（检测技术与自动化装置专业论文）基于webaccess的水位监控系统设计与实现.pdf

北方工业人学硕士学位论文 摘要 本文的作者主要是依托北方工业大学现场总线技术及自动化北京市重点实验室的 n c s ( 网络化控制系统) 平台，设计了一个基于网际组态软件w e b a c c e s s 的水位远程监 控系统。该系统采用研华p l c 作为下位机控制器，在下位机利用m u l t i p r o g 软件编写控 制程序；工程师站利用w e b a c c e s s 与下位机进行通信；受控对象为实验室过程控制实 验装置中水槽的水位；采用的控制算法为p i d 控制。系统最终实现了远程客户端通过网 络对水槽水位的控制参数，如水位设定高度等进行实时在线修改，达到实时监控的目 的。w e b a c c e s s 的基本功能，如实时趋势曲线、历史趋势曲线、工作画面、报警记录、 报警摘要、值班、同、月报表以及网络视频监控等都得以实现。系统的运行结果证明本 设计提出了一个良好的工业监控解决方案。 本文首先总结了计算机监控系统的概念、特点、分类，并深入分析了基于网络的远 程计算机监控系统的结构；然后介绍了a d v a n t e c hw e b a c c e s s 软件体系和水位监控系统 的整体设计思路；作为论文的重点，作者详细介绍了水位监控系统p l c 控制程序和上 位机w e b a c c e s s 通讯、组态画面的实现过程；最后在本文结尾给出了全文的总结了并 对未来的工作进行了展望。 关键词：网际组态软件w e b a c c e s s ；p l c ；远程监控 1 北方工业大学硕士学位论文 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f aw a t e r - l e v e lm o n i t o r i n gs y s t e mb a s e d o nw e b a c c e s s a b s t r a c t i nt h i sp a p e r ，ar e m o t ew a t e r - l e v e lm o n i t o r i n gs y s t e mi sd e s i g n e db a s e do nw e b a c c e s s ， w h i c hi ss u p p o r t e db yt h en c sp l a t f o r mi nf i e l db u st e c ha n da u t o m a t i o nl a bo fn o r t h c h i n au n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y i nt h i sp r o j e c t ，a d v a n t e c hp l ci su s e da sal o w e rc o n t r o l l e r w h o s ep r o g r a m m a b l es o f t w a r ei sm u l t i p r o g e n g i n e e rs t a t i o nc o m m u n i a t e sw i t hp l cv i a w e b a c c e s s w a t e r l e v e lo ff l u m ef r o mp r o c e s sc o n t r o le x p e r i m e n ti n s t r u m e n ti ss e l e c t e da s c o n t r o l l e do b j e c ta n dp i da l g o r i t h mi sa l s oa p p l e di nt h i ss y s t e m o u rc l i e n t sc a na d j u s tt h e p a r a m e t e r s o fw a t e r - l e v e ls u c ha ss e a i n gl i q u i dl e v e lt h r o u g hw e b m a i nf u n c t i o no f w e b a c c e s sl i k e r e a lt i m et r e n d , h i s t o r yt r e n d ，m o n i t o r i n gg r a p h i c s ，a l a r mr e c o r d ，a l a r m s u m m a r y ，w o r k i n gr e p o r t ，d a i l yr e p o r t ，m o n t hr e p o r ta n dn e t w o r kv i d e oc a m e r ae t c ，a r e a l l a c c o m p l i s h e d t h er e a l e f f e c to fw a t e r - l e v e lr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mi n d i c a t e st h a tt h e s c h e