（检测技术与自动化装置专业论文）基于架构式的电力远程监控系统模型建立和软件设计.pdf

摘要 摘要 随着计算机技术、通信技术、智能仪器技术的快速发展，以及信 息技术逐渐渗入到日常生活和生产领域，工业控制的网络化已经成为 工业自动化的一个非常重要的发展方向，而远程监控系统更是工业控 制网络化的一个重要途径。 本文首先介绍基于b s 模式的远程监控系统的研究意义和发展 现状，并对该系统的体系结构、以及目前的软件开发进行深入的探讨 和研究。 其次，本文将构建基于架构式的j 2 e e 的电力远程监控系统，介 绍它的功能，采取通用数据采集平台来实现对现场数据的采集。因此 我们也将介绍关于远程监控的通用数据采集平台的工作原理，并与传 统数据采集技术作比较。 再次对于远程监控系统的实时性和安全性的特点，本文也会介绍 如何解决j 2 e e 模式下数据传输的实时i 生问题。 最后将展望关于通用数据采集平台功能扩充以及基于架构式的 远程监控系统的发展状况。 关键词：数据采集；远程监控；电力；架构系统 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n d i n t e l l i g e n c ei n s t r u m e n tt e c h n o l o g ya tf u l ls p e e d ，a n dw i t h i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y g r a d u a l l yp e r m e a t i n g t oe a c hc o r n e ro fd a i l yl i v i n ga n di n d u s t r y p r o d u c t i o n ， c y b e r i z a t i o no fi n d u s t r i a lc o n t r o li sav e r yi m p o r t a n tt r e n do fi n d u s t r i a la u t o m a t i o n ， a n dr e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e mi sa n i m p o r t a n ta p p r o a c h o f c y b e r i z a t i o ni ni n d u s t r i a lc o n t r 0 1 b e g i n n i n gw i t ha ni n t r o d u c t i o no ft h es i g n i f i c a n c ea n dp r e s e n td e v e l o p m e n to f r e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e mb a s e do nb sm o d e ，t h i st h e s i sp r o c e e d st o d i s c u s st h ea r c h i t e c t u r e ，s e r v e r , a n dc u r r e n ts o f t w a r ed e s i g n i n go ft h es y s t e m s e c o n d l y , w ew i l lb u i l de l e c t r i cp o w e rr e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n g s y s t e mb a s e do nf r a m e dj 2 e e ，a n dt h ef u n c t i o na r ed i s c u s s e d g e n e r a ld a t a c o l l e c t p l a t f o r mw i l lb eu s e dt oc o l l e c ts c e n ed a t a ，s oa b o u tg e n e r a ld a t a c o l l e c tt e c h n o l o g y a l ed i s c u s s e du s i n gi nr e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n g s y s t e mi nt h i st h e s i s a n d c o m p a r e w i t ht r a d i t i o n a ld a t a c o l l e c t o nt h eo t h e rh a n d ，t h ec h a r a c t e ro fr e m o t e m o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n g s y s t e m ，r e a l t i m ea n dn e t w o r ks e c u r i t y h o wt os o l v et h er e a l - t i m ea n dn e t w o r k s e c u r i t yo ft h ed a t at r a n s f e