e v e l o p e di nv i s u a lc + + i n t c g r a t e dd e v e l o p m e me n v i m n m e n t t h e f u l l c t i o no fi t sd e v e l o p m e n te n v i r o 栅e n ti si n i 曲t i l ya n dt h es p e e do fd e v e l o p m e n ti s q u i c k e r ，w h i c hi so t h e rd e v e l o p m e n tk i t sc a i ln o tc o m p a r et o ；m o r e o v e rt h ed o m e s t i c t e c h n o l o g yo f p r e d i c t i v em a i n t e n a n c ei su n d e n v a y1 a t e r ，t h eh 盯i i w a r ea n d s o r r a r co f t h i s s y s t e md e m a n d st oc a qo nm o d i n c a t i o nf o ra l lk i n d so fc l i e n t 1 k r e f o r e 咖s0 叩i c m a i n t a i n st 1 1 eo r i g i n a ld e v c l o p m e n t se n v i r o n m e n t ，c 枷e st h ed e v e l o p m e n to no r i g i n a l s y s t e m ，m a i n t a i n si t so v e r a l l 矗a r n e ，s o l v e sl o n g - d i s t a n c em o n i t o r i n gm em r m i n gs t a t l j s o fs t e 锄t u r b i n e t h i sp a p e rf i r s t l yc o m p a r e st h ea d v a n t a g e sa j l dd i s a d v a l l t a g e so fc sm o d ea 1 1 db s m o d e ，w h i c ha r ea l l1 0 n g - d i s t a n c ed e v e l o p m e n t sm o d e ，m e nt h o m u 曲l ys t u m e st h es e v e r a l k i n d so ft e c h n i c a lp l a i l st h a tc a nr e a l i z et h eb sm o d e1 0 n g - d i s t a l l c em o l l i t o ra n d c o m p r e h c n s i v e 姐a l y s i s sl o n g d i s t a l l c ei n t e r a c t i v ei n f o n n a t i o nn e e d e do f1 1 1 ep r e d i c t i v e m a i n t e n a l l c es y s t e mo fm b i n e - g e n e r a t o r se a c h k i n d0 fc o n t a c ts 删e ，t 1 1 ep 印e r c h o o s et h ej a v at e c l l i l o l o g yt oc o n s t m c tb sm o d el o n g - d i s t a n c em o n i t o r i n gs t e 吼 t u r b i n gm 1 1 n i n gs t a t u s u s i n gj a v aw e bt e c h n o i o g yt oc o n s 锄c tm es y s t e mw h i c hn e e dc e n a i n 删n g e n v i r o n r n e n t p a p c ri nd e t a i le x p a t i a t e sh o wt oc o n 丘gt h ej a v am n