基于Web的远程实时监控系统研究及应用.pdf

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浙江工业大学硕士学位论文基于Web的远程实时监控系统研究及应用姓名：

吴小红申请学位级别：

硕士专业：

控制理论与控制工程指导教师：

王万良20040501浙江工业大学硕士学位论义基于Web的远程实时监控系统研究及应用摘要。

随着网络技术的飞速发展，远程监控技术与网络技术紧密结合起来，本文研究了网络远程监控系统的基本层次模型，对控制网络技术和控制网络与信息网络的集成技术作了详细的讨论。

通过对不同软件结构的比较，提出了基于Web的远程监控方案。

结合远程监控对通信的实时性要求，以实现网络的实时数据交互为目标，在介绍Socket网络通信的基础上，本文研究了基于Web的网络远程实时监控技术，分析了服务器层作为远程监控系统中的中间层，与远程监控浏览器及现场监控服务器进行实时数据通信的方法，对JavaApplet技术，以及OPC技术作了详细介绍。

论文以水电站自动化改造项目为背景，设计了中小型水电站的远程监控系统，提出了基于Web的中小型水电站远程监控系统的具体硬件结构方案和软件的整体设计思路，控制网络采用工业以太网，实现了控制网络与信息网络的融合，应用OPC技术进行数据采集，使用JavaApplet和Socket通信技术解决远程实时通信问题。

根据水电站远程监控系统的设计方案，本文设计了远程实时监控实验系统，详细介绍了该实验系统具体的通信方案，实验服务器的功能和具体实现，远程立体仓库控制实验的网页设计和运行情况。

实验表明，基于Web的远程实时监控方案是可行的。

关键词：

基于Web，远程监控，实时通信，Socket技术，OPC技术浙i工丁业人学硕：

学位论义第一章绪论随着计算机技术的进步，计算机网络技术以一日千里的速度迅速发展。

从1969年第一个分组交换计算机网络的出现到今天，仅仅经过30多年的发展，计算机网络在现代信息社会中的地位已不能由第二种方式取代。

借助计算机网络，企业可以从事各种各样的经营活动，人们可以访问全球信息、娱乐和商务站点。

计算机和网络技术的发展使人类走进了信息时代，跨入了网络社会，以计算机、通讯和多媒体技术为基础的网络技术将成为联结未来信息社会的纽带。

网络将把世界上各个国家和地区联为一体，形成“地球村落”，促进人类的共同发展。

网络化使远程观测、远程信息反馈、远距控制、复杂市场的多方面跟踪监测成为可能，工业社会时代的流水线生产方式将被设计研制、施工生产、销售一体化的生产方式所取代。

计算机网络技术的飞速发展，使远程监控技术的研究进入到一个新的领域一一网络远程监控，使远程监控技术发展到一个新的阶段。

采用网络进行远程监控是计算机网络技术和远程控制技术发展的必然结果，尤其是因特网技术的发展，研究基于因特网的远程监控更是一个新的课题，有着广阔的发展前景。

11远程监控技术概述111远程监控的原理远程监控技术是远程监测与控制技术的结合，远程监测是指在远程获得作业现场的信息，远程控制是指远程发送命令控制作业现场设备的运行状态。

远程监控系统可以划分为：

远程监控终端系统、远距离数据传输系统、现场设备监测与控制系统三部分。

各部分分工协作，共同实现对设备的远程控制，远程监控终端系统远距离数据传输系统现场设备监测控制-挖制数据流状态数据流图11远程控制系统模型如图11所示远程控制系统模型。

浙江T业人学砸【：

学位论文

（1）远程监控终端系统远程监控终端系统是用以与现场设备进行交互的远程接El。

从功能角度来看，主要包括远程设备状态的终端显示，控制命令及参数的输入，对命令参数和状态数据进行必要的处理，以及其他操作。

目前，由于PC机的广泛应用和价格越来越低廉，并且用于远程监控的PC机远离工业现场，所以基于PC机的远程控制端软件技术发展迅速，PC机成为远程监控终端系统的主要操作平台。

