基于J2ee远程plc控制.docx
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基于J2ee远程plc控制.docx
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基于J2ee远程plc控制
本科毕业设计(论文)
题目:
基于J2EE的远程PLC控制
院(系):
计算机科学与工程
专业:
计算机科学与技术
班级:
100602
学生:
张蒙
学号:
100602133
指导教师:
徐淑萍
2014年6月
本科毕业设计(论文)
题目:
基于J2EE的远程PLC控制
院(系):
计算机科学与工程
专业:
计算机科学与技术
班级:
100602
学生:
张蒙
学号:
100602133
指导教师:
徐淑萍
2014年6月
西安工业大学毕业设计(论文)任务书
院(系)计算机学院专业计算机科学与技术班100602姓名张蒙学号100602133
1.毕业设计(论文)题目:
基于J2EE的远程PLC控制
2.题目背景和意义:
远程控制技术是为了使人们可以在远离设备的地方及时了解设备的运行状态并对其运行状态进行控制而产生的一种控制技术。
在网络基本已经普及的今天,使用远程控制技术可以提高企业的劳动生产率,加强企业的竞争力。
为了加快控制网络的发展步伐,使控制网络的发展组建能够充分借鉴信息网络的最新成果,在分别研究控制网络与信息网络的基础上,对比控制网络与信息网络的异同,在基于J2EE架构的信息网络中,研究控制网络与信息网络的接口技术,实现控制网络与信息网络的信息融合,使得普通信息网络的服务器建设方案可以方便的移植到控制服务器的建设方案中来。
3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标):
用户通过与Internet互联的标准浏览器向Web服务器发送请求时,Web服务器接收到请求,启动相应的程序,对用户的请求进行相应处理,并给予响应,返回给用户动态的监控页面,同时对予用户的请求,提取其中的控制指令通过RS232串口通信接口建立与下位机的连接,将来自远程客户端的设置参数传给下位机,并接受来自下位机的实时状态信息,从而实现对现场设备的控制。
在基于J2EE的开发架构中,则是通过J2EE的web组件实现与PLC控制器的通讯。
可见开发基于J2EEweb组件的、能实现客户端与PLC控制器通讯的组件是实现基于web的远程控制的关键,也是实现在信息网络中嵌入控制功能的入口,研究J2EEweb组件所提供的功能和可完成的任务,则是实现这一任务的必经阶段。
4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点):
(一)第一周至第二周:
了解自己课题的背景,在网上和图书馆收集有关课题的资料,准备开题答辩;
(二)第三周至第四周:
熟悉所用到的软件;(三)第五周至第十五周:
实现整个系统的功能;(四)第十六周至第十八周:
论文编写,准备答辩。
5.毕业设计(论文)的工作量要求需要300机时的实践
①实验(时数)*或实习(天数):
②图纸(幅面和张数)*:
③其他要求:
指导教师签名:
年月日
学生签名:
年月日
系(教研室)主任审批:
年月日
基于J2EE的远程PLC控制
摘要
在网络基本普及的今天,远程控制不再是指局域网中的远程控制,而是基于信息网的远程控制。
信息网与控制网相比具有更大的优势,将两者结合起来,借助信息网的优势发展远程控制系统早已受到广泛关注。
远程控制技术是为了使人们可以在远离设备的地方及时了解设备的运行状态并对其运行状态进行控制而产生的一种控制技术,为了加快控制网络的发展步伐,使控制网络的发展组建能够充分借鉴信息网络的最新成果,研究控制网络与信息网络的接口技术,实现控制网络与信息网络的信息融合成为了一个研究的热点。
本文是基于J2EE技术实现了远程控制PLC,前台采用了JSP、Ajax等技术实现了页面的交互,后台采用SSH搭建了整个系统的主体框架,本文从研究的意义、目的、需求分析、系统设计、模块测试和集成测试等分别展开了全面的介绍。
研究的意义和目的分别从目前的世界形势做了分析,以体现了本文的研究价值。
需求分析重点阐述了本文的逻辑和功能的分析,给了一个大体的实现思想,系统设计主要采取流程图等方式非常详细的阐述了系统的实现过程和操作流程。
最后,对本系统做了相关的测试,以确保此系统功能基本实现并且可以正常的运行。
此系统的研究将信息网引入到控制网络中,实现了基于信息网的实时远程控制,为远程控制系统的设计与实现提供了一种新的参考方法。
关键词:
J2EE;Ajax;PLC;远程控制;jsp;
J2EE-basedremotePLCcontrol
Abstract
Intoday’snetworkbasicuniversalremotecontrolisnolongerreferstotheLANremotecontrol,butbasedontheremotecontrolinformationnetwork.Comparedwiththeinformationnetworkandcontrolnetworkhasmoreadvantages,combinethetwo,withthehelpofinformationnetworkadvantagesinthedevelopmentofremotecontrolsystemhasbeenwidelyconcerned.Theremotecontroltechnologyisinordertomakepeoplefarawayfromequipmentplacetimelyunderstandtherunningstatusoftheequipmentandacontroltechnologyonitsrunningstatecontrolandproduce,inordertospeedupthepaceofdevelopmentofcontrolnetwork,thedevelopmentofcontrolnetworktothelatestachievementsmakefulluseofinformationnetwork,controlnetworkandinterfacetechnologyresearchinformationnetwork,controlnetworkandinformationnetworkhasbecomearesearchhotsport.
