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基于JSP的旋转机械远程状态监控系统
目录
基于JSP旋转机械的远程状态监控系统III
摘要III
ABSTRACTIV
1绪论1
1.1课题的背景及意义1
1.2课题研究的目的1
2远程监控系统设计3
2.1远程监控系统的国内外研究现状3
2.2远程监控系统概述4
2.2.1远程监控系统的介绍4
2.2.2远程监控系统的原理4
2.2.3远程监控系统的分类5
2.2.4远程监控系统性能要求6
2.3远程监控系统总体方案设计7
2.3.1C/S结构与B/S结构比较7
2.3.2控制系统的设计10
2.3.3监控软件开发工具11
3旋转机械的选用12
3.1泵的概述12
3.1.1主要用途12
3.1.2工作条件12
3.1.3泵的结构图12
3.1.4离心泵的工作原理13
3.2性能参数13
3.3计算公式14
3.3.1泵的流量以及与重量的换算14
3.3.2泵的压力、扬程、转速及表示形式以及其换算公式14
3.3.3泵的效率及计算方法14
3.3.4汽蚀余量,吸程,各自计量单位表示字母15
3.3.5泵的性能曲线15
3.3.6比转速15
3.3.7泵轴功率和电机配备功率之间关系16
3.4故障原因16
3.5曲线图谱17
3.6建立离心泵参数性能和故障数据库18
4JSP技术开发21
4.1JSP的发展历史21
4.1.1概述21
4.1.2JSP的由来22
4.1.3JSP的特点23
4.1.4JSP的机制24
4.2JSP专业术语简介25
4.2.1Java25
4.2.2JSP25
4.2.3Servlet26
4.2.4Tomcat28
5ISW离心泵的远程监控页面分析29
5.1ISW离心泵的远程监控页面29
5.2以流量(flow)进行远程状态的分析29
5.3论文不足之处39
基于JSP旋转机械的远程状态监控系统
摘要
通过基于JSP技术的远程状态监测系统的结构及软件的实现,来完成系统远程故障诊断并通过比较几种JSP数据库连接方式,提出了用JSP数据库连接池来优化Web访问数据库性能的具体实现方案,最后还给出了这种故障监测系统在实际监测中的优势。
关键词:
数据库,远程监控,故障诊断
RotatingmachineryremotemonitoringsystemofthestatebasedonJSP
ABSTRACT
BasedonJSPtechnologythroughremotemonitoringsystemoftheofthestructureandthesoftwarerealization,tocompleteremotefaultdiagnosissystemandthoughthecomparisonofseveralJSPdatabaseconnectionmode,thispaperpresentsaJSPdatabaseconnectionpooltooptimizeWebaccessdatabasepropertiesoftheconcreteimplementationscheme,atlastitgivesthisfailuremonitoringsystemintheactualmonitoringofadvantage.
Keywords:
JSP,database,Remotemonitoring,Faultdiagnosis
1绪论
1.1课题的背景及意义
遍布于石油、化工、炼油、厂矿等企业和科研院所的大型机械中相当一部分关键设备是旋转机械,如压缩机、水泵、钻探设备、齿轮机械等,它们的工作状态的好坏将直接影响整个系统的安全运行。
为了掌握机组运行状态,避免和减少事故的发生,发挥机组最大效益,做到科学管理和预知维修,必须对机组的运行状态进行实时监测,发现事故的先兆,保证机组的健康、高效运行。
准确、实时、有效的远程监测系统是远程故障诊断系统的重要基础。
运用JSP技术实现设备的远程监测,已经越来越多地成为设备监测系统不可或缺的一部分。
通过将工控系统的各种数据集中到数据库,然后将相应的数据传输到客户端的Web浏览器并在屏幕上显示,是设备状态远程监测的一个重要内容。
近几年Java技术不断成熟,很多公司正在开发Java语言的编译器与集成环境,预计不久Java语言的正确性与效率都将会提高。
用户用Java编程和现在用C++编程一样方便。
Java与Web技术的结合,产生了JSP(JavaServerPage)技术,它具有良好的连接Web数据库的性能,而且运行效率很高,是日前开发基于Internet的浏览器/服务器(B/S)体系结构的系统的主要技术之一。