（2）远距离数据传输系统远距离数据传输系统作为远程控制的信息的传输通道，进行各类控制数据、监测数据和图像的传输。

传输系统的目的就是将现场的设备状态信息尽快的传输到监控端，使操作人员通过对现场设备状态的了解，决定下一步的操作措施；另一方面传输系统将监控端的控制信息反馈到现场的控制主机，使主机能对设备进行实际的控制。

（3）现场设备监测与控制系统现场监控系统是直接对现场设备进行监测控制的系统，包括现场设备数据监测与控制系统。

在整个远程监控系统中，现场监控系统根据远程监控终端的控制数据对设备进行控制，实时监测设备的状态，并作必要的分析，再将这些状态通过传输通道反馈到远程监控端。

现场监控系统实际是一个计算机控制系统，是以计算机为中心的集现场控制、管理、数据采集为一体的控制系统。

计算机远程监控系统是信息技术发展的产物，它是以计算机为核心、结合多媒体技术、网络技术及工业自动化技术的一种监控网络系统。

远程监控系统不仅能获得作业现场信息并发送到监控中心，通过计算机网络使其能够到达桌面计算机上，与信息管理系统融合在一起，而且可以充分发挥远程控制的功能，使操作者不必亲I临现场就可以控制现场设备的运行。

另外远程监控系统是伴随多媒体技术的发展产生的一种自动化、智能化的应用，它使得人们可以在异地看到现场设备的运作状况，同时对控制设备工作进行操纵，并对历史资料进行保存、管理和检索。

目前，远程监控系统广泛地应用于保安系统、交通系统、工业生产、医学系统、家庭自动化、水利系统、环保系统等各方面。

112远程监控方式分析远程监控是指远程计算机系统通过网络系统（特别是Internet）对现场的控制系统进行监测与控制，而监测和控制的对象是一个物理系统，如电网、生产线、流域水电站等等，它们由计算机系统进行控制和管理，因此远程监控是远程计算机监控现场计算机系统的运行情况。

浙江T业大学硕上学位论文根据控制方式的不同，远程监控可以分以下几类。

（1）保持型的远程监控方式远程监控仅仅向设备控制系统发出控制命令，而由设备自主的完成这个命令，监控设备只对设备进行监视，在必要时对设备进行干预。

这样就要求设备不断向远程监控系统发送设备运行信息，远程监控系统保持对设备的监控能力。

这种模式可实现远程设备的无人控制，可应用于危险环境、人力不能到达的地方等。

本文所研究的远程监控系统属于此类方式。

（2）完成型的远程监控方式远程监控系统仅仅向设备控制系统发出控制命令，而由设备自主的完成这个命令，远程监控系统不对设备的具体实现过程进行监控，设备完成任务后向远程监控系统报告。