rb a s e do nj 2 e em o d e a r ed i s c u s s e d l a s t ，h o wt oe x p a n dt h ef u n c t i o no fg e n e r a ld a t a c o l l e c tp l a t f o r m ，a n dt h e d e v e l o ps t a t u sa b o u tr e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e mb a s e do nf r a m e a r e p r o s p e c t e d k e y w o r d ：d a t a c o l l e c t ；r e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n g ；e l e c t r i c p o w e r ；f r a m es y s t e m l i 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究 成果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成 果，均在文中以明确方式表明。本人依法享有和承担由此论 文而产生的权利和责任。 叩年 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦 门大学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸 质版和电子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允 许论文进入学校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关 数据库进行检索，有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 年解密后适用本授权书。 ( 请在以上相应括号内打“”) 作者签 导师签 习瓣 第一章绪论 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 远没有被挖掘出来，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 r n 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 工业企业网络应用的一个重要方面。 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 技术和网络技术相结合，从而实现企业内部信息更高效地利用。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，便 成为一个迫切的任务，而实用、高效的远程监控必须借助于网络才能得以实现。 本章首先介绍远程监控系统的发展现状，接下来介绍基于j 2 e e 的电力监控系统 的发展现状，最后将给出本文主要研究内容。 1 1 远程监控系统的发展现状 目前对于远程监控技术的研究正在处于积极的探索和研究中，并取得比较好的 成就，在国内外都有相关的应用平台和系统出现。国外著名的n a t i o n a l i s r u m e n t 公司就在它的产品l a b v i e w 中加入网络通信处理模块，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，首届基于i n t e m e t 的远程监控诊断工 作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自3 0 个公司和研究机构的5 0 多位代表到会。会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传 输协议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望由斯坦福大学和麻省理 工学院合作开发基于i n t e m e t 的下一代远程监控诊断示范系统，这项工作同时也得到 了制造业、计算机业和仪器仪表业的s u n 、h p 、b o e i n g 、i n t e l 、f o r d 等1 2 家大公司 的热情支持和通力配合。之后，由这些公司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 用嵌入式w e b 组网、用实时j a v a 和b a y e s i a nn e t 初步形成在i n t e r n e t 范围 内的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，如m i m o s a ( m a c h i n ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n to p e ns y s t e ma l l i a n c e ) 、s m f p t ( s o c i e t yf o rm a c h i n e r yf a i l u r ep r e v e n t i