n i n ge n v i r o 砌e n ta n d l i 济南大学硕士学位论文 t 0 m c a tw e bs e r v e r sc o n f i g u r a t i o n s 锄dm a l 【et h ei n 廿o d u c t i o nt ot h et e c h n o l o g yo f a d od a t a b a s ea c c e s sa n dt 1 1 et e c h n o l o g yo fj d b cd a t a b a s ea c c e s s t h ee m p h a s i so f p a p e ri st oa 1 1 a l y s i st h es y s t e mc h a r a c t e r i s t i c ，t op r o p o s e st h eo v e r a l ls y s t e ms o r w a r e a r c h i t e c t l l r e ，t os o i v et h ei n f b n l l a t i o n 仃a n s m i s s i o nb e t 、v e e nt h eb m w s e ra i l dt h co r g i n a l s y s t e m ，a n ds o m ee s s e n t 瑚t e c l l l l o l o g i e si ns y s t c mg e n e r a l 印p l i c a t j o n f i n a l l yt h ep 印e r u s e st h et y p i c a le x 啪p l et oe x p l a i ns p e c i f i c a l l ym e s y s t e m sr e a l i z e dp r o c e s s d 晡n gm ed e v e l o p m e n to ft i l i ss y s t e m ，p a p e re x p l o r e saf e a s i b l em c t h o do f i o n g d i s t a n c em o n “o rb e t w e e nt h eb r o w s e ra n dt h ea p p j i c a t i o nw h i c hd e v e l o p e du n d e r v i s u a le h e n v i r o r n e m ，m i sm e t l l o da l s oc a l le x t e n dt oo t h e rs i m i l a ra u e s t i o n s k e y w o r d s ： b sm o d e ；j a v a t e c h n o l o g y ；r e m o t em o n i t o r i n g ；s t e 锄t i l r b i n e ；p r e d i c t i v e m a i n t e n a r l c e l i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：飞壁卜日期：m 翌攀 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将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、缩印或其他复制手段保存论文和 汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) ：蜂跏虢啤吼蜂肋棚 济南大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 课题研究的背景 济南大学计算机应用研究所与山东鲁能控制工程有限公司联合研制了汽轮机预 测维修系统，目前该系统已经在多家发电厂成功应用，取得了很好的效果。该系统 能够非常完善地采集、存储汽轮机运行时的各种动态数据，建立了汽轮机运行的完 整数据档案。该系统有丰富的监测分析功能，如：振动监测与分析包括实时监测、 历史趋势分析、轴瓦磨损判别、润滑油质监测、振动信号频域分析等。这样就可以 使技术人员全面了解汽轮机运行状态，并根据需要对其做出评估，是否需要检修。 该系统还具有一定的故障诊断专家系统的功能，但由于汽轮机运行状态的复杂性， 需要更有经验的高水平专家在异地通过网络协助本厂的技术人员对汽轮机运行状态 做出评估。