m ew ei n t r o d u c e di sa g o o ds o l u t i o nt ot h ei n d u s t r yc o n t r o la n dm o n i t o r i n g t h ea n t h e rf i r s ts u m m a r i z e dt h ed e f i n i t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c ，c l a s s i f i c a t i o no fc o m p u t e r m o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e m a f t e rad e e pa n a l y s i so nt h es t r u c t u r eo fr e m o t em o n i t o r i n ga n d c o n t r o l l i n gs y s t e mb a s e do nw e b ，s o f t w a r ea d v a n t e c hw e b a c c e s si si n t r o d u c e d t h e n , w e d i s c u s st h ed e s i g no f0 1 1 1 s y s t e m i m p l e m e n t a t i o no fp l cc o n t r o lp r o c e d u r ea n dw e b a c c e s s c o n f i g u r a t i o na r ed i s c u s s e de x h a u s t i v e l y f i n a l l y ，as u m m a r yo ft h ew h o l ep a p e ra n ds o m e s u g g e s t i o n sf o ri m p r o v i n ga r eg i v e n k e yw o r d s ：w e b a c c e s s ：p l c ；r e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r 0 1 2 独创性声明 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，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得j e 直王些太堂或其他教育机构 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 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字日期：础年石月6e t 方饱偏 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解j 邕友王些太堂有关保留、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j 量友王些塞堂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) 学位论文作者签名：方侈彳磊 签字日期：沙洚月6e t 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： ! 硎孓 签字日期：2 砜年钼日 电话： 邮编： 北方t 业大学硕士学位论文 课题的研究背景及意义 1 绪论 目前，在流程工业、制造业的连续控制和离散控制中使用的实时监控系统种类很 多，如d c s 、s c a d a 、f c s 等等，很多厂商还在不断推出新的产品和版本。使得异构 计算机控制环境变得非常普遍。 随着企业现代化管理水平的不断提高，要求打破自动化“孤岛”现象，实现管控一体 化。为实现这一目标，越来越多的系统软件采用o p c 、d d e 等技术，以支持网络上的 分布式应用程序之问以及不同平台上应用程序之问的通信，实现系统软件和设备之问无 缝集成。 随着计算机技术、i n t e m e t i n t r a n e t 、设备制造技术的不断发展，基于b s 即b r o w s e r s e v e r ( 浏览器月艮务器) 架构己经成为当今应用软件的首选体系结构。丌放的软件平台 使得信息的交互领域从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，为实现控制系统的 网络化和体系的开放性创造了必要的条件。控制系统的结构沿着网络化方向和控制体系 沿着开放性发展将是控制系统创新的大势所趋。 i n t e m e t 作为当代社会的信息高速通道，把数量众多的局域网连接成广域网。而正 是基于w e b 的b s 结构开放性，为信息网络和控制网络的集成提供了有力的支持。采 用何种集成技术方便地将企业内部的信息网络层和控制网络层集成起来实现信息的沟通 汇集与数据共享己成为当今控制系统集成发展方向。