（计算机应用技术专业论文）基于j2ee的远程监控系统模型的研究.pdf

基于j 2 e e 的远程监控系统模型的研究 计算机应用技术专业硕士研究生余航 指导教师刘枫教授 摘要 远程监控系统广泛应用于企业生产过程中，是其他企业信息系统生产过程数据的来 源。各种监控系统一般由不同的提供商采用不同的技术开发和维护，运行在不同的平台上。 这导致了监控系统之问缺乏交互，监控系统与其他企业信息系统之间也缺乏信息的共享。 为了提高生产效率，需要通过监控系统集成来提高控制系统的开放性和可互操作性。 传统的监控系统产品主要是基于面向对象中间件的解决方法。但是面向对象中间件技 术的自身特点决定了它在监控系统领域的不足：要求系统的同构性、受防火墙限制、不同 组件模型之间的互操作性差、实施复杂性高等。 为了解决上述的问题本文对基于j 2 e e 的远程监控系统模型进行了研究。首先，将 系统开发模型抽象为四层结构。然后在此基础上以j 2 e e 为核心，提出了一种监控系统集 成框架，具有通用性和指导性。本文在远程监控系统集成中引入了许多较新的w e b 技术 将基于角色的访问控制，s o a p 等应用于该模型。这些技术结合j 2 e e 基本能解决传统远 程监控系统的不足。最后，本文还给出了一种远程监控系统的设计和实现流程并对远程 监控系统进行了集成。通过实验验证了本文提出的方法。在具体的集成过程中体现了利用 本文提出的方法进行远程监控系统集成的优点。 关键词：监控系统s q a p 集成框架j 2 e e a b s t r a c t r e m o t em o n i t o rs y s t e m s ( r m b r o a f l l ye x i s ti nt h em a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s r m s sa r et h e c o n t r o lc e n t e ro ft h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n dt h e ya f et h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s sd a t as o u l 陀ef o r o t h e re n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m s d i f f e r e n tr m su t i l i z e dd i f f e r e n td e p l o y m e n tt e c h n o l o g i e sa n d c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k s , d e p l o y e d a n dm a i n t a i n e d b y d i f f e r e n tv e n d o r sa n do p e r a t e do n h e t e r o g e n e o u sp l a t f o r m s 耵l i sr e s u l t si nt h es h o r t a g eo fi n t e r o p e r a t i o na m o n gr m s sa n di n f o r m a t i o n s h a r i n gb e t w e e nr m s sa n do t h e re n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m s s o ，t h en o t o r i o u s “i n f o r m a t i o n i s l a n d ”i sf o r m e d i no r d e rt oe l i m i n a t et h e i n f o r m a t i o ni s l a n d a n di m p r o v et h ep r o d u c ee f f i c i e n c y , r m s sn e e dt ob ei n t e g r a t e d o b j e c t - o r i e n t e dm i d d l e w a r eb a s e ds o l u t i o n sa r et h em a i nt r a d i t i o n a lr m s si n t e g r a t i o nm e t h o d b u tt h e s es o l u t i o n sh a v et h e i rl i m i t a t i o n sb e c a u s eo f o b j e c t - o r i e n t e dm i d d l e w a r e so w nc h a r a c t e r _ t h e l i m i t a t i o n si n c l u d e ：r e q u i r i n gs a m es y s t e ma r c h