o n 基于架构式电力远程监控系统模型的建立和软件设计 t 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 i o na ne n g i n e e r i n gm a n a g e m e n t ) 等，也纷 纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换 格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了i n t e r n e t 的功能，如b e n t l e y 公司 的计算机在线设备运行监测系统d a t a m a n a g e r 2 0 0 可以通过网络动态数据交换 ( n e t d d e ) 的方式向远程终端发送设备运行状态信息；因而可以通过w w w 、f y p 、e m a i l 方式在网络范围内进行监控数据的传送。法国的a l a r m 研究组对生产过程 的智能报警和监控系统进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。 国内对于远程监控技术也开展了积极的研究目前，西安交大、华中科技大学、 哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果如西安交通大 学研制的大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统r m m d 、华中科技大学 开发的汽轮机工况监测和诊断系统k b g m d 、哈尔滨工业大学的微计算机化机组状 态监视与故障诊断专家系统m m m d e s 等l l o 】。 1 2 电力远程监控系统介绍 随着社会的不断进步，人们对网络的需要以不可或缺，电力系统改革也在逐渐 深入。早期很多变电站都建立了“四遥 ( 遥测、遥信、遥控、遥调，目前还可以加 上一个遥视) 系统，将变电站的主要信息上传到远方控制中心，值班人员在远方控 制中心即可对变电站的各类电气参数进行监视，对断路器与电动刀闸进行控制。但 是，这种系统不涉及对变电站工作环境、生产环境以及众多设备的监控，如控制室、 开关室等的情形、变电站防火、防盗、防渍、防爆、防水汽泄漏等情况只能靠定期 巡检来加以发现或解决，这样的系统增加了电力部门的管理负担和不能起到对系统 的安全预防，而电力系统的安全生产在国民经济中显得尤为重要。 特别随着我国电力工业的发展，发电厂容量越来越大，一些省网也发展到相当 可观的规模。对这样庞大而复杂的电力系统用常规的控制和管理方法显然不适应的。 因此电力系统对自动化监控手段的要求采取先进的技术显得十分迫切，必须采用计 算机进行监控和远程控制。 1 3 研究基于j 2 e e 的电力远程监控的意义 浏览器服务器( b r o w s e s e r v e r 简称b s ) 是目前基于互联网应用绝对注流的 架构，它具有维护成本低、功能强大、易操作等与传统的c s 程序有不可比拟的优 2 第一章绪论 势。且由于电力行业对国家经济发展起着重要的积极作用，因此研究基于j 2 e e 的电 力远程监控技术的意义不仅在于为未来的远程监控技术的发展趋势做了很好的尝 试，而且对电力监控系统的发展具有重要的意义，其技术优势可以归纳如下： 1 简单的工具、简洁的界面，还有不需要额外的时间来学习软件的操作，所有 的数据操作对用户来说都是透明的，用户不要关心数据的来源，一切均有应用服务 器和专用的数据库来处理。 2 b s 模式下的远程实时监控技术无需客户端软件的安装，所有客户只要安装 有浏览器，通过i n t e m e t i n t r a n e t 就可以监视生产过程，无须安装其他支撑软件或插 件，便于推广到i n t e m e t 广域网络，在保证通信网络的情况下可以实现全球范围内的 远程监控。 3 在监控过程中，数据服务器只提供实时变化的数据，占用的网络带宽很少， 因此可以支持众多的客户同时浏览。 4 b s 模式下的远程监控技术可以通过网页连接很容易地集成，维护简单，并 且所有的数据和软件均在服务器端，升级和数据更新只在服务器端进行，便于维护 升级，支持客户机数目多。 1 4 本文主要工作以及研究的内容 本文的工作内容包括以下几个方面： ( 1 ) 回顾远程监控系统发展的历史以及系统的需求。 对国内外远程监控系统的技术做全面的分析和研究。介绍传统远程监控系统的 解决方法和存在的不足。 ( 2 ) 工业控制网和以太网整合的可能性 对目前的分析工业控制网和以太网进行深入的分析，给出对这两种网络进行整 合的可能性分析，并分析当前整合存在的问题。 ( 3 ) 基于架构式的远程监控系统 分析目前基于w e b 的开发技术特点、开发工具的使用。在对基于j 2 e e 的远程 监控监控系统的关键技术进行深入的剖析后，提出一种远程监控软件的开发模式及 其系统的集成。 ( 4 ) 对现场数据采集采取通用数据采集平台的可行性讨论 3 基于架构式电力远程监控系统模型的建立和软件设计 通用数据采集平台是运用数据库技术和x m l 、w e bs e r v i c e 等先进的研发技术， 面向监控系统在i n t e r n e t 上进行数据采集需求开发的通用平台。本文讨论在远程监控 系统应用的可行性。 ( 5 ) 基于架构式j 2 e e 的电力远程监控系统模型的研究 在本文提出的远程监控模式的前提下，对电力远程监控系统的设计提出一种可 行性方案，以及对基于j 2 e e 的电力远程监控系统的技术做一下发展展望以及有待解 决的问题。 1 5 论文组织 第一章为绪论，对当前国内外的远程监控系统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、发展和定义进行介绍。较为系统地介绍开发远 程监控系统的关键技术及其特点。 第三章给出了基于j 2 e e 的软件开发的相关技术。 第四章根据前面介绍的j 2 e e 的软件开发技术，提出了基于架构式的远程监控系 统的方案，包括系统的结构、功能设计等方面的内容，最主要涉及到通用数据采集 平台的应用。 第五章根据第四章提出的远程监控系统模型和前面介绍的电力监控的特点，给 出一个基于j 2 e e 的电力监控的开发模型，然后分析了基于j 2 e e 的远程监控系统的 优点并对未来的工作进行展望。 1 6 本章小结 本章分析了远程监控系统的发展，介绍国内外的研究情况，分析传统的解决方 法和其不足。介绍电力远程监控系统的发展现状。 4 第二章远程监控系统简介 第二章远程监控系统简介 本章主要介绍了监控系统的分类、远程监控系统的功能、优点，主要对目前远 程监控系统的技术和分类做了详细的剖析。 2 1 监控系统的分类 目前国内外应用较多的网络监控系统是集散控制系统和现场总线控制系统，但 是最有发展前景的是以太网控制系统，我们主要介绍三种系统。 1 集散控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls 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 的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、 记录站、现场控制站和数据采集站等组成( 如图2 1 ) ，也可由通用的服务器、工业 控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、 数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计 算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、 统计报表、故障诊断、显示报警等。 5 基于架构式电力远程监控系统模型的建立和软件设计 官埋层 管理计算机 操作员站 工程师站c r t 操作站网关 监控层 过程控制单元 p l c 智能仪表 数据采集单元 设备层 图2 1集散控制系统体系结构图 d c s 具有以下主要特点： ( 1 ) 高可靠性 由于d c s 将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计， 因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。 ，( 2 ) 开放性 d c s 采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域 网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便 地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。 ( 3 ) 灵活性 通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信 号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图 形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。 ( 4 ) 易于维护 功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部 或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排 除故障。 ( 5 ) 协调性 各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以 6 第二章远程监控系统简介 完成控制系统的总体功能和优化处理。 ( 6 ) 控制功能齐全 控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前 馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。 2 现场总线控制系统( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m 简称f c s ) 根据国际电工委员会( i e c ) 和美国仪表协会( i s a ) 对现场总线的定义：现场总 线是连接智能现场设备和自动化系统的数字、双向传输、多分支结构的通信网络， 它的关键标志是能支持双向多节点、总线式的全数字通讯，具有可靠性高、稳定性 好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。 而现场总线控制系统f c s 是集当今计算机技术、网络技术和控制技术为一体的 当代先进的计算机控制技术，是一种全分散、全数字、全开放的控制系统。