JSP技术的应用使Java在服务器端的功能有了极大的提高,更重要的是JSP技术拥有Java语言进行网络编程所具备的一切高级特性,如访问权限、安全性、易于进行庞大数据库的动态访问等等,使其在远程监控与诊断、远程教育、电子商务、金融贸易等Web应用领域中的地位越来越重要。
所以用JSP技术开发监测系统将会在较人程度上提高远程故障诊断系统的功能性和可靠性。
1.2课题研究的目的
随着互联网技术的不断发展,自动控制技术与计算机技术相结合的应用越来越普及,工业监控系统在企业、工厂的生产中的运用随处可见。
通过监控系统可以实时地监控生产数据情况、各种控制命令以及设备运行状况,为企业管理者了解现场设备自动化运行、监控企业生产状况提供了有力的手段。
当前工业监控系统普遍采用传统的监控模式,只能在局域网内显示监控系统反映现场运行的画面、报表和参数等,企业生产的高层管理决策者无法通过网络远程掌控现场的生产状况以及了解设备的运行情况。
为了提高企业、工厂的生产效率,就要使工厂现场设备运行情况、控制命令、生产数据情况等能够远程的展现在管理决策者面前而不必亲自到生产一线查看,使管理者能够远程对生产现场进行全局的决策和把握。
基于Web的工业远程监控系统具有远程控制、远程信息反馈、复杂环境多方面跟踪监测等功能,所以研究设计基于Web的工业远程监控系统已成为一种必然的趋势。
远程监控系统是自动控制技术和计算机技术相结合的必然结果,而计算机网络技术的飞速发展,已经推动着远程监控技术发展到一个新的阶段。
因此研究基于Web的远程监控系统有着广阔的发展前景。
基于Web的远程监控系统及信息平台使信息的交互能力从传统的覆盖车间、企业、工厂的局域网,延伸到把现场监控层、远程监控终端的各个层次连起来的远程网络,开创了远程监控系统的开放性和网络化体系。
基于Web的远程监控系统可以通过远程监控终端对生产设备发出控制命令,以此维护设备的正常运行;可以对各监控对象进行全方位、实时的监控,及时发现生产过程中出现的任何问题;可以实现远端生产无人或少数人值守,提高了企业竞争力,增强企业的劳动生产率;可以通过网络连接的方式实现不同资源的共享。
总之,远程监控技术改变了传统的监控模式,把一个更全面、更快捷、更安全、更高效的服务模式展现在人们面前。
2远程监控系统设计
2.1远程监控系统的国内外研究现状
基于Web的远程监控系统是一种分布式系统,Entrance/Internet是实现分布式系统的基础,用户的需求推动着远程监控技术的不断进步。
当前,基于Web的远程监控技术,在应用和研究方面都得到了不错的发展。
它既具有信息系统的广泛性和开放性,又具有自动控制系统的可靠性和实时性。
计算机软硬件技术、网络通信技术和电子技术的飞速发展,也为远程监控系统的研究开发提供了坚实的基础。
国内外对远程监控技术进行了积极的研究与应用,并取得了一定的研究成果。
在国外,NENTLY公司已经开发了DataManager2000计算机在线设备运行监测系统,远程客户端通过Web浏览器查看监控所得的设备运行动态数据;美国田纳西州立大学的JimHenerys设计了一个网上工程实验室,提供了一系列的远程控制实验,用户通过浏览器访问Web服务器,把设置的参数写入文件通过服务器传送给相应的客户机,客户机接收参数并控制实验设备来完成实验,把实验数据通过Web服务器以页面的形式返回给客户;在远程设备故障诊断领域美国波音公司通过Web浏览器和TCP/IP相结合来进行远程检修和探测机器的故障,并对导致的故障的数据进行分析,找出合理的排除故障的方法;美国OPTO22研制开发了“以太网I/0系统-SNAPI/0系统”,该系统己成功应用于路桥收费监控系统、楼宇的智能化监控、输油管线监控系统等多项工程中,其主要是通过Internet来访问远程监控现场的I/0接口,从而实现对远程设备的监控。
在国内,对远程监控技术的研究也取得了一定的成果。
在实际应用方面,东大阿尔派公司为自己的CT产品开发了远程维修诊断系统,借助Internet,实现对分布在各地的CT机的远程诊断和维修。
在国家科委的863计划中,设立了机器人网络通信与远程诊断、维修技术专题;国内一些软件厂商在监控软件中引入Web技术,使远程用户在计算机上浏览HTML页面实时的监控生产现场。
国内各大学对远程监控技术也展开了积极研究。
清华大学机械系设计的网络实监控系统,将算法嵌入到服务器中,并且采用目前流行的基于硬件的MATLAB、Java、网络集成技术和流媒体技术,通过3D测量实验证明网络实验监控系统比传统实验具有无可比拟的优越性。