ThispaperistheJ2EEtechnologytoachievetheremotecontrolbasedonPLC,theuseJSP,Ajaxtechnologytoachieveapageinteraction,thebackgroundusingSSHtobuildthemainframeworkofthewholesystem,thispaperfromthestudyofthemeaning,purpose,requirementanalysis,systemdesign,moduletestingandintegratedtestingwerecarriedoutacomprehensiveintroduction.Objectiveandsignificanceoftheresearchareanalyzedrespectivelyfromthecurrentsituationoftheworld,toreflectthevalueofthisstudy.Demandanalysisfocusesontheanalysisoflogicandthefunctioninthispaper,toageneralrealizationthought,systemdesignmainlyadoptstheflowchartsandaverydetaileddescriptionoftheimplementationprocessandoperationflowsystem.Finally,thesystemtodotherelevanttest,toensurethatthissystembasicfunctionandcanbenormaloperation.
Researchonthissystemwillbeintroducedtocontrolnetworkandinformationnetwork,realizethereal-timeremotecontrolbasedoninformationnetwork,forthedesignoftheremotecontrolsystemandprovidesanewreferencemethod.
KeyWords:
J2EE;Ajax;PLC;Remotecontrol;jsp;
目录
摘要I
AbstractII
1.绪论1
1.1课题的研究意义和目的1
1.1.1研究意义1
1.1.2研究的目的2
1.2课题的国内外研究动态、目前的发展水平趋势3
1.3论文的组织结构5
2课题研究的内容、软硬件平台及相关技术6
2.1课题研究的内容6
2.1.1关于系统的结构6
2.1.2关于web服务器的环境的搭建6
2.1.3关于WEB服务器与RS232串口通信的研究7
2.1.4关于下位机的研究。
7
2.2系统开发环境7
2.2.1硬件开发环境7
2.2.2软件开发环境7
2.2.3plc仿真软件的介绍8
2.3相关技术8
2.3.1关于J2EE技术的介绍8
2.3.2关于Struts2框架的介绍10
2.3.3关于Struts拦截器的介绍11
2.3.4关于Hibernate的介绍11
2.3.5关于Spring的介绍12
2.3.6Java串口通信的介绍13
2.4小结14
3.基于J2EE远程PLC控制系统设计15
3.1需求分析15
3.2系统总体结构15
3.2.1系统结构图17
3.2.2系统流程图18
3.3系统的详细设计20
3.3.1系统程序功能流程图20
3.4技术框架的介绍22
3.4.1Web层设计:
23
3.4.2持久化层设计24
3.4.3控制层设计24
3.5数据库的设计24
3.6小结25
4系统的具体实现26
4.1实现过程26
4.1.1持久化层的实现26
4.2控制层与Web层具体的实现28
4.3串口通信技术的实现29
4.3.1串口通信程序设计29
4.3.2仿真软件和程序中的COM是否通信31
4.4串口通信消息格式33
4.5系统运行页面36
4.6小结37
5.系统测试38
5.1模块测试38
5.2集成测试38
5.3测试评价39
5.4小结39
6结论40
6.1关于毕业设计中遇到的问题40
6.2毕业设计心得体会40
参考文献41
致谢42
毕业设计(论文)知识产权声明43
毕业设计(论文)独创性声明44
附录45