这就需要该系统提供一种新的功能，即要把原有程序的各种功能界面实 时地、准确地、直观地、有效地传给异地专家，供他们对汽轮机做出分析、评估。 所以该功能是完全有必要的，而且有很强的现实意义。 为把数据传送到远端，这就需要将一台装有汽轮机预测维修系统的计算机作为 一个服务器，连入企业网并进入i n t e r n e t ，异地用户就可在异地接入这台服务器， 实时显示程序运行的情况。根据这些运行时的特征来检测系统的实时运行情况和诊 断系统的故障，是非常方便的，也必将扩大程序的应用范围。 传统的服务模式，特别是设备的维护服务，常常是派出设备的维修工程师或专 家协同客户解决问题，诊断及排除故障。这种模式，对设备的生产商及客户，特别 是对异地客户来说，生产商就会增加维护或生产成本；对于用户来说，机器设备的 故障得不到及时解决，则会造成一定的经济损失。随着计算机技术和通讯技术的发 展，特别是网络技术的日新月异，为保持处于异地制造系统的正常生产和使客户对 产品满意，远程服务与监测成为企业至关重要的问题。正是基于此种目的，开发这 套供远程监测的基于b s 模式的汽轮机预测维修系统，这套系统为发电厂提供了一 个远程监测的很好的技术方案，它的使用必将极大的提高发电厂的生产效率，具有 很好的实际意义。 另外我们在开发这个系统的整个过程中，是严格的在原有的汽轮机预测维修系 统的基础上开发，通过增加功能代码和添加信息传递等技术实现的，这是因为预测 维修技术在国内起步较晚，原有的预测维修系统需要适应不同机组的需要，须对配 备在各个机组上的汽轮机预测维修系统进行地修改、开发。而原有的这套系统在 v i s u a lc + + 6 0 这一集成开发工具环境下开发的。v i s u a lc + + 6 o 在m i c r o s o f t 公司的不断完善下，成为一种非常流行的集成开发工具环境，开发速度快，程序执 行效率高；而且它所提供的m f c ( 微软类库) 功能强大，包含了程序设计中的各个 基于b ，s 模式的汽轮机预测维修系统的软件研究 方面的类，使编写更加简单，所以这里我们这里不舍弃v i s u a lc + + 这一开发平台， 仍然在这个环境中开发调试。如果要把它改写为b s 模式调用的功能模块，也有很 大困难，一是原有的各个功能模块之间有数据共享，全局变量等问题，二是系统有 时需要增加新的功能，工作量大修改太费时间。所以我们在改造成b s 模式过程中 尽量保持原有系统的完整性，不打乱其总体结构。 1 2 远程监测技术的国内外发展现状 远程监测技术最早从远程医学( t e l e m e d e c i n e ) 开始的，目前，美国等发达国 家在应用及理论研究上都走在前面。一个开放性的远程医疗系统，包括远程诊断 ( t e l e d i a g n o s i s ) ，专家会诊，信息服务，在线检查和远程学习等。未来可实现 远程手术。对于机电设备的远程监测诊断，与远程医学有异曲同工的构架，可资借 鉴。 在国外，机器设各的远程监测诊断技术的研究与应用，主要开始于发达国家。 在最新的美制机床上，以具备基于机器监测和远程检修的远程服务或类远程服务功 能。几个美国机床公司( g r i d d i n g sa n dl e w i s ，b r i d g e p o r t ，s a g i n a wm a c h i n e t o o l s ，c i n c i n n a t in i l a c r o n ，a d e p tt e c h n o l o g y e t c ) 在他们的产品上，已具备远 程监测技术。在应用研究方面，新加坡南洋理工大学( n t u ) ，a s s o c p r o fs c h u b e r t f o o 等与其工业合作伙伴m a t s u s h i t at e c h n 0 1 0 9 y ( s ) p t e l t d 从信息检索利用的 研究角度针对伙伴公司的产品的服务技术的提高，在研究项目“a ni n t e l l i g e n t w e b - b a s e dh e l p d e s kf o rc u s t o 【r 【e rs e r v i c es u p p o r t “中实现了运用a i 技术诊 断系统故障等功能。 1 9 9 7 年1 月，斯坦福大学和麻省理工学院联合主办了首届基于i n t e r n e t 的工业 远程监测诊断研讨会。