随着i n t e m e t i n t r a n e t 向社会各个领 域迅速渗透发展，给人们提供了一个基于w e b 的信息平台，于是人们将目光投向了构 建i n t e m e t 的w e b 技术。将实时监视与控制系统构筑于i n t e m e t 之上，通过i n t e r n e t 实现 对工业生产过程的实时远程监控、远程设备调试、远程实验、远程设备故障诊断，将实 时生产数据、实验数据与e r p 系统以及实时的用户需求结合起来。 w e b a c c e s s 是首家完全基于浏览器的人机界面( 蹦i ) 和监控及数据采集 ( s c a d a ) 软件，它全部的工作如工程创建、数据库设置、画面制作和软件管理等都 可以通过i n t e m e t 或i n t r a n e t 在异地使用标准的浏览器完成。基于网络的架构，使其在 工厂制造、过程控制、楼宇自控系统中有着广泛的应用。 为了更好的推广和应用w e b a c c e s s 软件，增强大学生的实践能力和创新能力，研 华( a d v a n t e c h ) 公司于2 0 0 7 年6 月1 1 日到1 1 月2 3 日在北京举办了首届“a d v a n t e c h 1 一北方工业大学硕十学位论文 w e b a c c e s s 自动化软件全国大学生组态设计大赛。笔者作为北方工业大学的代表，参 加本次设计大赛，并最终入围决赛取得了二等奖的成绩。本文所设计的水位远程监控系 统就是此次参赛的作品经过进一步改造的成果。 1 2 1 计算机监控系统的概念 计算机监控系统是指具有数据采集、监视、控制功能的计算机系统，是以监测控制 计算机为主体，加上检测装置( 传感器) 、执行机构t - - 5 被监测控制的对象( 生产过程) 共同构成的整体。在这个系统中，计算机直接参与被监控对象的检测、监督和控制。 以前，人们要知道设备或生产线的运行参数和状态，需要依靠人工进行逐级汇报。 这些汇报需要使用电信手段或工具，这样容易延误处理时机，有可能造成不可弥补的损 失。有了计算机监控系统，可以及时：掌握设备运行的参数及状态，可以了解整个工程甚 至整个行业或更大范围所发生的一切，对于紧急情况可以根据事先设定的规则采取合适 的措施，然后，通过有线或者无线的手段向管理人员汇报，并在计算机中进行登记。 1 2 2 计算机监控系统的主要特点 实时性计算机监控系统是一种实时计算机系统，可以根据采集到的数据，立即采 取相应的动作。例如，检测到化学反应罐的压力超限，可以立即打开减压阀，这样就避 免了爆炸的危险。实时i 生是区别于普通计算机系统的关键特点，也是衡量计算机监控系 统性能的一个重要指标。 可靠性计算机监控系统的可靠性是指系统无故障运行的能力。在监控过程中即使 系统由于其他原因出现故障错误，计算机系统仍能作出实时响应并记录完整的数据。可 靠性常用“平均无故障运行时间”，即平均的故障间隔时间来定量地衡量。在设计计算机 监控系统的时候，应充分考虑系统运行的健壮性。 可维护性可维护性是指进行维护工作时的方便快捷程度。计算机监控系统的故障 会影响正常的操作，有时会大面积地影响监控过程的进行，甚至使整个过程瘫痪。因 此，方便地维护监控系统的正常运行，在最短时间内排除它的故障，成为计算机监控系 统的一个重要特点。可维护性也与硬件、软件等诸多因素有关，要求监控软件具有在线 - 2 一 北方工业大学硕士学位论文 实时诊断程序，可以在不影响系统运行的情况下及时发现故障。对监控系统的维护，可 以采取现场或通过i n t e r n e t 进行远程维护两种方式。 数据自动采集处理自动地对监测对象进行数据采集、监视，能将测量的数据进行 分类处理、数学运算、误差修正及工程单位换算等。例如，被测对象的温度范围为0 1 0 0 ，实际得到的被测数据为0 - 2 5 5 ，那么就需要将实测数据作出相应的处理，转换 为对应温度进行显示。 人机交互在计算机监控系统中，人机交互的方式应该友好简洁，便于操作，并可 以根据要求显示数据和打印相关报表。 通信功能这罩所浣的通信，主要是指在监控系统中，计算机与计算机之间、相同 类型或不相同类型总线之间以及计算机网络之间的信息传输。例如串行通信和基于t c p i p 协议的网络通信等等。 信息处理和控制算法在设计计算机监控系统中，信息处理和控制算法的设计、开 发和调试是最为核心的内容，也是最花费时问的工作，它占据了丌发调试的大部分工作 量。信息处理和控制算法主要是软件工作，这些软件的丌发除了和采用的操作系统、软 件开发工具有关外，还和硬件( 特别是接口部件) 以及生产工艺要求有密切关系。同样 是针对调制解调器( m o d e m ) 的操作，在此型号的m o d e m 上测试通过的软件，换一个 m o d e m ，未必能通过。在开发软件产品时，必须反复调试，确保软件的健壮性。 管理功能大多数监控系统，建立了相应的数据库，兼有办公管理或工程管理的功 能，可以根据要求统计、分析和打印各种报表，对于重要的情况，可以通过短信或邮件 来通知系统管理员。 自动运行能按预先设计好的策略自动运行。如有特殊要求，操作人员可以更改程 序自动运行的规则，以后按照新的规则运行。在自动运行状态，可以不需要人工的介 入。 自动报警监控系统本身应该具有故障诊断、报警的功能，对监测对象的设备或工 艺运行参数进行监视，如超过了设计规定值，能进行自动报警。报警有多种方式，如声 音报警、电子邮件报警、短信报警等，并记录下相关事件。 