浙江大学开发了基于Web的实时监控实验室[,通过对温度显示、液位控制、连续搅拌反应釜流量控制、加热炉微机控制、步进电机控制等几种实验设备进行监控,达到了一定的效果。
其他大学在远程监控诊断方面也取得了一定的成果,例如南京航空航天大学、北京理工大学等,开展基于Internet的FMS(柔性加工系统)远程故障诊断的研究;同济大学初步实现了一个以汽车冲压线为对象的面向制造企业的工业现场远程监控诊断系统。
目前,对工业生产情况或设备的远程监控已成为当今远程监控与诊断技术的一个研究热点。
融合安全、可靠的网络技术使得远程监控技术更具有可行性。
远程监控技术的不断发展将使得企业生产管理向着智能化、集成化、现代化和无人化方向发展。
2.2远程监控系统概述
2.2.1远程监控系统的介绍
远程监控系统是指远程客户端通过网络技术和自动控制技术对现场监控端的生产数据、设备运行情况等进行监控,通过对生产数据、控制命令等的分析,对设备进行及时的命令响应和参数设置。
通常我们把能够实现远程监控的计算机软件、硬件系统、通信媒体称为远程监控系统。
它的主要目的是通过实时监测远端设备的生产运行状况、各种参数的设置、生产数据的动态更新等,改变控制方式以及运行参数,及时预报和排除设备故障,并与现场监控各网络节点实现信息交互,提高远端设备的生产效率。
通过远程监控系统,实现整个现场监控端信息的采集、统计、分析、存储等,可以让经营者、管理者远隔千里就可随时了解现场生产与设备情况,通过对现场监控端各种数据的分析,及时的对生产现场进行监控、故障诊断和维护,实现对监控现场的指挥决策、远程调度。
基于Web的远程监控技术是现代自动控制技术的重要组成部分,是通信技术、计算机技术和设备监控及维护技术相结合的必然结果。
2.2.2远程监控系统的原理
远程监控系统主要由三个子系统组成:
远程监控终端系统、远程数据传输系统、现场设备监测系统。
三个系统是相互独立的模块,但又协同工作缺一不可,共同完成对现场生产的远程监控。
远程监控系统模型如图2.1所示。
图2.1
(1)远程监控终端系统
远程监控终端系统是用户与现场设备进行信息交互的平台。
它主要的功能包括现场生产设备的生产数据、控制命令、动态曲线等的终端显示,用户分析数据、控制命令后,通过监控终端对远程设备发出控制命令以及对各种参数进行修改。
(2)远程数据传输系统
远程数据传输系统是现场监测数据、控制命令、信号、参数、动态曲线等的传输通道。
传输系统的一个功能是根据远程监控终端用户的请求,通过信息平台将各种数据、信号等与用户进行交互,使用户通过对生产数据、信号的分析,及时采取决定下一步要做的操作措施;传输系统的另一个功能是将终端用户发出的控制命令以及参数的设置修改命令等反馈到现场监测设备,使现场监测设备做出与用户命令相一致的运行状态。
(3)现场设备监测系统
现场设备监测系统主要由监控主机以及智能设备组成,是一个以计算机为中心的集现场管理、控制、数据采集为一体的监控系统。
2.2.3远程监控系统的分类
根据远程监控的对象是设备,远程监控系统分为:
(1)保持型的远程监控方式
保持型远程监控方式通常应用于人力不能到达或环境危险的地方,实现远程生产设备的无人监控。
现场监测设备接收远程监控终端发出的命令并自主的完成这个命令。
由于远程监控终端只在必要的时候才干预现场监测设备的监控情况,这样就要求监测设备时刻向远程监控终端发送设备运行信息,以此提高远程监控终端保持对设备的监控能力。
(2)人机交互式远程监控方式
人机交互式远程监控方式中,由远程监控系统和本地操作人员共同完成对现场设备的监控,即远程监控终端通过对数据、信号等分析,发出作用于现场设备的控制命令,不是通过设备自动完成对控制命令的响应,而是由本地操作人员人工的作用于设备。
而且这种监控方式也是可以随时建立的,设备采集的数据、信号可随时传送到远程监控终端。
(3)完全型的远程监控方式
完全型的远程监控方式一般用在一些特殊的行业。
在这种方式中,设备和设备控制系统相互分离,全部的操作控制命令由远程监控系统来完成,而且对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做出反应。
根据被控对象或者通信平台不同,远程监控可以分为以下几类:
(1)基于Internet的远程监控方式
在基于Internet的远程监控中,分散于各生产现场的控制器、智能设备、计算机独立的完成各种特定的功能,他们之间的联系是通过Internet、企业内网(Internet)和现场控制网络三网合一来实现的。