i t e c t u r e ，r e s t r i c t e db yf i r e w a l la n ds h o r t a g eo f i n t e m p e r a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n tc o m p o n e n tm o d e l s t h i st h e s i ss t u d i e st h er m s si n t e g r a t i o nu s i n g t h ew e bs e r v i c e st e c h n o l o g i e s w e bs e r v i c eh a st h e c h a r a c t e r i s t i c so fe n c a p s u l a t i o na b i l i t y , l o o s e l yc o u p l e da r c h i t e c t u r e ， s t a n d a r d i z e dp r o t o c o l ，h i g hi n t e r o p e r a b i l i t ya n di n t e g l a t i o na b i l i t y , e t c i ti st h ei d e a lt e c h n o l o g yf o r r m s si n t e g r a t i o n w e bs e r v i c eh e l p st os o l v et h et r a d i t i o n a lp r o b l e m si ni n t e g r a t i o n i nm yp a p e r , d e v e l o p i n gm o n i t o rs y s t e m s m o d e l sa r ea b s t r a c t e di n t oaf o u r - l a y e rs t r u c t u r e t h e n , b a s e do nt h e $ u u c t u r ea n du s i n gj 2 e ea st h ek e yt e c h n o l o g y , w ep r o p o s ear e m o t em o n i t o rs y s t e m s i n t e g r a t i o nf r a m e w o r k i ti sag e n e t i cf r a m e w o r ka n dc a nb eu s e da sag u i d e r e m o t em o n i t o r s y s t e m s i n t e g r a t i o np l a t f o r mi st h em a i np a r to f s o a p t h i st h e s i si n t r o d u c e sm a n yw e bt e c h n o l o g y a g ei n t r o d u c e d s u c ha sr o l e - b a s e da c c e s sc o n t r o lm o d e la n dm i d d l e w a m t h e s et e c h n o l o g y , w h i c h c o m b i n e sj 2 e e ，b a s i c a l l sc a ns o l v et h et r a d i t i o n a lr m s s d e f i c i e n c y w ea l s op r o v i d ead e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o nf l o wf o rr m s si n t e g r a t i o n t h ee x p e r i l n e n to fm o n i t o rs y s t e m si s c a r r i e do u t t h r o u g ht h es u c c e s s f u le x p e r i m e n t a l ，t h ef e a s i b i l i t yo fj 2 e eb a s e di n t e g r a t i o ni sv e r i f i e d , a n dt h e a d v a n t a g e sa r es h o w e d k e y w o r d s ：m o n i t o rs y s t e m ，s o a p , i n t e g r a t e df r a m e w o r kj 2 e e i l 图 图2 - 1d c s 系统结构8 图2 - 2f c s 系统结构图9 图2 3 混合型工业以太网结构图1 1 图2 - 4b r o w s e r s e r v e r 结构1 4 图2 - 5 基于w e b 的远程监控系统1 6 图3 - 1m v c 模型。