自动校正有的监控系统，可以根据用户需要，按预先给定的标准进行自动校正， 以清除某种干扰带来的影响。 自动调度决策有的系统能按一定的工艺模型运行，自动选择测试、监控项目，使 监控对象处于最佳状态。 3 北方工业大学硕士学位论文 1 2 3 计算机监控系统的分类 根据对象的不同监测控制要求、系统所完成的监测控制功能和基本特点，可将计算 机监控系统分为下述4 类： ( 1 ) 计算机监测系统计算机监测系统又称计算机数据采集与处理系统，其主要功 能是以计算机为核一t l , 对生产过程的参数和工况进行巡回检测。监测系统的输出不直接作 用于生产进程的执行机构，不直接影响生产进程的进行，它是一个丌环监测系统。生产 进程的控制和调节由人工完成。 ( 2 )计算机监督系统计算机监督系统具有分析决策的功能，在检测系统的基础 上，发挥计算机智能的特点，充分利用计算机快速计算、大容量记忆、综合分析、逻辑 判断等功能，对预处理后的信息进行二次加工。 ( 3 )计算机控制系统计算机控制系统又称直接数字控制系统，具有自动控制功 能，即由计算机直接对生产过程进行控制。它是在监测系统的基础上根据事先决定并存 储在计算机中的一种或多种控制策略，输出控制信息，直接作用于执行机构，完成自动 控制和调节功能。它是一个闭环系统，不仅有从生产过程送至计算机系统的检测信息通 道，而且有从计算机系统送至生产过程的控制信息通道。 ( 4 ) 计算机监控系统计算机监控系统综合了上述三种系统的功能，由计算机完成 输人处理、信息加工、分析决策以及输出控制调节。 计算机监控系统根据被控对象或者通信平台不同，可以更细地划分为以下3 类： 局域网中的计算机监控系统 局域网计算机监控系统，是由一个监控服务器程序和多个工作站程序组成。系统要 实现对局域网的有力控制，主要包括网络控制及网络数据传送两大方面。整个系统采用 客户机朋艮务器的工作模式。由客户机端实现对工作站的操作进行监控，对服务器进行 命令请求与命令执行。由服务器端实现对工作站的协调与指挥。系统中，在工作站上永 久踞留一个客户机程序，由此程序来负责监控工作站的运行及与服务器间的数据交流并 执行服务器程序的命令。 在一个局域网内，由监控系统实现对工作站的实时监控，控制文件的传输，不但可 以提高局域网的管理与监控能力，而且可以传送数据文件，提高网络数据传送的安全 性，大大减轻局域网管理中的工作强度。 基于w e b 的远程计算机监控系统 4 北方工业大学硕十学位论文 基于w e b 的远程计算机监控系统是以w e b 作为通信平台的监控系统。w e b 技术 以唧技术为基础，具有简单、高效、跨平台等优点，已经成为信息网络中普遍应 用的一种信息交互平台。 基于w e b 的远程计算机监控系统，一般可分为3 个子系统：即现场监测与控制 系统( 简称现场层子系统) ；数据存储与转发子系统( 简称中间层子系统) ；客户端数据接 收与命令发送子系统( 以下简称客户子系统) 。现场子系统负责采集各个现场控制节点的 运行状况数据，经过汇总、预处理后传递给中间层子系统，它也接收中间层子系统转发 来的控制命令，对命令进行解析、验证，然后采取相应的动作；中间层子系统是一个中 介系统，一般主要由w e b 服务器和实时数据库服务器组成。客户子系统是用户直接与 之交互的部分，它接收用户的输入，从中问层子系统获耿监测数据或向其发送控制命 令。 基于i n t e r n e t 的远程计算机监控系统 目前的企业信息网络一般通过现场控制网络、企业内网j ( i n t r a n e t ) 和i n t e m e t 三网合 一把分靠于各局部现场，独立完成特定功能的计算机、控制器、现场设备等互联起来， 它适应企业生产与经营的功能分布和地域分布的特点，达到资源共享、协同工作、远程 监控、远程管理等为目的的全分布式网络系统，是i n t e m e t 技术、数据库技术、t ( 驯 网络通讯技术、浏览器技术发展的产物。基于i n t e m e t 的远程计算机监控不但可以提高 企业自动化水平，提高企业生产设备的维护管理水平，实现无人值守，而且可以为企业 合理配置人力资源奠定基础 1 3 基于网络的计算机远程监控系统架构 计算机技术与通信技术的紧密结合使计算机网络得以迅速普及与发展，把计算机网 络的技术应用于监控领域，促使了以网络为基础的工业远程监控系统的发展。 1 3 1 网络远程监控系统的层次结构【2 】 3 1 4 1 一般来说，网络监控系统分为三个层次现场设备层、监控层、远程监控层 ( 1 ) 现场设备层 现场系统可采用传统的r s 4 8 5 4 2 2 总线，也可是p r o f i b u s 、l o n w o r k s 、c a n 等现场 总线，或是两者混合控制网络。各种现场信号通过现场总线接口卡或r s 4 8 5 4 2 2 总线接 5 北方t 业大学硕士学位论文 入现场工作站。依照现场总线的协议标准，底层设备采用功能块的结构，通过组态设 计，从而完成数据采集、a d 转换、数字滤波、温度压力补偿、p i d 控制以及阀位补偿 等各种功能。 ( 2 ) 监控层( s g 姐i a 层) 在现场监控层，采用工控机对生产过程控制系统进行监控，通过计算机的串口或现 场总线接口卡，与现场仪表等设备通信。工控机上的监控软件可完成现场实时动态画面 显示，实现各种控制、数据处理存储、现场设备参数给定、运行参数的监测、报表打 印、报警和趋势分析等功能。