开题报告样例模块

过程控制远程实验系统设计（开题报告）过程控制远程实验系统设计（开题报告）过程控制远程实验系统设计测仪072（10073946）朱晓芸摘要：实验是培养高素质人才的有效手段，但目前高校存在在校学生数量增加，实验经费紧张的矛盾，开发基于Interact的远程实验系统可以提高实验设备的利用率。首先阐述了远程实验系统的发展、现状以及主要的解决方案及其特点，接着提出了过程控制远程实验系统解决方案、系统开发的技术路线和预期结果，最后对论文的进度进行了安排。关键词：LabVIEW，远程实验系统，B/S结构，C/S结构1研究背景近几年来，由于高校的学生人数迅速增加，同时教育教学改革不断深入，对高等教育带来了一系列新的挑战。其中对于工科类院校来说，实验室方面的问题显得尤为突出。实验室资金紧张，不能及时更新添置实验设备。实验室场地不够，学生做实验只能分批、分时进行实验设备操作。有些高校为此采用观看实验录像的方式让学生对稀有的实验设备有所了解。实验对于锻炼学生的动手能力及实践应用能力有着极为重要的作用。它是教学活动中一个必不可少的过程，很多科目都是以实验课程为基础的，尤其是对于一些实践性较强的学科，同时也是科普教育，技术研究的重要环节。学生通过实验平台得以将学习的理论知识与实际操作应用相联系，实验能够更好地促进学生各方面的理论学习。只能观看而无法进行实际操作的实验对于提高学生综合水平是不利的。在实验设施不足的情况下，学生不能直接参与实验过程操作，不能很好的实现实验教学目标。怎样才能更有效地利用实验设备从而优化教学资源与保证教学质量？这个问题越来越受到人们的关注。随着计算机网络技术的成熟及虚拟仪器技术的日益完善，提出了一种新型的实验教学理念一一远程实验。远程实验就是在Internet上采用远程数据及图像(声音)采集、远程控制技术、计算机仿真技术、虚拟现实等技术，使实验者从异地计算机设备上可以进行实验操作和观察，所得到的结果与本地得到的数据结果完全等价，如同真实操作实验设备一样。通过计算机网络远程控制与交互，研究人员或学生将不受时空限制，随时随地与同行协作、共享或独占仪器设备、共享数据和计算机资源，同时可根据实验参与者的实际水平选择需要的实验，远程实验作为一种新颖的实验方式，能够全天候无人值守地开放使用，实现了实验仪器的资源共享，提高了使用效率，减轻了高校扩招带来的资源紧张，具有高度的灵活性及广泛的应用前景。远程实验室的研究从上个世纪九十年代就已经开始，美国CarnegieMellon大学最早提出这种远程实验思想。1999年新加坡国立大学建成的示波器实验室十分成功，不到2年的时间便有超过5000人在网上完成了双容水箱远程实验。目前，国外的远程实验室发展速度很快，例如日本Hosei大学基于www的远程实验平台．美国TennesseeatChattanooga大学(UTC)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、水位控制、温度控制、速度控制等实验。近年来，国内的相关高校也逐步开展了远程实验室的构建工作，比如：清华大学精密测控技术及仪器国家重点实验室的工程光学远程实验系统、华东师范大学电子系的基于网络的电子线路虚拟实验室等。从实验室建设的角度来看，建立远程实验平台对我国的知识创新体系有着重要的意义。通过远程实验系统的建立能有效的解决目前高校在校学生数量大幅增加而实验经费紧张的矛盾，实现了贵重实验设备共享，学生能亲自参与到实验中来，以及不同大学或者研究单位之间合作等诸多问题。2文献综述2.1远程实验室优缺点远程实验室是新的实验形式，它是伴随着以Intemet技术为主的各种新技术的涌现而发展起来的。远程实验室采用数据／图像／声音采集技术、远程控制技术等让实验者从异地计算机上通过网络进行真实实验设备的操作、实验过程的观察和实验结果分析，它采用视频／音频反馈、计算机仿真、虚拟现实等技术来增强远程实验者的临场感，使得实验者如同在实验室现场操作实验设备一样。它的主要优点包括：（1）提高实验设备的利用率，大大减少了实验室建设的资金投入和实验室用房面积，同时也为不具备实验条件的学校及远程教育提供了实验的可能，有利于各高校之问的教学资源共享。（2）设计性实验和综合性实验是培养学生实验素质的有效途径，远程实验系统可提供大量的设计性和综合性实验项目，供学生选择，并通过网络开展远程教学服务。（3）远程实验使因材施教的个性化教学成为可能。实验者可灵活选择实验时间和地点，灵活地安排自己的学习计划，不受时间和地点的约束使用远程实验系统。（4）可多人在网上合作完成实验，实验参与者可多次重复同一个实验过程。