会议主要讨论了有关远程监测诊断系统开放式体系、诊断信 息规程、传输协议以及对用户的合法限制。会议确定由斯坦福大学和麻省理工学院 合作开发基于i n t e r 兀e t 的下一代远程监测诊断示范系统。该项工作得到了制造业、 计算机业和仪器仪表业的多家大公司的支持和合作，并很快建立了一个限于合作者 间的远程监测诊断示范体系t e s t b e d 。t e s t b e d 采用嵌入式w e b 组网，用实时j a v a 和b a y e s u a n n e t 实现远程信息交换和诊断推理。美国德克萨斯的m o n i c 公司开发了 发动机的远程监控和i n t e r n e t 信息服务系统。该系统中的客户软件m o n i t r e n d 使技 术人员可以通过卫星或局域网实时监控不断变化的数据及运行趋势。通过公司的 i n t e r n e t 服务，客户可在自己的机器上查看发动机性能的报告0 1 。德国西门子应用远 程服务解决工厂自动化装备的故障诊断与维护等问题。该公司的研究表明，采用远程 维护、诊断技术，可以使现场工作减少6 0 以上。清华大学蛆大型电站设备为对象， 开展了远程在线监测和诊断研究：同济大学在中德合作项目的资助下，开展了制造企 业远程服务系统的研究：华中理工大学提出了基于i n t e r n e t 的远程故障诊断的相关 折雨大学硕士学位论文 理论。 在国内，国家“十五”8 6 3 计划己将远程操作、监控与诊断技术列为重点研 究内容，并提出了“基于企业内部的网络结构，搭建远程服务系统，实现远程故障监 测、预报和诊断”的发展目标。监测、诊断与维护技术是密切相关、相互依存的。 华中理工大学，西安交通大学，同济大学等高校已开始远程监测的研究。华中理工 大学以实现了一个示范性的远程监测站点0 1 。同济大学同德国某公司合作，正在进 行针对上海大众汽车公司冲压生产线的远程服务系统，其中当然包括远程检测技术 的实质性完成开放性专家系统，协同专家会诊等功能。 国内进行研究和实际生产远程振动监测的企业也有一些如我国的深圳创为实 公司，是国内最大的机组远程再线检测系统的供应商和服务商，已经在电力，冶金， 炼油，化肥，乙烯，油气管线等上百家大型工业企业提供了近3 0 0 套系统，包括： 大机组状态检测系统s 8 0 0 0 ，泵群检测系统s 8 1 0 0 ，机组综合控制系统i t c c m 等”3 。 目前，创为实公司是国内唯一的大机组振动检测和控制系统集成的专业公司，并成 为全球唯一的掌握远程监测中心核心技术的企业。如其开发的s 8 0 0 0 大型旋转机 械在线状态监测和分析系统( 以下简称s 8 0 0 0 系统) 提供了丰富的谱图分析功能， 可对现场机组运行状态的实时不间断监控。现已广泛地应用到石化、电力、与钢铁 等工业部门，为实现对设备故障的早期诊断和及时维修发挥了重要作用。 图1 1s 8 0 0 0 在火力发电厂的应用 图卜l 即为创为实公司针对某火力发电厂对主机及辅机实旖远程在线状态监测 和分析系统的要求，提出了以创为实公司提供的“s 8 0 0 0 汽轮发机组及辅助机泵在 线状态监测和分析系统”及配套硬件为基础的完整解决方案和完整系统构成，并按 照火电厂要求详细说明了该方案的系统软硬件配置、技术性能和工程服务等。s 8 0 0 0 主要功能是状态监测，故障诊断，缺少对汽轮机运行状态评估方面的功能。 基于b ，s 模式的汽轮机预测维修系统的软件研究 济南大学和校外企业以预测维修为目的联合研发汽轮机预测维修系统，目前已 在山东邹县、莱芜、沾化等电厂成功应用，其中主流应用的汽轮机为6 0 0 唧，3 0 0 删， 也有1 3 5 m w 机组，取得了良好的经济效益和社会效益。拥有了一定的稳定客户群， 有着投资小，效率高的特点。 1 3 汽轮机预测维修系统简介 国内大机组振动状态检测、分析诊断和处理等技术虽然近十多年取得了较快发 展，对保证电力生产起到了积极作用，但当前的状况仍不能满足安全生产、科学管 理和技术资源优化配置需要。机组振动仍是现今影响我国火力生产的关键技术之一。 一方面，大机组配置的汽轮机监测保护系统( t s i ，t u r b i n es u p e r v i s o r y i n s t r u m e n t a t i o n ) 目前只停留在完成常规的监测与保护，对各种运行参数值并没有 进行保存，多因素分析很有限，无法跟历史数据进行比较，更无法利用历史数据进 行数学建模。1 。 