2 0 图4 - 1 基于j 2 e e 的远程监控模型2 9 图4 - 2s t r u t s 体系结构。3 2 图4 - 3s t r u t s 请求响应流程图3 3 图4 - 4r b a c 的基本模型3 6 图4 - 5 使用f a g a d e 模式前后4 0 图5 - 1j 2 e e 的l o g i n 交互图4 4 图5 - 2s o a p 客户和s o a p 服务4 8 v 独创性声明 y 9 0 1 9 7 5 学位论文题目：基王2 星堡鲍亟焦鳖控歪缠搓型盟盈壅 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，沦文中不包含其他人已经发表或撰：写过的研究成果，也不包含 为获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者：余自元签字日期：臼6 年歹月莎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：叼不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：众辱乞j 导师签名： 签字日期：2 oe 占年5 月c f 日签字日期： 学位论文作 工作单位： 通讯地址： j ? 础畸 。占年r 月乡日 电话 邮编 1 1 研究背景 第一章绪论 目前在我国许多企业中，i n t e m e t 的应用还是集中在办公自动化方面，其潜 力远远没有被挖掘，这主要是由于生产数据不能及时、准确地提供到企业管理 层，以至于不能实现真正意义上的信息集成和数据共享，当然也就无法形成决 策支持系统、管理优化系统等高层应用。所以，提高i n t e m e t 的应用价值是每 个企业提高综合竞争实力的一种重要手段，而开发高效、实用的基于i n t e m e t 的远程监控系统则是提高企业网络应用的一个重要方面【l 】。 所以为了更好实现企业内部的信息共享和及时决策，现代企业对监控系 统的要求，已经不仅仅满足于传统意义上的数据采集和控制输出，而是要和最 新的计算机网络技术相结合，实现企业内部信息更高效率地利用。在这样的需 求下，将企业设备层、控制层和管理层进行系统集成，构建新型的计算机远程 监控系统，便成为一个迫切的任务。而高效、实用的远程监控必须借助于网络 才能得以实现。 在当今社会中，许多企业、部门都迫切的需要借助于网络实现远程监控。 例如电力系统对各变电所运行状态的集中监控；水利系统对各水情监测站的远 程控制；冶金行业对设备温度、压力和产品的各种成份的远程监控。在这些行 业和部门中，远程监控的应用都有着非同寻常的意义。首先，远程监控的应用 可以实现现场运行数据的实时采集与快速集中，为整个系统的协调、调度提供 可靠的依据，从而有力地保障整个系统的协调运行。其次，采用远程监控，可 以部分取代传统的现场监控，从而可以有效的减少现场值守工作人员，达到减 员增效的目的。第三，随着近年来科技的发展，新技术的广泛应用，传统的分 散看守，维护运行方式已经越来越不能适应当前形势的发展了，迫切需要对远 端的工作状态进行集中监控，从而推动整个系统向自动化、综合化、集中化、 智能化的方向发展。第四，作为大型企业，借助于远程监控可阻及时了解生产、 运营状况，把生产运营状况同企业的经营管理策略紧密结合，从而有力的提高 企业在市场经济条件下的竞争、生存能力。第五、采用远程监控可以做到分散 控制，集中监控，既保证各监控远端的正常运行，又能及时发现问题解决问题， 还能保证上层控制中心的信息实时性，有利地提高了系统的运行效率。正因为 如此远程监控在当今社会显得越来越重要。计算机监控系统是企业计算机集成 制造系统( c “s ) 的一部分，其主要职能是对生产现场数据进行采集、处理、 集中显示和存储，而其中远程监控部分可以突破空间的制约实现异地监视和控 制生产系统的运行情况和现场设备的工作状态，并能将决策信息及时反馈到现 场操作站，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行实时过程控制。 所以计算机远程监控系统已经成为现代企业信息网的一个重要组成部分，在提 高企业生产效率和生产质量方面起着举足轻重的作用，因此我们对它进行研究， 具有非常重要的意义。 1 2 远程监控系统研究的现状 目前，对于远程监控技术的研究正处于积极的探索中，并有相应的应用系 统出现。对于远程监控技术，国内外展开了积极的研究。国外，著名的 n a t l o n a li s r u m e n t 公司就在它的产品l a b v l 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。1 9 9 7 年1 月，第一 届基于i n t e r n e t 范围内的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工 大学联合主办，这次会议得到了制造业、计算机业、网络业和仪表业等许多大 公司的热情支持，例如f o r d 、s u n 、h p 、b o 日n g 等。