它适用 于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域，将成为现代计算机控制系统的主流。 在f c s 中，系统的基本结构为：工控机或商用p c 、现场总线主站接口卡、现 场总线输入输出模块、p l c 或n c c n c 实时多任务控制软件包、组态软件和应用软 件。上位机的主要功能包括系统组态、数据报表组态、历史库组态、图形组态、控 制算法组态、数据报表组态、实时数据显示、历史数据显示、图形显示、参数列表、 数据打印输出、数据输入及参数修改、控制运算调节、报警处理、故障处理、通信 控制和人机接口等各个方面，并真正实现控制集中、危险分散、数据共享、完全开 放的控制要求。典型的f c s 结构图如图2 2 所示： 7 基于架构式电力远程监控系统模型的建立和软件设计 操作站操作站 监控层 智能仪表智能仪表设备层 现场设备现场总线 图2 2f c s 体系结构图 f c s 对计算机控制系统的影响：传统的计算机控制系统一般采用d c s 结构， 在d c s 中，对现场信号需要进行点对点的连接，并且i 0 端子与p l c 或自动化仪表 一起被放在控制柜中，而不是放在现场。这就需要铺设大量的信号传输电缆，布线 复杂，既费料又费时，信号容易衰减并容易被干扰，而且又不便维护。d c s1 般由 操作员站、控制站等组成，结构复杂，成本高。而且d c s 不是开放系统，互操作性 差，难以实现数据共享。而基于f c s 的控制系统则完全克服了这些缺点。 ( 1 ) f c s 借助于现场总线技术，所有的i o 模块均放在工业现场，而且所有的 信号通过分布式智能i o 模块在现场被转换成标准数字信号，只需一根电缆( 两线 或四线) 就可把所有的现场子站连接起来，进而把现场信号非常简捷地传送到控制 室监控设备上，减低了成本，又便于安装和维护，同时数字化的数据传输使系统具 有很高的传输速度和很强的抗干扰能力。 ( 2 ) f c s 具有开放性。在f c s 中，软件和硬件都遵从同样的标准，互换性好， 更新换代容易。程序设计采用i e c l1 3 1 4 五种国际标准编程语言，编程和开发工具是 完全开放的，同时还可以利用p c 丰富的软硬件资源。 8 第二章远程监控系统简介 ( 3 ) 系统的效率高。在f c s 中，一台p c 可同时完成原来要用两台设备才能完 成的p l c 和n c c n c 任务。在多任务的w i n d o w ss e r v e r2 0 0 0 操作系统下，p c 中的 软p l c 可以同时执行多达十几个p l c 任务，既提高了效率，又降低了成本。且p c 上的p i e 具有在线调试和仿真功能，极大地改善了编程环境。 3 工业以太网( s i m a t i cn e t ) 现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但 现场总线这类专用实时通信网络具有成本高，速度低和支持应用有限等缺陷，再加 上总线通信协议的多样性，使得不同总线产品不能互相互连，互用和互操作等，因 而现场总线工业网络的进一步发展受到了极大的限制。随着以太网技术的发展，特 别是高速以太网的出现使得以太网能够克服了自己本身的缺陷，进入工业领域成为 工业以太网，因而使得人们可以用以太网设备去代替昂贵的工业网络设备。 工业以太网以其特有的低成本，高实效，高扩展性及高智能的魅力，吸引着越 来越多的制造业的厂商。一方面如此众多的厂商研制和开发工业以太网技术，如果 不加以统一分规范，象现场总线的情况一样，标准众多，兼容性差，继而影响到工 业以太网的发展。正是如此，国际社会已经开始着手制定一个工业以太网标准。在 2 0 0 4 5 北京召开的国际工业以太网系列标准起草工作组( m c s c 6 5 c 侧g s ) 第三次 会议上，我们已经能够看到一个初具雏行的工业以太网国际标准，该系列标准将于 2 0 0 5 8 定稿，经过2 0 0 6 2 和2 0 0 6 1 2 二次意见征求后，于2 0 0 7 年下半年正式发布。 使得该系列标准从i s 标准成为i e c 标准6 。另一方面，以太网和通信技术的突飞猛 进也促使工业以太网技术进一步发展。现在工业以太网技术已经开始向实时工业以 太网和无线工业以太网的方向发展。特别是奥地利贝加莱( b & r ) 已经开发出具有 真正意义上的实时以太网( e t h e r n e n tp o w e r l i n k ) ，而不久的将来，面向未来工业网 络的新一代工业以太网组件也将出现，由于以太网有“一网到底 的美誉，即它可 以一直延伸到企业现场设备控制层，随着工业以太网技术的发展将会取代现在的基 于现场总线的工业网络，成为工业网络中的主流技术。 9 基于架构式电力远程监控系统模型的建寺和软件设计 2 2 远程监控系统的定义 目前许多企业和部门都迫切的需要借助于网络实现远程监控，例如电力系统的 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。在这些行 业和部门中，远程监控的应用都有非同寻常的意义。因此我们有必要对远程监控技 术做深入的了解。 通常我们把能够实现远程监控的通信媒体、计算机软件、硬件系统称为远程监 控系统。