大型旋转机械的振动监测与预测维修技术是近十年来发展起来的一门综合性新 技术，它是采用传感器监测技术、计算机技术、数字信号分析与处理技术和人工智 能技术，对设备运行状态进行监测分析，判断设备的工作状态是否正常，以及对设 备的故障进行诊断和预报，避免发生灾难性的事故，并对机组维修提供参考意见， 达到提高机组运行效率、降低维修费用、延长设备寿命、保证设备安全运行的目的。 本系统就是利用已有的t s i 系统的传感器缓冲输出接口，可以实时、自动、连续地 采集和存储汽轮机轴系的振动波形数据，从而提供了一个完整的轴系运行档案。 这套汽轮机预测维修系统就是基于以上的前提来设计开发的，目的在于能够使 相关专家和现场操作人员全面、多方位、及时地了解发电机组的工作状态”1 。 这套预测维修系统的总体设计思想如下： 采用上、下位机双层模式，下位机利用t s i 传感器的缓冲接口进行数据的 高速采集，然后将数据送至上位机。数据的存储和分析工作放在上位机上完成。 将采集到的数据进行多种方式的存储，为实时分析和历史工况分析提供一 个完整的轴系运行档案。 将各种方式的数据( 实时数据或历史数据) 进行多方位、全面地显示，使操 作人员通过直观的画面掌握机组工况。 能够对某些早期故障进行预测，避免造成严重的后果。 下面介绍一下这套系统的主要功能： l 、监测与分析部分 振动监测与分析部分的功能以及相应数据来源如图卜1 所示。振动监测与分析 包括实时监测、历史趋势分析、数据查询、事故追忆等功能。实时在线采样和振动 信号分析( f f t ) 济南大学硕士学位论文 机组升降速( 解列状态) 和日常运行( 并网状态) 振动数据采集、分析 和存储 报警、危急识别和事故追忆 历史资料存储 1 1 图卜2 为系统功能框架图： 图卜2 汽轮机预测维修系统框架图 2 故障预测与诊断部分 一方面将采集和存储的数据通过计算机软件，把发电机组轴系运行状态由原来 黑箱变成可视化的界面，这些数据可以使实时也可以是历史数据，操作人员可以根 据在出现异常的情况进行相应的处理。( 如轴瓦磨损判断，极坐标图中可接受区域 等) 。另一方面是采用专家系统进行故障诊断，根据相关专家提出的诊断经验建立一 些故障典型模型，在进行各类实时检测时进行故障诊断工作。诊断中使用的信息包 括：轴瓦位置，振动频率信息，振动幅值和相位变化特征，相关图形特征( 包括时 间波形图，轴心轨迹图，轴心位置图，频谱图) ，运行参数关联特性等等。 3 系统参数设置 系统参数是传感器与下位机硬件有关的各种参数( 比如位移变换系数，电压变 换系数，报警限) ，以及系统存储数据的时间的间隔，启停机文件的存储条件，系统 基于b ，s 模式的汽轮机预测维修系统的软件研咒 存储数据的路径，这些数据对整个系统都很重要，这些数据不是一成不变的，针对 不同的机组这些数据会不同，同一个机组在不同的时间上可能会对这些参数作调整， 因此这些系统参数必须是可以修改的。但又不能随意变化。因此本系统将这些重要 参数按照某种数据结构存储于专用文件中，并且设定了对这些参数的访问权限。 在上图中我们清晰地介绍了系统的结构和功能模块，各功能模块基本都得到了 很好的实现现在要做的解决该系统的远程监测、使用。 另外该系统通过汽轮机t s i 系统的传感器缓冲接口，可以实时、自动、连续 地采集和存储汽轮机轴系动力系统的各种数据，提供了完整的轴系运行数据档案并 且采用时间间隔和转速间隔这两种方式进行数据存储，从而提供了一个实时的、全 方位的轴系运行档案。 这套系统的开发环境是w i n d o w s 2 0 0 0 ，开发工具为v i s u a lc + + 。在整个软件开 发的过程中，为了精确地确定系统所需要的结果，根据专业人员的经验和现场数据 作了数学建模，如轴心位置的数学建模、s a p f 模型( 即可接受区域) 的建立等。目 前该系统已取得了较好得经济效益和社会效益。 1 4 论文研究的主要内容 汽轮机预测维修系统需要技术人员根据其所提供的信息来判断汽轮机运行状 态，有时需要高水平的外地专家协助本厂技术人员来对汽轮机做出评估判断。这些 随着网络技术的发展成为可能，目前邹县电厂将要建设的两台1 0 0 0 m 1 v 机组，这是国 内最大的发电机组，也提出了安装该系统的要求。对应用范围不断扩展，该系统必 然会遇到很多新问题，必然会对专家在远程参与汽轮机运行状态评估方面提出更高 的要求，所以将原有程序的各种功能，界面实时地、准确地、直观地、有效地传送 到异地专家面前是完全有必要的。所以该课题主要内容如下： 1 全面分析汽轮机预测维修系统各种界面的远程交互信息需求； 2 研究基于b s 模式远程监测系统的构成体系结构。