之后由这些公司协 同合作共同推出了一个实验性的系统t e s t b e d ，t e s t b e d 可以初步实现在 l n t e r n e t 范围内的信息监控和故障会诊，但与最初的设计目标相去甚远，只 是起到一种研究作用。另外，还有许多著名的国际组织m i m o ( m a c h i n e r y i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to p e ns y s t e ma l l i a n c e ) m f i p ( s o c i e t yo fm a c h i n e r y f a i l u r e p r e v e n t i o nt e c h n o l o g y ) 、c o m a d e m ( c o n d i t i o nm o n i t o r i n ga n d e n g i n e e n n gm a n a g e m e n t ) 等，也展开了对远程监控技术的研究，并提出了一 定的信息交换和数据处理标准。九十年代后期，一些公司开始开发出一些和 w e b 技术相关联的产品。o p t o 公司开发的s n a p l ，o 系统，将s n a pe t h e r n e t b r a i n 集成到了它的产品中，采用该产品构造的监控系统，可以通过i e ( i n t e r n e t e x p l o r e ) 的或n e t s c a p e r 等浏览器来设定查看参数和现场数据，利用网络浏 览器来监控现场，l e 逐渐开始替代h m i ( h u m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 闭。 国内，对于远程实时监控技术也开展积极研究。目前比较突出的是各高校 的研究成果，例如华中科技大学开发出的“汽轮机工况监测和诊断系统 k d t g m d ”、哈尔滨工业大学的“微计算机化组态监视与故障诊断专家系统 m m m d e s ”、南京理工大学c l m s 研究所承担了国防科工委长春f m s 实验中 心检测监控系统的研制任务，对柔性制造系统中各个子系统的检测监控技术进 行了初步集成。这些大学也都建立了宣传远程监控技术的站点，例如西安交通 大学联合其他几所高校创建的c e r n e t ( c h i n am o d e r nd e s i g nn e t w o r k s ) 、 合肥工业大学的全球范围内的智能网络数控系统( i n e t - c n c ) 等州。 1 3 论文研究的主要内容 本论文在对传统远程监控系统的分析基础上对远程监控软件提出一种通用 的开发模式，并采用w e b 技术对远程监控系统的集成进行探讨和验证。其主 要内容包含以下几个方面： 九 回顾远程监控系统发展历史以及系统集成的需求。对国内外远程监控 系统做了技术上的分析和研究。介绍传统远程监控系统集成的解决方法并 分析存在的不足之处。 九 提出一种的远程监控软件的开发模式及其系统集成，在对基于b ，s 模 式的远程监控系统实现以及其子系统的集成所涉及的关键技术做了深入 剖析的基础上，提出基于j 2 e e 的远程监控软件的开发模式，并对其做了 具体的分析和研究。利用j 2 e e 的强大功能降低集成平台的耦合性，增加 可扩展性，简化复杂性。 九在本文提出的远程监控系统模式下，提出一种远程监控系统集成的设计 和实现方法。并对远程监控技术的发展以及有待进一步解决的问题进行了 展望。 1 4 论文组织 本论文的内容组织如下： 第一章为绪论，描述了论文的研究背景，对当前国内外的研究进行了分析 并指出本论文的主要研究内容及其意义所在。 第二章对远程监控系统的产生、发展包括其定义进行了介绍，分析了远程 监控系统集成的需求。较为系统地介绍了开发远程监控系统的关键技术及其特 点。 第三章是对远程监控系统开发所需要的技术进行了简单的介绍和比较。 第四章给出了基于j 2 e e 的远程监控系统通用开发模型，并对模型进行了 技术上的分析和研究。 第五章对所提出的模型和集成做了试验性的验证，实验的成功证明了模型 的可行性。 一 第六章总结了论文所做的工作，给出了基于j 2 e e 远程监控系统模型的优 点并对未来的工作做了展望。 论文的最后为参考文献、发表的主要学术论文和致谢。 1 5 本章小结 本章综述了远程监控系统的发展，介绍了国内外的研究情况，分析了传统 的解决方法及其不足，简略介绍了基于j 2 e e 的解决方法。给出了论文主要研 究的内容，并指出论文的意义所在。最后描述了论文内容的组织结构。 4 第二章远程监控系统概述 2 1 远程监控系统的概念和功能 在现代企业的生产和管理中，大量的工艺数据、特性参数需要实时检测、 监督、管理和自动控制，这是现代化工业生产必不可少的基本手段。从单台计 算机的直接监测控制到多级计算机监测控制系统，以及分布式、网络化的系统， 在各种企业中都有应用。计算机监控系统，是以监测控制计算机为主体，加上 检测装置、执行机构，与被监测控制的对象( 生产过程) 共同构成的整体。在该 系统中，计算机实现了生产过程的检测、监督和控制功能。一般计算机监控系 统应具有以下几项基本功能【4 】： 采集与处理功能：主要是对生产过程的各种模拟和数字量进行检测、采样和 必要的预处理。 