是本地计算机通过网络系统如i n t e r n e t i n t r a n e t ，对进行远程数据采集、远 程监控和远程维护，完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能。主 要包含4 个部分：信息采集和命令执行子系统、信息传输子系统、信息采集处理和 控制子系统和人机联系子系纠1 1 。 2 3 远程监控系统的功能 远程监控系统有两种类型，一种是生产现场没有现场监控系统，而是将数据采 集后直接送到远程计算机进行处理，这种远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，其它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。一般是采用现场总线技术将分布于各个设备的传 感器、监控设备等连接起来，这样就从分立单元阶段进入了集成单元阶段，然后各 个管理站点的服务再用局域网连接起来，这样就形成了企业内部网( i n t r a n e t ) 。由于 建立了基本的网络信息基础结构，设备监测、维护技术进入了集成系统阶段，在一 个单位的内部基本上实现了资源和信息共享【1 9 】。 远程监控所要实现的功能如下： ( 1 ) 采集与处理功能 主要是对生产过程的各种模拟或数字量进行检测、采样和必要的预处理，并且 以一定的形式输出，如打印报表、显示屏和电视等，为工作人员提供详实的数据， 帮助他们进行分析，以便了解生产情况。 ( 2 、) 监督功能 将检测到的实时数据、还有工作人员在控制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。 1 0 第二章远程监控系统简介 ( 3 ) 管理功能 利用己有的有效数据、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。 ( 钔控制功能 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。 目前如何更有效地使工业控制系统和信息网络结合起来已经成为研究的一大热 点，在待研究的一系列问题中，其中最主要的问题是：工业远程监控在目前信息网 络的环境下能否实现工业控制系统的各种要求，主要涉及到如下几个方面的要求： ( 1 ) 实时性问题 由于系统是对工控设备进行实时监控，把现场采集到的数据及时、准确送到用 户端是非常必要的，准确性主要是通过各种传输协议来保证的。在这边设计到工业 的一些协议和网络的传输协议的转换，实时性是目前的i n t e m e t i n t r a n e t 的环境中很 难保证的，除非使用专用网络。 ( 2 ) 安全性问题 对于通过网络访问远程设备的系统，安全性是必不可少的，尤其是对于电力企 业资源来说更是如此。用户访问认证机制是应用较为普遍的访问控制机制，只有授 权的用户可以访问企业资源；信息加密技术可以保证重要的数据在传输过程中不会 被窃取和恶意修改。 ( 3 ) 可扩展性问题 对于企业信息管理来说，有时一个企业的资源需要不时地更新，或者改变事务 流程或规则，这是一个可扩展的系统可以减少由此带来的各种麻烦。 而基于j 2 e e 的远程监控系统是以信息网络作为通信平台的远程监控系统，它以 h 1 曙技术为基础，具有简单、高效等优点，已经成为信息网络的一种最普遍应用 的信息交互平台。利用网络通信技术、数据采集技术及面向对象技术等软件技术实 现了整个系统的系统管理、用户管理、设备监控数据显示及报警等模块，其优点是 充分利用了现有的局域网资源和广域网资源，以最高的性能价格比，以信息的实时 获取和实时控制为中心，实现信息、资源及任务的综合共享和全局一体化的管理。 例如：监控系统将设备运行情况提供给服务器，并由服务器发送到各个节点客户机， 基于架构式电力远程监控系统模型的建证和软件设计 工作人员在客户机端( 一般为远端) 便可了解整个系统的工作状态及运行情况。简单地 讲，对企业来说就是充分利用最新的信息技术解决实时数据的采集、传输和处理以 及进行实时控制的问题，正是它的这些优点使得监控系统得以飞速发展。 2 4 远程监控系统的优点 i n t e r n e t 技术的发展，对工业自动化技术的冲击是必然的。基于i n t e m e t 的远程 监控技术的发展不过1 0 多年时间，已经取得了巨大的发展。而w e b 网络技术提供 了一种便捷、低成本获得远程机器系统内部数据的方式，可访问机器的基本信息， 如运转与停车时间、生产过程动态数据等，以太网和w e b 网络浏览器在没有增加 系统成本的条件下正在许多领域发挥着作用。 因此借助于远程监控可以将企业内部的信息网与控制网有效地连接起来，实现 对生产、运营情况的随时掌握，把生产运营状况同企业的经营管理策略紧密结合， 从而实现企业的综合自动化，可以建立网络范围内的监控数据和网上知识资源库。 目前，越来越多的企业集团呈跨地域的发展趋势，利用网络技术实现远程监控， 特别是电力行业实行远程监控，对企业降低生产成本，提高劳动生产率，提高企业 产品的科技含量，以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义 2 5 基于w e b 的远程监控系统 i n t e m e t 可以说是目前世界上最大的开放性系统，其用户之多、范围之广是其他 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的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 ) 、浏览器朋艮务器( b r o w s e s e r v e r 简称b s ) 或混和c s 和 b 届的架构。 