通过对比分析，选择合适 的系统平台及体系结构，建立起基于b s 模式远程监测系统的硬件及网络结构模型； 3 分析基于b s 模式远程监测系统的开发应用环境，建立起合适的软件开发应 用平台； 4 研究基于b s 模式远程监测系统的软件结构及实现技术，给出利用j s p 、 a p p l e t 、s e r v l e t 等先进技术，结合汽轮机预测维修系统远程应用软件的开发探索 出一套切实可行的技术路线。 济南大学硕士学位论文 第二章基于b s 模式体系结构及相关技术 i n t e r n e t 技术近年来迅速发展，已经在各个领域得到广泛的应用，带来一场全 新的技术革命，而w w w 方式的服务正是其发展最为迅速的部分。它利用跨平台的标 准接口( 浏览器技术) 和标准协议( h t t p ) 来浏览各种媒体信息、实现数据库访问等。 基于w e b 与数据库相结合这种全新的技术模式，已经在越来越多的计算机领域加以 应用。 在远程监测系统中，应用w e b 技术实现实时数据的显示己是不可缺少的组成部 分，它通过工业现场数据的远程监测，对实现生产现场的远程检查评估具有特别的 意义。针对这一需求，讨论w e b 技术下的工厂远程监测系统的开发。将系统的各种 数据信息集中到w e b 数据库，通过w e b 服务器，将相应数据传递给客户端的w e b 浏 览器，是基于目前流行的b s 结构模式上的一种开发方式。还有一种远程应用开发 方式为c s 结构模式。现在我们就详细地讨论这两种远程应用体系结构：c s 模式 和b s 模式。 2 1b s 模式体系结构的分析 2 1 1 传统的c s 模式体系结构 客户服务器模式( 即c s 结构) 是上世纪九十年代流行开来得。它是软件系统 体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到c l i e n t 端和s e r v e r 端来实现，降低系统的通讯开销。此结构的典型方式是把数据库内容放 到远程的服务器上，而客户机上安装相应的软件0 1 。c s 结构一般采用两层结构如图 2 1 所示： ：孽户机 服务器 请求 事 数 ( 二 显务 据 卜_ j 竺兰! l 不处 处 逻理 理 辑 模 逻 块 响应 辑 图2 一lc s 结构图 目前大多数应用软件系统都是c l i e n t s e r v e r 形式的两层结构，它由两部分构 成：前段是客户机( c l i e n t ) ，即用户显示界面结合了表示与事务处理逻辑，接受用 户的请求，并向数据库服务器提出请求，通常是一个普通p c 机；后端是服务器 基于b ，s 模式的汽轮机预铡维修系统的软件研冗 ( s e r v e r ) ，即数据管理将数据提交给客户端，客户端将数据进行计算、显示。还要 提交完整的安全保护及对数据的完整性处理等操作，并允许多个客户同时访问同一 个服务器，在这种结构中，服务器的负担是比较重的，所以服务器的硬件配置要满 足客户的需要。 c s 结构在技术上很成熟，它的主要特点是交互性强、具有安全的存取模式、 网络通信量低、响应速度快、利于处理大量数据。但是该结构的程序是针对性开发， 变更不够灵活，维护和管理的难度较大。通常只局限于小型局域网，不利于扩展。 并且，由于该结构的每台客户机都需要安装相应的客户端程序，分布功能弱且兼容 性差，不能实现快速部署安装和配置，因此缺少通用性，具有较大的局限性。要求 具有一定专业水准的技术人员去完成。但随着信息技术的发展，c s 结构暴露出一 些问题。由于c s 结构中，客户端同时承担了表达逻辑和业务逻辑两部分功能，二 者之间界限不明显，无论在功能划分上还是具体程序实现上，两个层面往往交织在 一起。因而客户端需要安装大量的软件，机器需要较高的配置，客户端维护频繁， 系统的强健性下降，用户也需要进行专门的培训才能操作。这样，运行成本一直呈 上升趋势，从某种程度上限制了网络的应用范围。这种“瘦服务器月巴客户机”的 模式，随着信息管理的复杂化、网络系统集成的高度化发展，其逐渐显示了它的局 限性叫。 2 1 2b s 模式体系结构 b s 结构，即b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器服务器) 结构，就是只安装维护一个 服务器( s e r v e r ) ，而客户端采用浏览器( b r o w s e ) 运行软件。它是随着i n t e r n e t 技术 的兴起，对c s 结构的一种变化和改进。