监督功能：将检测到的实时数据、还有生产人员在生产过程中发出的指令和 输入的数据进行分析、归纳、整理、计算等二次加工，并分别作为实时数据和 历史数据加以存储。 管理功能：利用已有的有效数据，图像、报表等对工况进行分析、故障诊断、 险情预测，并以声光电的形式对故障和突发事件报警。 控制功能：在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控 制输出，直接作用于生产过程。 计算机监控系统利用计算机速度快、容量大和智能化的特点，把一个复杂 的生产过程组织管理成为一个完整高效的自动化整体。现在，计算机监控系统 己经在许多的工业企业中得到了应用并取得了良好的效果。 一般情况下，计算机监控系统都是在生产现场或附近进行管理的，这样便 于生产技术人员即时到达现场指导生产，在发生故障时能够尽快解决问题以便 恢复生产。但是当生产或采集现场地理位置比较偏僻，气候和其他一些条件比 较恶劣时就无法在生产现场或数据采集现场建立计算机监控系统，这时就需要 建立远程监控系统。另外，对于有许多地理位置分散的分厂或者分部的企业集 团，总公司为了能够全面管理各个分厂的生产，也需要建立一个计算机远程监 5 控系统。 计算机远程监控系统按照功能的差异可以分为两种类型：一种是生产现场 就没有现场监控系统，而是将数据采集来后直接送到远程计算机进行处理，这 种远控制网络的概念和特点程监控与一般的现场监控没有多大的区别，只是数 据传输距离比现场监控系统要远，其他部分则和现场监控系统相同；另一种是 现场监控与远程监控并存，这种情况下，远程监控系统一般只具有监督功能， 利用现场监控系统处理过的数据，进行生产过程分析预测，并对各个生产过程 的生产状况进行归纳总结，以便提出新的生产计划。本论文主要讨论的就是第 二种情况。 2 2 远程监控系统的集成 2 2 1 控制网络的概念和特点 控制网络- - i n f r a s t r u c t u r en e t w o r k s ，简称l , z f i 锄e t , 是计算机网络技术与自动 化技术结合的产物，它一般是指由控制对象形成的用于进行数据传输和控制的 底层网络。控制网络主要位于企业中下层，处理实时的、现场的信息，具有协 议简单、容错性强、安全可靠等特征。通过控制网络可以实现对设备的良好控 制或享受设备提供的良好服务。控制网络的最大的优点是控制功能下载到基层， 大部分任务由现场仪表来承担，彻底改变过去控制任务完全在控制室完成的局 面，实现了“彻底分散”，所以有可能组成一个强大的开放控制系统，实现设备 和信息共享，这为控制系统与信息系统的集成提供了一个良好的环境。控制网 络主要技术特征为： 具有较高实时性； 容错能力强，可靠性、安全性好； 协议简单实用，效率较高： 网络结构高度分散； 性能价格比较高。 2 2 2 控制网络应用现状 目前，国内外应用较多的网络控制系统是集散控制系统和现场总线控制系 6 统，最有发展前景的是以太网控制系统，下面简要介绍这三种网络控制系统阎嘲。 2 2 2 1 集散控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o is y s t e m 简称d c s ) d c s 产生于7 0 年代，最初操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用 的，由各d c s 厂家自己开发，到9 0 年代d c s 已经成为集计算机技术、控 制技术、通信技术和图形显示技术( 4 c ) 于一体的计算机控制系统。其实质是利 用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控 制技术。这种系统由集中管理部分、分散控制监测部分和通信部分组成。通常 采用若干个控制器( 过程站) 对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制 器间通过网络连接并可进行数据交换。 d c s 的主要特点是：分散控制、集中管理。在结构上分散，把计算机分布 到车间或装置级上，不仅使系统危险分散，消除了全局性的故障节点，增加了 系统的可靠性，而且可以灵活方便地实现各种新型控制规律和算法，便于系统 的分批调试与投运。d c s 与适应性、功能性更强的数字化、智能化仪表相结合， 使现代工业自动控制发生了巨大变革，它使工业控制从局部控制进入了全局控 制，既有若干个子系统的闭环控制，又有大系统的协调全面控制、预测控制、 最优控制、决策管理和信息管理，即出现了控制与管理一体化的新型自动化模 式。 d c s 从结构上划分，包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控 制站、f o 单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包 括：操作员站和工程师站，主要功能是完成系统的操作和组态。管理级主要是指 工厂管理信息系统( m i s 系统) 。现在d c s 在我国的大型石化、冶金、电力行 业已经得到广泛应用，应用面主要集中在过程级和操作级，作为d c s 更高层 次应用的管理级，目前国内各行业应用到这一层的系统较少。