1 客户机服务器( c l i e n t s e r v e r 简称c s ) 结构 c s 结构是上世纪9 0 年代非常受欢迎的一种分布式计算模式。它的优势在于广 泛地采用了网络技术，将系统中的各部分任务分配给分布在网络上的担任不同角色 计算机，它把较复杂的计算和管理任务交给网络上的高档机器一服务器( s e r v e r ) ，而 把一些频繁与用户打交道的任务交给前端较简单的计算机一客户机( c l i e n t ) ，通过这 1 2 第二章远程监控系统简介 种结构完全实现了网络上信息资源的共享。 在c s 系统中，将应用程序分为两大部分：一部分是由多个用户共享的信息与 功能，这部分称为服务器；另一部分是为每个用户所专有，称为客户部分。客户部 分负责执行前台功能，如管理用户接口、数据处理和报告请求等；而服务器部分执 行后台服务，如管理共享外设、控制对共享数据库的操纵、接受并应答客户机的请 求等。这种体系结构由多台计算机分别执行，使它们有机地结合在一起，协同完成 整个系统的应用，从而达到系统中软、硬件资源最大限度的利用。 c s 应用系统基本运行关系体现为“请求响应 的应答模式。每当用户需要访 问服务器时就由客户机发出“请求 ，服务器接受“请求 并“响应 ，然后执行相 应的服务，把执行结果送回客户机，由它进一步处理后再提交给用户。 任何一个应用系统，从简单的单机系统到复杂的网络计算，它都由三部分组成： 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的处理； 数据层的功能是实现对数据库中的数据进行查询、修改、更新等任务。由于c s 结 构被设计成两层模式，显示逻辑和事务处理逻辑均被放在客户端，数据处理逻辑和 数据库放在服务器端，从而使客户端变的很“胖”，成为胖客户机，服务器端的任务 相对较轻，成为瘦服务器。两层c s 数据库系统结构如图2 3 所示。 客户机 数据库服务器 请求 数据 7 一、 一 一一 显示事务处理 响应 逻辑处理逻辑 数据库 逻辑 、一 图2 3 客户机服务器结构图 这种传统的二层c s 体系结构比较适合于小规模的、用户较少( 1 0 0 ) 、单一数 基于架构式电力远程监控系统模型的建立和软件设计 据库且有安全性和快速性保障的局域网环境下运行，所以在当时条件下得到了广泛 的应用。但随着应用系统的大型化以及用户对系统性能要求的不断提高，二层c s 结构越来越满足不了用户更高需求。主要体现在：程序开发量大，系统维护困难， 客户机负担过重成本增加及系统的安全难以保障等。 2 浏览器服务器( b r o w s e s e r v e r 简称b s ) 结构 随着i n t e m e t 越来越广泛的应用，原来基于局域网的企业网开始采用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 。于是一种新兴的体系结构b s 应运而生， 并获得飞速发展，成为众多厂家争相采用的新型体系结构。它是一种由传统的二层 c s 结构发展而来的三层c s 结构在w e b 上应用的特例。 在b s 的系统中，用户可以通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出请求， b s 结构极大地简化了客户机的工作。客户机上只需安装、配置少量的客户端软件 即可，服务器将担负更多的工作，对数据库的访问和应用程序的执行将在服务器上 完成。 在b s 三层体系结构下，表示层( p r e s e n t a t i o n ) 、功能层( b u s i n e s sl o g i 曲、数据层 ( d a t as e r v i c e ) 被分割成三个相对独立的单元： 第一层表示层：w e b 浏览器。在表示层中包含系统的显示逻辑，位于客户端。 它的任务是由w e b 浏览器向网络上的某一w e b 服务器提出服务请求，w e b 服务器 对用户身份进行验证后用h 1 叩协议把所需的主页传送给客户端，客户机接受传来 的主页文件，并把它显示在w e b 浏览器上。 第二层功能层：具有应用程序扩展功能的w e b 服务器。在功能层中包含系统 的事务处理逻辑，位于w e b 服务器端。它的任务是接受用户的请求，首先需要执行 相应的扩展应用程序与数据库进行连接，通过s q l 等方式向数据库服务器提出数据 处理申请，而后等数据库将数据处理的结果提交给w e b 服务器，再由w e b 服务器传 送回客户端。 第三层数据层：数据库服务器。在数据层中包含系统的数据处理逻辑，位于数 据库服务器端。它的任务是接受w e b 服务器对数据操纵的请求，实现对数据库查询、 修改、更新等功能，把运行结果提交给w e b 服务器。 原来两层的c s 结构转变成三层的b s 结构，这样客户机的压力大大减轻了， 把负荷均衡地分配给了w e b 服务器，这种三层体系结构，如图2 4 所示。 1 4 第二章远程监控系统简介 浏览器w e b 服务器 请求 数据库服务器 请求 显事务数据 一一一 t - g处理处理 响应响应 数据 逻逻辑逻辑 库 辑 图2 4 浏览器服务器结构图 这种结构不仅把客户机从沉重的负担和不断地提高性能的要求中解放出来，也 把技术维护人员从繁重的维护升级工作中解脱出来。