主要利用了不断成熟的w w w 浏览器技术， 结合多种s c r i p t 语言( v b s c r i p t 、j a v a s c r i p t ) 和j a v a 、a c t i v e x 技术，是一种全 新的软件系统构造技术。1 ，如图2 2 所示。 b s 三层体系结构采用三层客户服务器结构，在数据管理层( s e r v e r ) 和用户 界面层( c l i e n t ) 增加了一层结构，称为中间件( m i d d l e w a r e ) ，使整个体系结构成为 三层。三层结构是伴随着功能层中间件技术的成熟而兴起的，核心概念是利用中间 件将应用分为表示层、功能层和数据层三个不同的处理层次。三个层次的划分是从 逻辑上分的，具体的物理分法可以有多种组合。中间件作为构造兰层结构应用系统 的基础平台，提供了以下主要功能：负责客户机与服务器、服务器与服务器间的连 接和通信：实现应用与数据库的高效连接：提供一个三层结构应用的开发、运行、 部署和管理的平台”。这种三层结构在层与层之间相互独立任何一层的改变不会影 响其它层的功能。 在b s 体系结构系统中，用户通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出请 济南大学硕士学位论文 画髫 粤粤 w 曲服务器数据库服务器 图2 2b s 模式结构图 求，服务器对浏览器的请求进行处理，将用户所需信息返回到浏览器。而其余如数 据请求、加工、结果返回以及动态网页生成、对数据库的访问和应用程序的执行等 工作全部由w e bs e r v e r 完成。随着w i n d o w s 将浏览器技术植入操作系统内部，这种 结构已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 结构应用程序是一个非常大的进步。 2 1 3b s 和c s 结构分析比较 c s 和b s 是当今世界开发远程应用技术架构的两大主流技术。c s 是美国 b o r l a n d 公司最早研发，b s 是美国微软公司研发。目前，国内公司以c s 和b s 技术开发出的产品很多。而且这两种技术都有自己一定的市场份额和客户群，并已 广泛使用“，下面我们详细讨论一下两种体系结构。 1 、c s 架构软件的优势与劣势 ( 1 ) 、应用服务器运行数据负荷较轻。最简单的c s 体系结构的数据库应用由两 部分组成，即客户应用程序和数据库服务器程序一旦服务器程序被启动，就随时等 待响应客户程序发来的请求；当需要对数据库中的数据进行任何操作时，客户程序 就自动地寻找服务器程序，并向其发出请求，服务器程序根据预定的规则作出应答， 送回结果，应用服务器运行数据负荷较轻。 ( 2 ) 、数据的储存管理功能较为透明。在数据库应用中，数据的储存管理功能， 是由服务器程序和客户应用程序分别独立进行的，前台应用可以违反的规则，并且 通常把那些不同的( 不管是已知还是未知的) 运行数据，在服务器程序中不集中实 现，例如访问者的权限，编号可以重复、必须有客户才能建立定单这样的规则。所 有这些，对于工作在前台程序上的最终用户，是“透明”的，他们无须过问( 通常 也无法干涉) 背后的过程，就可以完成自己的一切工作。 基于b ，s 模式的汽轮机预测维修系统的软件研究 ( 3 ) 、c s 架构的劣势是高昂的维护成本且投资大。首先，采用c s 架构，要 选择适当的数据库平台来实现数据库数据的真正“统一”，使分布于两地的数据同步 完全交由数据库系统去管理，如果需要建立“实时”的数据同步，就必须在两地间 建立实时的通讯连接，保持两地的数据库服务器在线运行，网络管理工作人员既要 对服务器维护管理，又要对客户端维护和管理，这需要高昂的投资和复杂的技术支 持，维护成本很高，维护任务量大。其次，传统的c s 结构的软件需要针对不同的 操作系统系统开发不同版本的软件，由于产品的更新换代十分快，代价高和低效率 已经不适应工作需要。在j a v a 这样的跨平台语言出现之后，b s 架构更是猛烈冲击 c s ，并对其形成威胁和挑战。 2 、b s 架构软件的优势 ( 1 ) 、维护和升级方式简单。目前，软件系统的改进和升级越来越频繁，b s 架构的产品明显体现着更为方便的特性。对一个稍微大一点单位来说，系统管理人 员如果需要在几百甚至上千部电脑之间来回奔跑，效率和工作量是可想而知的，但 b s 架构的软件只需要管理服务器就行了，所有的客户端只是浏览器，根本不需要 做任何的维护。