如图2 1 所示为 一个集散控制系统的典型结构。 7 l 证吲5 强竹机l l i 操作茧站i i 骤师站c r t 操作站网荚i l l 过程控制吼元i p l c 智靛仪表现 i 敛嚣呆搬雌元l l 1 图2 一l d c s 系统结构 2 2 2 2 现场总线( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ，简称f o s ) f c s 是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构 的串行通信网络，它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。 它构造了网络集成式、全分布式控制系统，同时它又是一种底层控制网络。现 场总线控制技术主要有以下特点： 数字化。在现场总线系统中，总线设备之间均采用数字信号进行通信。而传 统的d c s 则是半数字化，只在操作站与控制站之间是数字化通信，而现场仪 表与控制站中的输入，输出单元之间采用的是一对一的模拟信号传输。 开放性。现场总线标准、协议、规范是公开的，所有制造商都必须遵守， 现场总线网络是开放的，既可实现同层网络互连，也可实现不同层次网络互连， 而不管其制造商是哪一家，因此用户可完全共享网络资源。而d c s 是各厂家 形成 相对封闭系统，导致不同厂家的设备不能进行互联。 分散性。现场总线在结构上采用了全分布式方案，设备之间可点对点、点对 多点或广播多种方式通信，连接到总线上的现场设备是智能化的，并且具有按 照现场总线协议、规范进行数字通信的能力。现场总线废弃了d c s 的控制站 及其输入偷出单元，从根本上改变了d c s 集中与分散相结合的集散控制系统 8 体系，通过将控制功能高度分散到现场设备这一途径，实现了彻底的分散控制。 互操作性与互换性。互操作性：不同厂商的现场设备可以互连，互相之间 可以进行信息交换并可统一组态；互换性：不同厂商的性能类似的现场设备可以 互相替换。典型f c s 系统结构如图2 - 2 所示： 管班崖 管理计w 帆 i i i 擞f 1 ：= 站il 操作妯l ： ：i 拄屡 ll il i 糟娩仪表li 智镌仪表l 哎备屡 il 现场总蛀 现场设备 图2 2 f c s 系统结构图 目前几种主流的现场总线如下： o f f ( f o u n d a t i o nf i e l d b u s ) 总线是现场总线基金会推出的现场总线标准，它的前 身是以f i s h e r - r o s e m o u n t 公司为首的多家公司制定的i s p 协议和以 h o n e y w e l l 公司为首的多家公司制定的w o r l df i p 协议合并而成，f f 在过程 自动化领域得到广泛支持。 ( 窑) l o n w o r k s 是由美国e c h e l o n 公司推出并被摩托罗拉、东芝公司共同倡导的 一种现场总线。它采用o s i 模型的全部7 层通信协议，采用了面向对象的设 计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。l o n w o r k s 的应用范 围包括楼宇自动化，家庭自动化，工业过程控制等，在开发智能通信接口，智 能传感器以及组建分布式监控网络方面都具有独特的优势。 p r o f i b u s ( p r o c e s sf i l e x l b u s ) 是由西门子公司为主的几家德国公司共同推出， 由p r o f i b u s d p , p r o f i b u s - f m s p r o f i b u s - p a 组成p r o f i b u s 系列。与 其他现场总线系统相比，p r o f i b u s 的最重要优点是它的应用普遍性，它包括 了加工制造、过程和楼宇自动化等广泛应用领域，并可同时实现集中控制、分 9 散控制帮混合控制三种方式。 c a n 总线( c o n t r o la r e an e t w o r k ) 是由德国b o s c h 公司推出的一种总线 标准，广泛运用在离散控制领域。c a n 总线通信特点是采用广播方式并带有 冲突检测、多主节点以及基于报文的数据传送方式，c a n 总线节点可进行优 先级设定，c a n 的信号传输采用短帧结构，节点严重错误时，具有自动关闭 的功能，具有较强的抗干扰能力，实时性好。 2 2 2 3 工业以太网 工业自动化控制系统的网络结构发展越来越分散化，同时系统越来越复杂， 内部的连接越来越紧密化高速化，这样就要求未来的控制网络具有更好的开放 性，更高的带宽，更好的确定性以及更方便的与i n t e m e t i n t r a n e t 集成。基于以 上要求，在所有的网络技术中，以太网技术是至今最理想的选择。一些机构和 企业正在进行一些关键技术的研究，以便使以太网应用于工业控制现场。1 9 9 9 年发起成立了“工业以太网协会”i e a ( i n d u s t r i a le t h e m e t a s s o c i a t i o n ) ， 其目标是解决以太网作为工业现场总线所遇到的确定性、实时性、安全性、抗 干扰能力等难题。