这种远程监控方式具有协同工作、资源共享、远程管理等功能,适应了企业生产经营分散的特点,是互联网技术、浏览器技术、TCP/IP网络通讯技术、数据库技术等发展的产物。
(2)基于GSM网络的远程监控方式
GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)是全球移动通信系统的简称,它是由数字式移动通信网络系统提供的SMS(ShortMessagingService)业务,通过手机的接收终端和短信功能模块来实现远程监控功能,具有双向通信、GSM网络信令通道等特点。
(3)基于WAP技术的远程监控方式
WAP(WirelessApplicationProtocol)无线应用协议提供了移动通信设备接入互联网的开放的全球标准。
通过WAP将Internet、移动通信网以及企业局域网联系起来,用户可以随时随地都能通过移动设备获得工业现场信息。
基于WAP的远程监控以现有的Web服务器为基础,通过移动终端和WAP网关共同完成。
2.2.4远程监控系统性能要求
旋转机械的主体是转子及其它回转部件,通过转子部件的工作状态能够很好地了解机械设备的运行情况,所以旋转机械振动测试的主要对象是转子部件。
旋转机械设备在运行过程中,和运行状态有关的各种物理量随时间的变化呈一定的规律。
当旋转设备发生异常时,一般情况下其振动情况都会发生变化,如振幅值变化、振动频率变化、振动相位变化、振动方向变化等。
因此,旋转机械的状态特征参量以振动参数为主,同时兼顾温度、压力等工岂参数及电压、电流等电量参数。
振动信号的物理参数一般指振动位移、振动速度和振动加速度这三种运动量。
振动信号中常常包含对机器状态识别与诊断非常有用的各种信息。
有效地分析、处理这些信息,建立它们和设备运行状态之间的联系,是旋转设备状态监测诊断的基础。
本控制系统要求对旋转机械设备的运行状态进行实时监测和控制,实现远程端与现场工况的交互,设置运行过程的参数,设备的状态信息可随时在远程端采集,完成各种控制、运行参数监控、报警和趋势分析、绘制各项参数曲线等功能,另外还包括组态软件的安装和通信。
综合以上因素,旋转机械远程监控系统应满足的性能要求主要有以下几点:
①强实时性。
实时性是系统应该具有的能在限定的时间内对外来事件作出反应的特性本系统要求传输速度快、响应快,即响应实时性好。
②高可靠性。
由于直接面向生产过程,负责传输测量与控制信息,因此应满足恶劣工业现场环境,如粉尘、电磁屏蔽等影响。
同时,由于机械设备需要进行长时间的连续工作,控制系统除了安全性好以外,还必须具有较高的稳定性,能够长时间稳定运行。
因此,在进行控制系统硬件和软件的设计时必须考虑系统稳定性,尽可能降低系统发生功能故障的可能性。
在出现故障的情况下,能及时报警,保证整个系统的安全。
③力求简洁。
以降低设备成本,同时也可以提高系统的健壮性。
④监控功能完善。
监控系统的应用场合是工业生产现场,因此从远程监控端而言,能够通过远程端人机界面对生产情况中进行实时控制和维护,对不断变化的工况做出及时的反应。
要求控制系统功能完善,操作简单,尽可能的保证较高的生产安全性和生产效率。
2.3远程监控系统总体方案设计
远程监控系统是通过网络实现对远程端的生产作业过程的监测和控制系统,当今监控系统的开发模式技术架构有两大主流体系结构:
C/S和B/S结构。
在工业现场,不论是各种现场总线,还是DCS,或者是简单的PLC控制,通信和联网已经成为必然发展方向。
工业企业信息与控制系统向Intemet/Intranet的迁移,网络体系结构由C/S向着B/S模式的转变已成为发展的趋势。
在分析和比较了C/S和B/S两种模式的优缺点之后,根据工业控制的特点,在分析旋转机械控制系统的性能及配置的基础上,选择合适的智能通讯模块,确立系统整体设计方案,给出了基于C/S和B/S模式结合的监控系统的整体架构。
2.3.1C/S结构与B/S结构比较
(1)C/S体系结构
C/S即C1ient/Server(客户机/服务器)模式,由两部分构成:
端是客户部分,负责执行前台功能,即用户界面(Client),结合了表示与业务逻辑,接受用户的请求,并向数据库服务提出请求;后端是服务器部分,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,还要提供完善的安全保护及对数据的完整性处理等操作,并允许多个客户同时访问同一个数据库。
在这种结构中,服务器的硬件必须具有足够的处理能力,这样才能满足各客户的要求。
典型的客户机朋艮务器体系结构如图2.2所示。
图2.2客户端/服务器体系结构