（5）实验者通过网络远程操纵实验设备，利用图形化的操作界面远程控制实验设备完成实验过程。实验者记录的是真实实验过程的实验数据，同时可接收实验过程参数的变化曲线、实验设备发出的声音、实验过程的视频图像等。远程实验室与真实实验室相比也存在一些不足，首先远程用户不是置身在实验室环境中，因而不能获得真实的实验操作经验，而这些是不利于经验积累的。其次，真实实验迫使学生跟着实验装置的步骤，不能简单、随意地开始和中止实验（1）建立工程项目，包括工程名、用户名、密码、IP地址等。（2）建立工程节点、监控节点、在其基础上设置通讯端口。（3）添加设备。设备中对应得点即导入的变量都是I/O点。（4）设计组态界面。可以使用图例中现成德模块，也可自己制作。（5）制作动画。将各个部分要实现动画功能的部件与相应的脚本联系起来。2.3.2基于Labwindows远程实验系统设计LabWindows／CVI是一个完全的ANSIC开发环境，用于仪器控制、自动检测、数据处理的应用软件。LabWindows／CVI软件把c语言的有力与柔性同虚拟仪器的软件工具库结合起来，包含了各种总线、数据采集和分析库。同时，Labwindows／CVI软件的重要特征就是在Windows和Sun平台上简化了图形用户接口的设计，使用户很容易地生成各种应用程序，并且这些程序可以在不同的平台上移植。LabWindows／CVI具有以下特点：（1）交互式的程序开发；（2）具有功能强大的函数库，用来创建数据采集和仪器控制的应用程序：（3）充分利用完备的软件工具进行数据采集、分析和显示：（4）利用向导开发IVI仪器驱动程序和创建ActiveX服务器：（5）为其他程序开发C目标模块、动态连接库(DLL)，C语言库。（6）具有强大的网络功能，支持常用的网络协议比如TCP／IP协议，方便网络仪器和远程测控仪器的开发。在LabWindows／CVI开发环境中可以利用其提供的库函数来实现程序设计、编辑、编译、链接和标准C语言程序调试。在该开发环境中可以用LabWindows／CVI丰富的函数库来编写程序，此外每个函数都有一个叫做函数面板(FunctionPaIlel)的交互式操作界面，在函数面板中可以执行该函数并可以生成调用该函数的代码，也可以通过右击面板或控件获得有关函数、参数、函数类和函数库的帮助。2.3.3基于LabVIEW的远程实验系统设计利用LabVIEW开发平台以及网页制作技术进行仿真实验和测量实验进行设计开发。软件结构由远程浏览器(Netscape)、Web服务器和设备服务器(虚拟仪器客户端)组成。Web服务器是核心，通过Web服务器，用户可以访问站点，控制实验过程、处理实验数据并获得实验结果。设备服务器主要完成数据采集并传送到Web服务器端处理。LabView作为一个优秀的虚拟仪器开发平台，在DataSocket技术、Web服务器和TCP，UDP协议基础上，为构建基于计算机网络的虚拟仪器系统提供了丰富的工具和方便灵活的方法，可以开发出功能强大的基于网络的分布式测量系统。而此次远程实验系统设计所采用的是LabVIEW软件进行设计。3技术路线设计过程控制远程实验系统结构图如图3-1所示。主要由实验对象、基于PLC的实验过程测控系统、音频／视频服务器、Web服务器、远程实验工作站和管理员工作站（具有Web浏览器的客户端）等组成。3-1远程实验系统原理图3.1实验对象实验装置包括2个实验水箱和1个储水箱，连接实验水箱的管道，输送流体的水泵以及相关的测量仪表、阀门等。每个实验水箱配备了2组进水管道。此次的设计的方案主要是针对水箱液位的远程监测与控制。3.2基于PLC的实验过程测控系统选择小型PLC并配置若干台数字显示仪表。实验室测量仪表与数字显示仪表直接相连，数字显示仪表通过RS-485通信接口与PLC的485模块相连，在PLC中编程读写显示仪表相应的数据区，能够获得检测参数的数值等信息。PLC的编程口与运行Web服务器的计算机串行口连接形成一个监控网络，通过串行口，Web服务器所运行的监控程序可控制实验流程。3.3服务器软件开发3.3.1Web服务器Web服务器接收远程实验请求，分配实验资源并进行实验过程监控，提供用户端远程实验操作界面的HTML网页。Web服务器配置独立的IP地址，远程实验工作站通过Internet与Web服务器连接。3.3.2远程实验服务器此次设计方案中远程实验服务器软件主要是利用LabVIEW设计一个实验室现场过程控制监控软件并能与客户端的通信，执行客户端的请求，代替远程客户完成相应的实验。LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。它实现的功能包括：通过PLC来读取传感器或者测量仪表采集的实验数据，记录实验过程，并实时地向远程用户传输这些实验数据；接受远程用户的实验操作命令，然后自主地控制实验装置按照用户的要求完成实验过程；能够实时评价实验过程和实验结果，并且向远程实验用户提供操作指导；能够监视实验过程，在实验装置发生故障、远程实验者错误操作或者非正常中断时保障实验装置的安全。3.4远程实验系统数据通信方式LabVIEW含有浏览器通信方式，它是一种基于TCP协议的通信方式，与直接使用底层的TCP函数相比，使用浏览器方式用户无需编程，只需设定网络通信参数，就可以直观、方便地使用浏览器进行远程监视，即在现场（远程实验服务器端）采集数据，并将界面实时发布到网络上，在远端（客户机端）可用浏览器观察界面。步骤为：（1）在程序发布到网络之前，做适当的网络设置。（2）同时设置用户的访问权限。（3）设置完参数后，在指定WWW服务器目录下新建一个网页，用来调用VI。通过以上步骤可以使远程用户直接通过访问服务器的IP地址来查看并控制VI。3.5数据采集与共享NI公司提供的RDA技术可实现对远程数据采集卡的访问。（1）利用Measurement&AutomationExplorer来进行远程采集卡设置，设置后在本机出现一块虚拟的数据采集卡，并且分配哟相应的设备号。（2）在服务器端添加任务管理程序，对客户机的请求进行管理。以此避免多个客户机同时访问同一个远程采集卡时发生冲突。在客户机，用户先要向服务器提出申请，服务器相应后，才能调用本机Labview的采集系统。如果采集卡被占用服务器则不会响应客户机请求。3.6数据报告由于LabVIEW提供的一个报表输出的软件包（RePortGeneration），用来输出报表到Word或Excel中。当获得了由NI提供的ReportGeneration软件包后。运行里面的setup程序后，打开程序框图，可以看到函数模板中的ReportGeneration子模板下的函数项有所变化，增加了WordspecificVIS和ExcelspecificVIS两个子模板。4进度安排第1~2周查阅文献，进行翻译文献；第3~4周进一步熟悉课题，修改完善文献翻译，撰写开题报告并进行交流；第5~6周查阅相关文献资料，进行文献翻译工作、了解远程实验室研究背景及研究现状、远程实验室的优缺点及相关技术，准备开题报告，参与开题交流；第7~8周在分析研究远程实验系统发展现状的基础上，根据设计要求，提出远程实验系统的总设计方案。参加中期交流和考核；第9~11周进行远程实验系统软件设计第12~14周远程实验系统调试；第15－16周撰写论文、论文修改、完善；论文打印、装订，论文答辩。5参考文献[1]张帆，李力雄，费敏悦.基于WEB的远程实验室平台的设计与实现[J].自动化仪表，2008，29（2）：235–239[2]肖四友，张文祥.开放自主式远程实验室构建的关键技术[J].实验室研究与探索，2008，27（8）：54–58[3]潜立标，杨马英，俞立，顾志刚，朱晨亮.基于Web和S7-300PLC的远程控制实验室系统[J].浙江工业大学学报，2007，35（1）：73–77[4]唐鸿儒，宋爱国，张丽红，袁如明，郭晏.建设Internet实验室，共享贵重实验设备[J].实验技术与管理，2009，26（8）：158–162[5]熊飞丽，岳科峰，明德祥.远程实验系统中仪器的网络控制技术研究[J].测控技术，2003，22（2）：27–30[6]王川.基于LabView的远程电子技术实验系统应用研究[J].现代电子技术，2007，30（12）：14–16[7]金高松，郑萍，任凤娟，张建刚.基于WebAccess的新型远程实验控制系统研究[J].微计算机信息，2009，25（19）：41–43[8]关智，宗鸣，赵薇.WEB远程实验室的构建及实现[J].机械设计与制造，2008，（12）：208–210[9]陈伟，李锦屏.基于组态软件的过程控制虚拟实验设计[J].电脑知识与技术，2008，4（36）：2720–2734[10]刘晶，许伟明，汪志勇，居滋培.具有远程实验功能的过程控制实验系统[J].实验室研究及探索，2001，20（4）：61–63[11]PatriciaCappelaere，AllalSaadane.ALookattheLearningProcessinRemoteLaboratoryTele-experimentationsituationsatICAM[J].Technology