为解决以太网在无间断的过程工业应用领域中极端条件下稳 定工作，美国的s y n e r g e t i cm i c r o s y s t e m 公司和德国的h i r s c h m a n n 公司专门 开发和生产了导轨式收发器系列、集线器系列和交换机系列。 现在，以太网控制网络的结构并没有什么标准的模型，目前，国内以太网还只 适合于工业控制网络系统的信息层应用，较为实用的一种以太网控制网络的结 构是现场总线和以太网一起工作的混合控制网络结构，如图2 3 所示。 戤务 | ： t r ，i 二 l 峨乳最维l 部fj l1 1 爿【 lm 凡埔卜_ 刊外部旧 i 臾受拯机 1 班场总线羚制器 厂- j 望确总线 缝z 授# ll 二缀爱救0 l o p c j i = i ，器1燃均总线 o p c 州所 砹箭 ii 脱场总线设器ll 融场总线i 5 挤 图2 - 3 混合型工业以太网结构图 2 2 3 信息网 在企业内部信息网一般是指i n t r a n e t ，即利用i n t e m e t 和w o r l d w i d e w e b ( w w w ) 概念与技术来建立的一个企业内部网络。i n t r a n e t 方案是建立 以t c p i p 协议为主的统一管理和控制的网络环境( 包括子网和虚拟子网) ，在统 一的网络环境的基础上构筑各类标准的业务信息系统。i n t r a n e t 源于i n t e m e t ， 但是它不同于i n t e m e t 。首先，i n t r a n e t 一般属于一个特定的单位或部门，而 i n t e m e t 遍布全球，没有特定的所有者；其次，i n t r a n e t 一般运行于一个局域网 中，其网络带宽可以很高，远非i n t e m e t 所比。这两点不同使得i n t r a n e t 有许 多自己的特点：i m r a n e t 可以假定浏览器和服务器端的硬、软件平台是可控的， 这样就可以有针对性的对i n t r a n e t 性能进行优化；另外，通过防火墙等安全技 术，可以确保i n t r a n e t 足够的安全性，使之能应用于一些核心业务；再有，较 高的网络带宽，使得它的应用范围更广，比如，可以进行实时音频或视频传输。 企业计算模式的发展己经走过了三个阶段，或者说经历了三种模型的演变。 第一个阶段是主从式模型，系统构成以大型主机和哑终端为特征；第二个阶段 是客户机朋艮务器模型( c s ) ，在这种模型中，系统分成两大部分服务器和客 户机，其基本工作方式是客户机发出请求，服务器接受请求后，进行分析处理， 然后将处理结果返回给客户机。目前，这两种计算机模式已经通过一个中间服 务器层集成为以网络为中心的分布式计算了，i n t e m e t 中采用的浏览器服务器 ( b s ) 模式是这种模式的典型代表。 在b s 模式中，应用代码可以按需要动态地从服务器下载到客户机，由于 所有管理工作都集中在服务器，所以用户总能得到最新版本的应用软件。以 i n t r a n e t 为代表的分布式企业计算模式的优越性体现在：开放性，提供统一的 浏览器界面；具有跨平台操作能力：伸缩性和扩展性好：安全性较好。 2 2 4 控制网与信息网集成的必要性 控制网与信息网集成的含义是实现网络间信息与资源共享，为企业综合自 动化与信息化创造条件。在当今世界网络技术日益发展，i n t e m e t 日益流行的 情况下，控制系统也正向体系结构的开放性与系统实现的网络化方向发展，其 应具备的特征如下【7 】1 8 1 ： 标准化一与国际上有关的程序设计、通信、网络管理、界面表示、系统 接口等标准兼容。 可移植性一应用程序可在多平台上移植。 可伸缩性一系统的规模、功能、性能可根据需要伸缩。 可互操作性系统的设计或实现均不依赖特定的供应商的硬件设备或软 件平台。 希望在控制网络和企业的其他高层网络之间进行交互，主要是基于以下几 点考虑： 建立信息数据库，为企业优化控制、生产调度、生产决策提供依据。 建立分布式数据库管理功能，保证数据一致性、完整性和可操作性。 能够实现对控制网络工作状态的远程监控，优化调度。 可进行控制网络的远程软件维护。 目前基于w e b 的i n t r a n e t 正迅速成为企业内部信息网的主流，显示出了 其强大的生命力。但i n t r a n e t 与控制网基本上处于各自独立的状态，二者之间 的交互很少，这是由于i n t r a n e t 与控制网各自发展遵循自己的标准所导致的。 然而这种情况越来越不能适应企业自身的需求了，信息网与控制网的互联成了 一种迫切的要求。 基于i n t e r a c t 的w 曲技术的蓬勃发展把网络的应用技术推向了一个新的 高潮，w e b 技术以h t t p 协议为基础，通过h t m l 语言来实现，具有简单、 高效和跨平台等多种优点。在现代企业信息网中，把w 曲作为信息流动的统 一平台，实现远程监控的w e b 化，就可以将企业内部的信息网和控制网有效 的结合起来，实现企业的综合自动化。这样企业的决策者既可以通过网络获取 外界市场的动态信息、和竞争对手的情况，又可以通过内部网络迅速获得生产 部门的生产情况，更好的优化和调度生产过程，提高产品质量。