此外，监控层可以完成控制组态的设计和下载，还要为实 现智能决策、先进控制和过程操作优化提供支撑环境。 ( 3 ) 远程监控层 该层旨在构造一个安全的远程监控系统，首先要将中间监控层数据库中的信息转入 上层关系数据库中，这样远程用户就能随时通过浏览器查询网络运行状态以及现场设备 的工作状况，对生产过程进行实时的远程监控。用户被赋予一定的权限后可以在线修改 各种设备参数和运行参数，从而在广域网范围内实现底层测控信息的实时传递。目自订， 远程监控实现的途径就是通过i n t e m e t ，主要方式是租用企业专线或者利用公众数据 网。由于涉及实际的生产过程，必须采用防火墙、用户身份认证以及密钥管理等保证网 络安全。 1 3 2 工业监控网远程监控模式 随着计算机网络技术的发展，引发了工业控制网络远程监控模式的重大变革，目前 主要有三种模式【5 】：主机集中模式、客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 模式、浏览器朋艮务器 ( b r o w s e r s e r v e r ) 模式。 ( 1 ) 主机集中模式 大型主机通常是一台计算功能强大的计算机，众多远程终端本身没有任何计算能 力，所有的处理过程( 包括程序的运行、访问数据、打印等) 都是终端用户共享大型主机 c p u 资源和数据库存储功能来完成的。这是一种典型的肥服务器瘦客户机工作模式， 提供了高度的集中控制，可保证信息的安全。但是若在线用户变多，或者数据库的数据 累计量变大，导致主机负担过重，系统的伸缩性变小若想改善整体运行效率，必须扩充 内存或升级主机，这样就增加了设备费用。由于采用主机集中，这无疑集中了设备故障 的危险性，致使系统可靠性变差。 - 6 北方1 ：业大学硕士学位论文 ( 2 ) 客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 模式 在c l i e n t s e l v e r 系统中，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，此部分称为服务器部分。服务器主要负责执行后台服务，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。另一部分是为每个用户所专用， 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、报告、请求等。这种体 系结构将一个应用系统分为两大部分，由多台计算机分别执行，使它们有机的结合在一 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 l i e n t s e r v e r 应用系统基本运行关系体现为“请求响应”的应答模式。当用户需要访 问服务器时，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，将执行结果送回给客户机，由它进一步处理后再提交给用户。 由于c l i e n t s e r v e r 结构被设计成两层模式，显示逻辑和事务处理逻辑部分均被放在 客户端，数据处理逻辑和数据库放在服务器端，从而使客户端变得很“胖”，成为胖客户 机，而服务器端的任务则相对较轻，成为瘦服务器。c l i e n t s e r v e r 系结构如图所示。 客户机服务器 事务 数据 帼 显示1 卜 处理 卜 逻辑 厂 处理 逻辑 逻辑 图1 1c l i e n t s e r v e r 体系结构 在过去的十几年里，由于硬件技术的发展和操作系统能力的加强，网络的日渐完 善，开放式网络环境下的c s 结构成为分布式处理的主流【6 】。c s 结构为实现企业级 的信息共享起到举足轻重的作用，但随着企业规模的日益扩大，应用程序复杂程度的不 断提高，传统的结构也暴露出许多问题： 首先，系统软件和应用软件变得越来越复杂，这不仅给应用软件实现带来困难，还 给软件维护造成不便。 其次，随着用户需求的改变，c l i e n t 端应用软件可能需要增加新的功能或修改用户 界面，那么该软件的应用范围越广，软件维护的开销也就越大。 再次，c i s 结构所采用的软件产品大都缺乏开放的标准，一般不能跨平台运行。当 把c i s 结构的软件应用于广域网时就暴露出更大的不足。 7 北方t 业大学硕士学位论文 ( 3 ) 浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ) 模式 b r o w s e r s e r v e r 模式为c l i e n t s e r v e r 模式的扩展，采用三层结构即b r o w s e r w e b s e r v e r d a t a b a s e s e r v e r 介组成了浏览器、w e b 服务器和后台服务器的三层计算模 式。这种计算模式方便了原有的c l s 中客户机与服务器端的联系。可以看出，三层b s 模式增加了较厚的中| 白j 件，形成“瘦客户机一胖中间层一瘦服务器”的计算模式，这种模 式比较适合于i n t e m e t i n t r a n e t 的数据库发布信息系统。客户端只需安装和运行浏览器软 件。