C/S应用系统采用“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,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。
由于这种结构往往是一个Client端、一个Server端成对出现,所以当应用的业务逻辑放在Client端时,将使得应用程序的可扩充性和可维护性很差,如果访问另一套服务器就需要另一套软件,因此客户端必须配置很多软件。
逐台配置机器对于一个有多用户的复杂系统而言工作量相当大,维护成本高,一旦应用程序由于需要而更新,必须升级所有的客户软件。
当应用程序的业务逻辑放在Server端时则会增加Server的压力,使Server的整体性能降低。
另外,C/S结构对网络
底层协议的依赖性大,由于部分程序并非建立在TCP/IP协议之上的,因此难以解决跨防火墙和异构网络等问题,对跨平台的支持也显得不足。
C/S结构也有它的优点:
①C/S方式有很强的实时处理能力,更适合于对数据库的实时处理和大批量的数据更新;
②C/S方式的面向对象技术十分完善,并且有众多与之配套的开发工具,这些开发工具己经做的非常优秀;
③由于C/S方式必须安装客户端软件,系统相对封闭,这反而使他的保密性优于B/S结构。
(2)B/S体系结构
B/S,即Browser/Server,浏览器/服务器结构。
它是随着Internet技术的兴起,对C/S结构的一种变化和改进。
它利用不断成熟进步的浏览器技术,结合多种Script语言和ActiveX技术,成为一种全新的软件体系构造技术。
B/S结构采用三层的设计构造方式:
浏览器/web服务器/数据库服务器。
在这种结构下,用户工作界面通过浏览器来实现,极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现,主要事务逻辑将在Server端实现。
B/S结构采用超文本传输协议HTTP(HypertextTransferProtoc01)的消息传递机制,客户端通过浏览器访问服务器并发出服务请求,服务器进行相应的处理后将响应结果返回给客户端。
B/S结构如图2.3所示。
图2.3浏览器/服务器体系结构
B/S结构的出现,大大简化了客户端电脑载荷,对前端机的配置要求也较低,减轻了系统维护与升级的成本和工作量,降低了用户的总体成本(TCO),而且晁面丰富、客户端维护量小、程序分发简单、更新维护方便,容易进行跨平台布置、在局域网与广域网之间进行协调,适宜信息发布类应用,并能实现不同的人员,从不同的地点,以不同的接入方式(LAN、WAN、Internet/Intranet等)访问和操作共同的数据库,并能有效地保护数据平台和管理访问权限,服务器数据库的安全。
与C/S结构相比较而言,B/S的优点主要有以下几个方面:
①由于Web支持底层的TCP/IP协议,使Web网与目前使用的几乎所有局域网都可以做到无缝连接,从而彻底解决了异构系统间的连接问题;
②由于Web采用了“瘦客户端”,使系统具开放性得到很大的改善,系统对将要访问系统的用户数的限制有所放松;
③系统的相对集中性使得系统的维护和扩展变得更加容易。
比如,数据库存储空间不够,可再加一个数据库服务器;系统要增加功能,可以新增一个应用服务器来运行新功能;
④界面统一(全部为浏览器方式),操作相对简单;
⑤业务规则和数据捕获的程序容易分发。
对于工业现场监控系统来说,客户端浏览器不需要进行数据逻辑运算,只需浏览相应的画面信息,服务器端将进行数据的处理过程。
所以本系统选用C/S结构和开发维护成本较低、开发较为灵活的B/S体系相结合的结构。
2.3.2控制系统的设计
如前所述,远程监控系统主要有集散控制系统DCS、现场总线控制系统及工业以太网控制系统。
根据工业现场旋转机械设备状态特征、远程监控系统的性能要求,结合网络技术,选择采用以太网控制系统,系统的开发模式技术架构采用C/S和B/S相结合的结构,系统总体方案如图2.4所示。
图2.4远程监控系统总体方案
其基本功能单元主要由监控对象、监控下位机、网络服务器和用户四类组成,各类设备功能描述如下:
(1)监控对象
监控对象是监控系统的目标,通常由一系列传感和变送设备组成。
(2)监控下位机
监控下位机是监控系统的核心。
系统中可以有多个下位机,即有多个分布在网络上的监控节点,下位机可以是智能仪表、智能模块、PLC(可编程控制器)和其他数据采集系统等等。
这些下位机大多分散在各工业现场,对监控对象进行实时
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