由于客户机把事务处理逻辑部 分分给了功能服务器，不再负责处理复杂计算和数据访问等关键事务，只负责显示 部分，使客户机一下子“苗条 了许多，所以维护人员不再为程序的维护工作奔波 于每个客户机之间，而把主要精力放在功能服务器上程序的更新工作。这种三层结 构层与层之间相互独立，任何一层的改变不影响其它层的功能。它从根本上改变了 传统的二层c l i e n t s e r v e r 体系结构的缺陷，它是应用系统体系结构中一次深刻的变 革。 3 两种体系结构的对比 b s 体系结构与c s 体系结构相比不仅具有c s 体系结构的全部优点，而且又有 c s 体系结构所不具备的独特优势，如表2 1 。 表2 1c s 和b s 体系结构的对比 比较项目c sb s 标准只要在内部统一的标准即可，应开放的，非专用的，经过标准化 用往往是专用的组织确定的标准，具有通用性和 跨平台性。 1 5 基于架构式电力远程监控系统模型的建立和软件设计 开发与维必须开发出专用的客户端软件， 只需在客户端装有通用的浏览器 护成本安装、配置、升级都要在所有的即可，维护和升级都在服务器端 客户机上实施，浪费人和物力进行，客户端不做任何改变，大 大降低了开发与维护成本。 界面和使用客户界面由客户端软件决定， 用户界面都统一在浏览器上，易 用使用方法和界面各不相同，每推于使用，界面友好，使用其它软 广一种c s 系统，用户都要从头件，不需再学习。 学起。 客户端客户端具有显示和处理数据的功客户端不负责数据库的存取和复 能，对客户端要求很高，是一个杂的计等，只进行显示，大大降 “胖客户机低了对客户端的要求，是一个 “瘦 客户机 灵活性系统的三部分模块中只要有一部系统的三部分模块相互独立，其 分改变，就要关联到其它部分模中一部分改变不会影响其它部 块的变动，使系统升级难。分，系统改变容易，可用不同厂 家的产品组成性能更佳的系统。 安全性客户机直接与数据库服务器连系统在客户机与数据库服务器之 接，用户可轻易地改变服务器上 间增加了一层w e b 服务器，客户 的数据，系统的安全性不好保证。机无法直接操纵数据库，有效地 防止了非法入侵。 三层的b r o w s e r s e r v e r 体系结构具有许多传统c l i e n t s e r v e r 体系结构不具备的优 点，而且又紧密地结合了i n t e r n e t i n t r a n e t 技术，是技术发展的大势所趋，它把应用 系统带入了一个崭新的发展时代。 2 6 本章小结 本章介绍了远程监控系统的概念、功能、优点，最主要介绍一些常见的远程监控 系统的类型，并分析各自的优缺点，指出了远程监控系统的发展趋势。 1 6 第三章基于j 2 e e 的软件开发技术介绍 第三章基于j 2 e e 的软件开发技术介绍 本章主要介绍介绍基于j 2 e e 的开发技术，主要详细介绍j 2 e e 技术、w e b 技术 和中间件技术。 3 1j 2 e e 技术 3 1 1j 2 e e 简介 1 j 2 e e 概述 j 2 e e 是一种利用j a v a2 平台来简化企业解决方案的开发、部署和管理相关的复 杂问题的体系结构。j 2 e e 技术的基础就是核, 1 二, j a v a 平台或j a v a2 平台的标准版，j 2 e e 不仅巩固了标准版中的许多优点，例如“编写一次、随处运行”的特性、方便存取 数据库的j d b ca p i 、c o r b a 技术以及能够在i n t e r n e t 应用中保护数据的安全模式 等等，同时还提供了对e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 、j a v as e r v l e t s a p i 、j s p ( j a v as e r v e r p a g e s ) 以及x m l 技术的全面支持。其最终目的就是成为一个能够使企业开发者大 幅缩短投放市场时间的体系结构。 2 j 2 e e 的四层结构阴 j 2 e e 使用多层的分布式应用模型，应用逻辑按功能划分为组件，各个应用组件 根据他们所在的层分布在不同的机器上。一个多层化应用能够为不同的每种服务提 供一个独立的层，以下是j 2 e e 典型的四层结构( 其结构如图3 1 ) ： ( 1 ) 运行在客户端机器上的客户层组件 ( 2 ) 运行在j 2 e e 服务器上的w e b 层组件 ( 3 ) 运行在j 2 e e 服务器上的业务逻辑层组件 ( 4 ) 运行在e i s 服务器上的企业信息系统( e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m ) 层软件 籼q 谢 ，2 i ；堇主 缀务磁 l 牧箍l 擎 臌务器 图3 1j 2 e e 的四层模型 1 7 一一一一一一一一一一齑詈一 戮 基于架构式电力远程监控系统模型的建屯和软件设计 j 2 e e 体系结构提供中间层集成框架用来满足无需太多费用而又需要高可用性、 高可靠性以及可扩展性的应用的需求。通过提供统一的开发平台，j 2 e e 降低了开发 多层应用的费用和复杂性，同时提供对现有应用程序集成强有力支持，完全支持 e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ，有良好的向导支持打包和部署应用，添加目录支持，增强了安