而在w e b 服务器端安装w e b 服务器软件和数据库管理系统。b r o w s e r s e r v e r 体系 结构如图所示。结构提供了一个跨平台的简单一致的应用环境，与传统的管理信息系统 相比，实现了丌发环境与应用环境的分离，使开发环境独立于用户的应用环境。 w e b 浏览器 w e b j 艮务器数据库服务器 显示 1 卜 事务 数据 蛔 逻辑 j 处理 1卜 处理 逻辑 逻辑 图1 2b r o w s e r s e v e r 体系结构 b s 模式中，客户端运行浏览器软件，浏览器以i - r i t p 形式向w e b 服务器提出请 求；w e b 服务器接受客户端请求后，将需要访问数据库的请求转化为s q l 语言，并交 给数据库服务器数据库服务器得到请求后，验证其合法性，并进行数据处理，然后将处 理后的结果返回给w e b 服务器；w e b 服务器再一次将得到的所有结果进行转化加入一 些必要的信息，变成h t m l 文档形式，转发给客户端浏览器以友好的w e b 页面形式显 示出来。 ( 4 ) c l i e n t s e r v e r 与b r o w s e r s e r v e r 结构的比较 通过分析日临结构和c s 结构，基于w e b 的b s 结构与c i s 结构相比具有很多优 占【q 【7 1 j 、 第一，由于w e b 支持底层的t ( 疆佃协议，使w e b 网与目前使用的局域网做到无 缝连接，从而解决了并构系统间的连接问题； 第二，由于w e b 采用了“瘦客户端”，使系统具有的开放性得到很大的改善，系统 对将要访问系统的用户数限制有所放松； 8 北方工业大学硕士学位论文 第三，它使纷繁多样的客户端软件得到统一，实现了统一的用户界面避免了系统版 本升级时对客户端软件升级带来的负担，系统的相对集中性使系统的维护和扩展变得容 易； 第四，由于统一的界面风格，操作相对简单，它不再需要针对不同的客户端软件进 行培训，任何被授权的用户在任何地点只要通过浏览器就可以使用该系统，减少了用户 培训的需求。 目前，许多h m i 软件除了支持标准c l i e n t 以外，有的还支持w e bc l i e n t 和 t e r m i n a ls e r v e rc l i e n t ，c 俗模式凭借各种工控组态软件的支持，具有系统实时性、搭建 快速、方便以及信号分析工具丰富等优点，在工业控制领域广泛采用。b s 结构的产生 标志着人们所熟悉的c s 开发规范被引入到w e b 上。基于w e b 的b s 架构下其数据和 应用可以通过不同平台、不同网络存耿，并具有与平台无关，伸缩性大，易用性好，用 户界面统一，易于维护，扩展性好，信息高度共享等优点，并且在信息网络上成功应 用，使得基于w e b 的实时监控系统己成为研究的热点。但是由于工业控制实时性的要 求和异构系统多的特点，使用一般的w e b 技术难以应用于工业系统，基于w e b 的b s 模式在工业系统中应用也一直只停留在研究阶段。近几年来，随着i n t e m e t 对功能要求 的提高，涌现了许多扩充i n t e m e t 功能的新技术，如a c t i v e x 技术、a s p 技术、j s p 技 术、p h p 技术、j a v a 等，这些技术可以用来方便的实现动态网页的开发。而在控制领 域，也涌现了o p c 等异构系统的数据交换技术，这些技术的出现使得构建基于w e b 的 b 怪结构的工业控制系统己经逐步迈向实施阶段。 1 3 3 基于w e b 的监控系统的特点 基于w e b 监控系统系统与传统的监控系统系统相比，具有以下优点 s l ： ( 1 ) 可以远程访问，用户虽远离现场，亦可了解现场情况； ( 2 ) 广泛的技术合作成为可能，多人在多方对同一问题可进行会诊； ( 3 ) 报警方式的多途径实现，不仅能在监控系统中显示，还可以通过传呼、e m a i l 甚至手机短信实现； ( 4 ) 一个用户可监控多个过程，多个用户可以监控同一过程，真正实现了数据的开 放性及过程信号的透明化； ( 5 ) 最终用户参与设计，使控制过程更趋于合理，生产工艺得到更完美的体现； 9 北方工业大学硕士学位论文 ( 6 ) 仪器虚拟化、操作简单，不仅可以进行现场数据记录，更可以进行智能化分 析； ( 7 ) 多种仪器、多种控制系统的协同工作，使全局自动诊断能力增强； ( 8 ) 既可在原有的p l c d c s 基础上安装，也可以独立安装，能够实现与原系统的无 缝连接。 1 3 4 远程监控系统的体系结构 通过以上对网络远程监控架构的分析，可以考虑整个系统采用w e b 技术的b s 结 构实施。基于w e b 的远程监控网络根据不同的工业控制网络的以及特定的应用的领 域，在其体系结构上和实现技术上会有所差别，但一般既来都有现场监控计算机、数据 库服务器、w e b 服务器、防火墙或代理服务器和远程客户机等五部分组成【9 1 ，如图所 示。 