凡是具有合法 身份的用户，都可以打开一个远程监控的页面，并显示在浏览器中，此时用户 就可以在该网页显示实时运行数据，如果允许在页面中输入控制代码和指令， 还可以完成远程控制功能。 2 3 基于w e b 开放式远程监控系统 企业综合自动化要求控制系统与信息网络有机集成，使用户可以方便地对 现场控制系统的设备、生产过程等信息进行实时监测 与控制。同时i n t e m e f f i n t r a n e t 技术具有简单、高效、跨平台、易于系统 集成等优点，己成为信息网络的一种普遍应用的信息交互平台。基于w e b 的 开放式远程监控系统正是在这种技术背景下，为满足现代监控系统的需求而产 生的。 就开放性而言，i n t e r n e t 可以说是目前世界上最大的开放性系统，其用户 之多，范围之广，是其它任何系统都无法比拟的。随着以i n t e r n e t 为基础的 i n t r a n e t 在企业中的普及，利用w e b 技术在i n t r a n e t 上建立计算机远程监控 系统成为一种必然趋势。基于w e b 的开放式远程监控系统可以根据企业需求 使用客户机，服务器( c l i e n t s e r v e r ，简称c ，s ) 、浏览器朋臣务器( b r o w s e s e r v e r , 简称b s ) 或混合c s 和b s 的架构。 2 3 1c li e n t s e r v e r 结构 任何一个计算机应用系统，从简单的单机系统到复杂的网络计算，它都由 三部分组成唧：显示逻辑部分( 表示层) 、事务处理逻辑部分( 功能层) 和数据处理 逻辑部分( 数据层) 。表示层的功能是实现与用户的交互，功能层的功能是进行 具体的运算和数据处理，数据层的功能是实现对数据库的数据进行查询、修改、 更新等任务。传统的c l i e n t s e r v e r 结构设计为两层模式，显示逻辑和事务处 理部分均被放在客户端，数据处理逻辑和数据库放在服务器端。客户端负责执 行前台功能，如管理用户接口、数据处理和报告请求等：而服务器端执行后台 服务，如管理共享外设，控制对共享数据库的操作，接受并应答客户机的请求 等。由于客户端的任务较重，服务器端的任务较轻，c s 模式实际上是所谓的 “胖客户机”，“瘦服务器”模式。这种模式比较适合于在应用规模较小、用户 较少且安全性有保障的局域网环境下运行。 2 3 2b r o w s e r s e r v e r 结构 随着i n t e r a c t 越来越广泛的应用，原来基于局域网的企业开始采用 i n t e m e t 技术来构筑和改建自己的企业网，即i n t r a n e t 。于是，一种新兴的计算 模式b r o w s e r s e r v e r ( b s ) 应运而生，并获得飞速发展，大有取代c s 结构的 趋势。b s 结构是由c s 结构发展而来的三层c s 结构在w e b 上的应用特 例。这种体系结构下。表示层、功能层、数据层放在三个独立的单元：w e b 浏 览器、w e b 服务器和数据库服务器，其结构如图2 4 所示。 窳询请求 w e b 敖始漪求 黢 l 客j 。浏览器务 数嚣球服务器l r 器 逛叫嚣粥返凹数引 图2 4b r o w s e r s e r v e r 结构 表示层位于客户端，它的任务是通过浏览器向w e b 服务器提出数据请求 和接受w e b 服务器传送过来的页面进行显示。功能层由w e b 服务器来实现， 它的任务是接受用户的请求，执行相应的应用程序访问数据库，并将得到的结 果处理后，以通用的格式( 通常是h t m l 文件格式) 传送回客户端。数据层位于 数据库服务器端，其任务是接受w 曲服务器对数据库操纵的请求，实现对数 据库查询、修改、更新等功能，并把运行结果提交给w e b 服务器。 1 4 2 3 3b r o w s e r s e r v e r 结构优点 在三层的b s 结构中，由于事务处理逻辑模块从客户机任务中分离出来， 由w e b 服务器来负担，就使客户机的压力大大减轻，使客户机从沉重的负担 和不断对其提高性能的要求中解放出来，也把技术人员从繁重的维护、升级工 作中解脱出来，形成了“瘦客户机”，“胖服务器”模式。这种结构模式具有以 下优点1 1 0 l ： 良好的开放性。c s 结构所采用的标准只在内部统一，其应用大多是专用的， 而b s 结构所采用的标准都是开放的非专用的，使经过标准化组织所确定的非 单一厂商所制定的，保证了其应用的通用性和跨平台性。 开发、维护成本低。b s 的应用只需在客户端安装通用浏览器，维护和升级 工作都在服务器端进行，不需要对客户端进行开发，这样就大大降低了成本。 系统安全性好。b s 结构模式在客户端与数据库服务器之间增加了w e b 服 务器，两者不直接连接，客户端无法直接对数据库进行操作，避免了客户端对 数据库的破坏。 扩展性好。b s 系统的三层结构，层与层之间相互独立，任何一层的改变不 影响其它层，系统扩展非常容易，且可使用不同厂家的产品来组成性能更佳的 系统。 操作方便，界面友好。客户端界武都统一在界面友好的浏览器上( 如i e ， n a v