无论用户的规模有多大，有多少分支机构都不会增加任何维护升级 的工作量，所有的操作只需要针对服务器进行；如果是异地，只需要把服务器连接 专网即可，实现远程维护、升级和共享。所以客户机越来越“瘦”，而服务器越来越 “胖”是将来信息化发展的主流方向。今后，软件升级和维护会越来越容易，而使 用起来会越来越简单，这对用户人力、物力、时间、费用的节省是显而易见的，惊 人的。因此，维护和升级革命的方式是“瘦”客户机，“胖”服务器。 ( 2 ) 、成本降低，选择更多。大家都知道w i n d o w s 在桌面电脑上几乎一统天下， 浏览器成为了标准配置，但在服务器操作系统上w i n d o w s 并不是处于绝对的统治地 位。现在的趋势是凡使用b s 架构的应用管理软件，只需安装在l i n u x 服务器上即 可，而且安全性高。硬件投资方面也更节省，当应用范围扩大，系统负载上升时， c s 结构软件的一般解决方案是购买更高级的中央服务器，原服务器放弃不用，这 是由于c s 软件的两层结构造成的，这类软件的服务器程序必须部署在一台计算机 上：而b s 结构则不同，随着服务器负载的增加，可以平滑地增加服务器的个数， 然后在各个服务器之间做负载均衡。有效地保护了原有硬件投资。 综上我们用表2 一l 简单明了的叙述 正因为b s 结构在许多方面有着巨大的优势，b s 开发技术发展起来，w e b 服务 端开发技术的完善使开发复杂的w e b 应用成为了可能。在此起彼伏的电子商务大潮 中，为了适应企业级应用开发的各种复杂需求，为了给最终用户提供更可靠、更完 善的信息服务，两个最重要的开发平台一j a v a 和n e t 在2 0 0 0 年前后分别诞生了， 两大技术的激烈竞争促使了w e b 开发技术以前所未有的速度提高和发展。 济南大学硕士学位论文 麓鬻菊谶蜀簿鬻懑蒸鬻黧麓黧雾鏊骣辫瓣潮黼燃囊壤“ 只要在内部统一的标准即开放的，非专用的，经过标准化组织 标准可，应用往往是专用的确定的标准，具有通用性和跨平台性。 必须开发出专用的客户端软只需在客户端装有通用的浏览器即 开发与维护件，安装、配置、升级都要 可，维护和升级都在服务器端进行， 在所有的客户机上实施，浪客户端不做任何改变，大大降低了开 费人和物力发与维护成本。 用客户界面由客户端软件决用户界面都统一在浏览器上，易于使 界面和使用 定使用方法和界面各不相 用，界面友好，使用其它软件，不需 同，每推广一种c s 系统，再学习。 用户都要从头学起。 客户端具有显示和处理数据客户端不负责数据库的存取和复杂的 客户端的功能，对客户端要求很高，计算等，只进行显示，大大降低了对 是一个“胖”客户机 客户端的要求，是一个“瘦”客户机 需要专门网络、局域网之间建立在广域网之上，不必有专门的网 硬件环境通过专门服务器提供连接和络硬件环境，只需要有操作系统和浏 数据交换服务览器就可以，使用范围强。 客户机直接与数据库服务器系统在客户机与数据库服务器之间增 安全性连接，用户可轻易地改变服加了一层w e b 服务器，客户机无法直 务器上的数据，系统的安全接操纵数据库，有效地防止了非法入 性不好保证。侵。 表2 1c s 模式与b s 模式的比较 2 1 4b s 模式的实时监测体系结构 我们前面己经介绍了b s 模式的软件体系构造，了解了b s 模式采用的是三层 体系结构，即客户端、w e b 服务器和数据库服务器。客户端仅仅使用浏览器即可访 问服务器，功能处理放在w e b 服务器层，数据处理则由数据库服务器进行，这样通 过网络就可以进行异地数据访问“。现在要把b s 模式远程开发技术应用于远程监 测系统，就要进行相应的调整。这里最主要的问题就是在b s 模式下如何直接实现 与监测对象进行数据通讯。基于b s 模式实现与被监测对象进行数据通讯的远程实 时监测系统需采用四层体系结构，即表示层、功能层、数据层和控制层。如图2 3 所示。这里不仅增加了控制层，而且对功能层和数据层的功能也都进行了扩展。这 种体系结构既具有b s 模式的优良特性，又增加了控制服务功能，充分利用了现有 的网络资源和工业现场资源，并且使二者有机地结合在一起，达到了基于b s 模式 基于b ，s 模式的汽轮机预测维修系统的软件研究 远程实时监测。 其中各个层次的功能具体表示如下： 表示层、功能层、数据层和控制层既有一定的相互联系又有相对独立性，各层 是通过i n t e r n e t i n t r a n e t 相连接，通过h t t p 协议或t c p i p 讯协议进行信息通 讯。 表示层，作为应用程序的客户端，包括系统的