现 现场铡控设备( r t i j )现场铡控设备( r t u ) 图1 - 3 基于w e b 的远程监控系统体系结构图 ( 1 ) 现场监控计算机 一方面它与工业生产过程交互信息，是实现常规监控系统功能的现场监控软件，它 通过通信与连接在现场总线上的测量控制设备( 如p l c 、i o 模块和智能阀门等) 进行 通信，进行现场测量控制工作，并且将必要的历史数据、统计数据等存入数据库；另一 方面是作为远程监控代理，它接受远程客户的命令和参数，并对这些命令进行解释执 1 0 北方工业大学硕士学位论文 行，将远程客户所需的数据或者命令的执行结果反馈给远程客户。若现场工作的任务较 重，现场监控软件和远程监控代理软件可以分别运行在不同的计算机上。 ( 2 ) 数据库服务器( d bs e r v e r ) 它是独立设置的用于生产过程监控和现场智能测控设备实时管理的数据库服务器， 必要时它还要提供实时数据服务功能，它一般不和企业的生产管理或经营管理的数据库 服务器共用。生产过程中的历史数据、现场智能测控设备实时管理的数据、远程用户的 操作权限数据、远程操作同志等都存于这一数据库中。 ( 3 ) w e b 服务器 它能与i n t e r n e t 交互信息服务，一般可以是企业的网站服务器，也可以是一个专门 用于提供远程监控服务功能的网站服务器，在这台服务器上放置若干能对现场生产过程 或者设备进行远程操作的w e b 页面，当远程用户需要进行远程操作时，先登录到此网 站，下载相应的页面，就可以进行远程操作了。 ( 4 ) 防火墙( f i r ew a l l ) 或代理服务器( p r o x ys e r v e r ) 它位于i n t e m e t 与w e b 服务器之间，保证控制网络的安全。 固远程客户机 它是普通的具有w e b 浏览器的个人计算机，通过浏览器就可了解现场工作情况， 无需安装任何专用软件。 上述体系结构的划分只是按功能逻辑上的划分，并不是按物理设备进行划分的。如 果现场不太复杂，也可以由在一台服务器上安装多种服务器软件来实现。该体系结构采 用了浏览器侧e b 服务器系统数据源三层模型，远端用户控制模块也驻留在w e b 服务器 中，该模块主要完成被控对象数据以及监控画面的实际生成与显示工作，并提供人机数 据接口，远端用户可以方便地向控制设备发送控制命令，使客户端只需安装浏览器就可 对系统进行访问。该模型的好处是简化了客户端的设计，使系统的分布相对集中，比较 有利于系统的维护，这样的系统具有较好的扩展性和灵活性，只需对w e b 服务器中的 软件进行修改，就可以维护整个系统网络监控软件，不同于以往的客户机朋及务器两层 模型，用户软件驻留在客户端，当修改时需要修改每个客户的软件。 1 4 作者的主要研究工作 本文从应用的角度出发，探讨了使用网络组态软件w e b a c c e s s 进行实时监控的设 计与实现问题。作者的工作主要包括以下几方面： 1 1 北方t 业大学硕士学位论文 ( 1 ) 对计算机监控系统概念和特点进行总结、归纳，并深入分析了基于网络的计算 机远程监控系统架构。 ( 2 ) 在总结了组态软件的现状与发展的基础上，详细介绍了网际组态软件a d v a n t e c h w e b a c c e s s 的体系结构及其关键技术，并提出了的水位远程监控系统的软硬件总体设计 思路。 ( 3 ) 在研华p l c 编程软件m u l t i p r o g 中利用功能块图语言编写了水位p i d 控制程 序，通过运行和调试实现对水槽水位的控制。 ( 4 ) 在上位机应用a d v a n t e c hw e b a c c e s s 软件进行组态，最终实现客户端通过w e b 以友好的人机界面对水位进行监控。 1 2 北方t 业大学硕士学位论文 2 1 组态软件的现状与发展 组态软件的发展现状 组态的概念最早来自英文c o n f i g u r a t i o n ，含义是使用软件工具对计算机及软件的各 种资源进行配置，达到计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要 求的目的。它是伴随着集散型控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，d c s ) 的出现而引入 工业控制系统的。目自仃世界上的组念软件有近百种之多，国际上知名的工控组态软件有 美国商业组态软件公司w o n d e r w a r e 的i n t o u c h ，i n t e l l u t i o n 的f i x ，i f i x ；通用电气公 司的c i m p l i c i t y ；r o c k w e l l 公司的r s v i e w ；n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司的l a b v i e w ，德 国西门子公司的w i n c c ，澳大利亚c i t e c h 公司的c i t e c h 。国内的组态软件起步也比较 早。从8 0 年代丌始，由于个人计算机的普及，国内丌始有人研究如何利用p c 进行工 业监控，同时丌始出现基于p c 总线的a d ，d a ，计数器，d i o 等各类加板卡。 当时就有人开始在m s d o s 的基础上用汇编语言或c 语言编制带后台处理能力的监 控组态软件，有实力的研究机构则在实时多任务操作系统i r m 8 6 或v r t x 上做文 章。随着微软操作系统w i n d o w s 的普及，基于p c 的监控组态软件才迎来了发展的机 遇。