设备的操作控制完全在本地进行，设备在本地操作人员的监控下完成加工任务。

（3）完全型的远程控制方式设备的本地控制系统仅仅控制设备的执行机构，全部的操作控制由远程监控系统完成。

在这种方式中，设备控制系统和设备是分离的，而在设备控制系统内信号的传递速度要求很高，要求系统能够立刻对现场作出反应。

这种控制方式用在些特殊的行业。

（4）人机交互式远程监控方式设备在本地操作人员和远程监控系统的协同控制下工作，即设备在远程监控系统的指挥下工作，由本地操作人员对设备进行控制和维护工作。

在任务执行过程中，可随时建立连接，进行设备之间和人员之间的交互，设备的状态信息可随时在远程监控端采集。

这是目前使用比较多的一种监控方式。

根据通信网络的不同，目前主要研究的远程监控方式主要有：

（1）基于GsM网络的sMS方式的远程监控方式数字式移动通信网络GSM近年来发展迅速，覆盖的范围日益扩大，以及手机应用资费的下调，为远程监控提供了一个新的手段。

GSM系统提供的SMS业务，具有双向通信、具有一定的交互能力，占用GSM网络的信令通道等特点，利用手机的短信功能模块和接收终端可以实现远程监控。

（2）基于Internet的远程监控方式Intemet技术的发展，使得传统的远程监控技术产生了质的飞跃，使远程监控终端的位置更加灵活，真正可以做到随时随地监控。

基于Intemet的远程监控是目前研究的热点。

12远程监控技术的研究现状随着互联网技术的飞速发展，基于Internet的远程监控技术将成为新一代的监控模式。

国内外学者对远程监控技术已进行了深入的研究，主要集中在远程实验浙江工业大学硕I。

学位论文的研究，机器人远程控制的研究以及远程监控应用于工业领域的研究。

1基于Intemet的远程实验远程实验不仅能节省大量的实验资源，并能使实验者在不同的地点相互协助，也是进行远程控制研究的重要装置。

现代实验设备由于其高度的精密和复杂性以及大量的信息获取和处理要求，基本上涵盖网绍化生产与商业的技术问题，使得它成为一个非常好的前期模型。

正因为如此，远程科学实验的研究倍受工业界的关注汜。

基于网络技术的远程实验，将成为2l世纪科学实验室进行开放性研究的重要模式。

目前，国外一些大学已经有了这方面的研究。

澳大利亚RMIT大学设计的虚拟实验用于进行热传递过程的教学o，可以帮助学生快速掌握抽象的概念：

美国TennesseeatChattanooga大学的JimHenery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、液面控制、温度控制、速度控制实验等，该远程实验系统由一台web服务器和五台客户机构成的，每台客户机与一套实际的设备相连。

用户通过Intemet访问Web服务器，选择控制参数，然后Web服务器把这些参数写入文件传送给相应的客户机，客户机收到这些参数后，控制实验设备来完成实验，并把实验数据通过web服务器生成实验结果图，返回给用户。

另外，新加坡国立大雪（NUS）的虚拟实验室洱”允许用户通过Internet进行远程实验，可以实现昂贵实验设备的共享。

上海交通大学的纳米科技研究中心的蔡英文等在分析因特网信息传输机制的基础上，采用协议和客户机服务器模式实现了多用户远程分权控制扫描隧道显微镜仪TCPIPSTM仪器。

应用该软件系统可以对远程设备进行实时控制，同时用户与操作者之间可以进行任意两者之间的语音与视觉交流，从而实现了科学实验的设备无关性，突破了现有科学研究对操作时间与地点的限制，为大幅度提高现有设备的使用效率和创建新的科研模式奠定了基础。

该系统成功地实现了北京上海两地之间的远程演示。

2远程监控在机器人技术中的应用由于机器人控制技术出现较早，国际上对于机器人的远程控制研究要早一些旧1。

早在20世纪60年代，国外就有一些专家学者开始致力于机器人远程控制的研究。

1994年美国南加州大学完成Mercury项目，该项目允许远程用户通过Wcb测览器控制一机械手进行文物挖掘。

英NlBradford大学工业技术系于1996年研制的RoboticTelescope天文望远镜，天文爱好者可通过IntemetjfllWeb浏览器访问其主页，控制望远镜的角度和焦距。

德国Bonn大学开发的用于博物馆导航的Rhino和Minerva旧等则在基于Web的远程自主式移动机器人的两大主要应用领域进行了积极的尝试。

国内的一些高校也进行了类似的研究。

复旦大学计算机系陆璐等人采用三层浙江工业大学颁卜学位沦文模型结构“，提出了一种基于www并利用XML和Java语言的远程监控机器人系统的方案，并在实际系统中进行了应用。

北京航空航天大学机器人研究所将互联网技术、机器人远程控制技术和计算机技术有机结合起来，建立了一个基于互联网的机器人远程实验系统。

操作者可以在任何时间和任何地点通过互联网来控制和操作机器人臂手集成系统。

用户通过互联网可以进行机器人语言的学习、编程及直接控制机器人关节运动，完成一些简单的操作，也可以利用带有力觉和触觉反馈的人机交互设备，在虚拟仿真规划的基础上