目前实际工业过程中运行可靠的国内软件有北京昆仑通态自动化软件科技有限公司 的m c g s ，北京三维力控科技有限公司的力控，北京亚控科技发展有限公司的组态王 等等。 组态软件的发展趋势 ( 1 ) 能够同时兼容多种操作系统是组态软件的发展方向之一。 未来的组态软件也要求跨操作系统平台，至少要同时兼容w i nn t 和l i n u x u n i x 。 ( 2 ) 模块化、开放式的数据结构设计。 各部分以模块形式挂接在基本模块上，每个模块相互独立，可借此提高系统的可靠 性和可扩展性，允许用户自行开发功能模块。 ( 3 ) 网络化。 基于i n t e r a c t 的企业解决方案将成为工控软件的主流。i n t e m e t 以t c p 佃协议为基 础，以w e b 为核心。由于简单易用的客户浏览器、客户端操作界面的一致性，克服了 两层结构c s 模式客户端多种程序带来的不一致性；服务器端的开放或基于标准的连接 方案，加强了企业和外部的联系，数据库不直接服务于每个客户机，而与w e b 服务器 1 3 北方工业大学硕士学位论文 沟通，有利于实现对客户信息服务的动态性、实时性和交互性。以w e b 技术为核心的 i n t e m e t 使管控一体化系统更接近客户，更有利于网络的进一步扩展【1 0 1 。 2 2 网际组态软件w e b a c c e s s 们 网际组态软件w e b a c c e s s 是由美国b r o a d w i n ( 柏元) 公司首先研发推出的。 a d v a n t e c h ( 研华) 公司收购b r o a d w i n 公司为策略控股公司后，自2 0 0 6 年1 1 月起f 式 在中国大陆的市场独家经营w e b a c c e s s ，并以”a d v a n t e c hw e b a c c e s s ”品牌进行销售。 w e b a c c e s s 是第一款完全基于浏览器的人机界面( h m i ) 和监控及数据采集 ( s c a d a ) 软件，可运行于w i n d o w sn 汜0 0 四2 0 0 3 等操作系统。它是基于 a c t i v e x 、a s p 等技术，在i n t e m e t i n t r a n e t 环境下应用实时监控系统。它不仅具有强大的 组态功能，而且突破了传统组态软件丌发的网络技术瓶颈。w e b a c c e s s 区别于其它软件 的最大特点就是，全部的工程组态、数据库设置、图面制作和软件管理都可以通过 i n t e m e t 或i n t r a n e t 在异地使用标准的浏览器完成。当现场出现异常状况或需要及时修改 时，让工程维护人员无论身在何处，都可以通过网络及时的做出相应的调整，让工程维 护工作变得及时、高效，并降低了工程维护成本。同时基于w e b 浏览器的客户端既可 监视又可控制，且f l i n t e m e t 用户可以通过w e b 浏览器从w e b 服务器访问生产现场的实时数 据，并可以实现基于i n t e m e t i n t r a n e t 的远程监控、远程故障诊断、远程指挥调度、远程 设备管理。 a d v a n t e c hw e b a c c e s s 支持分散式架构的监控节点，监控节点的冗余系统( s c a d a r e d u n d a n c y ) ，中央数据库服务器及多层式网络安全结构，基于网络的优势使其在工厂 制造、过程控制及楼宇自动化系统中的得到广泛的应用。 2 2 2w e b a c c e s s 系统架构 w e b a c c e s s 的整体构架是基于网络的，其基本组成部分有： ( 1 ) 监控节点( s c a d an o d e ) 它是一个远程p c ，使用w e b a c c e s s 支持的驱动程序与自动化设备连接并通信。w e b a c c e s s i 监控节点软件提供管理控制和数据采集( s c a d a ) 功能，包括通讯驱动程序 1 4 北方工业大学硕士学位论文 ( m o d b u s 、o p c 、其它p l c 、i o 、过程控制、自动化设备、d c s 和d d c ) 、报告和趋势记 录实时数据、报警和报警记录及安全和事件记录。 ( 2 ) 工程节点( p r o j e c tn o d e ) 作为集中的数据库和w e b 服务器，提供客户端和监控节点间的初始连接，并提供工 程管理员功能，以创建i o 数据库、报警和图形等。工程节点包括以下元素： 程节点软件：工程节点是以a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 的原理，在网页中实现。利用 工程节点中的a s p 页面可以实现所有的设置工作，而实现直接建立一个完整的 w e b a c c e s s 工程节点。 w e b a c c e s s 数据库：是工程中配置监控节点的集中数据库。保存在工程节点的所有 图、脚本和其它组成部分的副本。编辑一个点或编辑一个图都需要连接到：1 ：程节点。数 据库和图文件的物理路径在工程节点中。修改数据库或图以后，只有经过“下载”，监控 节点才会变化。 w e b 服务器：一个标准的a s p 服务器。可以是任何一个标准的w e b 服务器，如 w i n