1.绪论
随着网络的发展,Internet网络对于我们来说大家已经非常熟悉了,它已经在我们的生活和学习中得到了普及,就算是这样,它依旧在不断地发展和进一步的完善中。
所以现在远程控制技术不再是想象,本章主要介绍了关于课题的研究意义以及国内外这方面技术研究动态的介绍。
1.1课题的研究意义和目的
1.1.1研究意义
在网络基本已经普及的今天,使用远程控制技术可以提高企业的劳动生产率,加强企业的竞争力。
为了加快控制网络的发展步伐,使控制网络的发展组建能够充分借鉴信息网络的最新成果,将控制网与信息网相结合起来可以为控制系统的发展提供更好的方向。
当前,基于Web的网络控制技术是控制领域中的一个重要的前沿课题,备受各国重视。
对于工业系统的过程控制来说,控制应当不仅仅局限于现场控制,也应该与网络技术相结合,通过它们对实际控制系统进行远程控制,尤其是对有危险以及污染的工作现场设备的控制更具有实际意义。
而且,应用这项技术,可以实现虚拟工厂和虚拟制造等。
因此,基于Web的远程控制技术将会有非常广阔的应用前景。
远程控制技术,始于DOS时代,只不过当时由于技术上没有什么大的变化,网络不发达,市场没有更高的要求,所以远程控制技术没有引起更多人的注意。
但是,随着网络的高度发展,电脑的管理及技术支持的需要,远程操作及控制技术越来越引起人们的关注。
远程控制一般支持下面的这些网络方式:
LAN、WAN、拨号方式、互联网方式。
此外,有的远程控制软件还支持通过串口、并口、红外端口来对远程机进行控制(不过,这里说的远程电脑,只能是有限距离范围内的电脑了)。
传统的远程控制软件一般使用NETBEUI、NETBIOS、IPX/SPX、TCP/IP等协议来实现远程控制,不过,随着网络技术的发展,目前很多远程控制软件提供通过Web页面以Java技术来控制远程一些设备,这样可以实现不同操作系统下的远程控制。
远程控制PLC技术其实就是通过网络来作为传输媒介来控制PLC。
关于计算机网络,是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,在网络操作系统,网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现资源共享和信息传递的计算机系统。
简单地说,计算机网络就是通过电缆、电话线或无线通讯将两台以上的计算机互连起来的集合。
计算机网络通俗地讲就是由多台计算机(或其它计算机网络设备)通过传输介质和软件物理(或逻辑)连接在一起组成的。
总的来说计算机网络的组成基本上包括:
计算机、网络操作系统、传输介质(可以是有形的,也可以是无形的,如无线网络的传输介质就是看不见的电磁波)以及相应的应用软件四部分。
按网络所覆盖的地理范围的不同,计算机网络可分为局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)。
局域网是将较小地理区域内的计算机或数据终端设备连接在一起的通信网络。
局域网覆盖的地理范围比较小,一般在几十米到几千米之间。
它常用于组建一个办公室、一栋楼、一个楼群、一个校园或一个企业的计算机网络。
局域网主要用于实现短距离的资源共享。
如图所示的是一个由几台计算机和打印机组成的典型局域网。
局域网的特点是分布距离近、传输速率高、数据传输可靠等。
城域网是一种大型的LAN,它的覆盖范围介于局域网和广域网之间,一般为几千米至几万米,城域网的覆盖范围在一个城市内,它将位于一个城市之内不同地点的多个计算机局域网连接起来实现资源共享。
城域网所使用的通信设备和网络设备的功能要求比局域网高,以便有效地覆盖整个城市的地理范围。
一般在一个大型城市中,城域网可以将多个学校、企事业单位、公司和医院的局域网连接起来共享资源。
如图所示的是不同建筑物内的局域网组成的城域网。
广域网是在一个广阔的地理区域内进行数据、语音、图像信息传输的计算机网络。
由于远距离数据传输的带宽有限,因此广域网的数据传输速率比局域网要慢得多。
广域网可以覆盖一个城市、一个国家甚至于全球。
因特网(Internet)是广域网的一种,但它不是一种具体独立性的网络,它将同类或不同类的物理网络(局域网、广域网与城域网)互联,并通过高层协议实现不同类网络间的通信。
1.1.2研究的目的
网络技术的发展,引发了控制领域的深刻技术变革。
控制系统结构网络化、控制系统体系沿着开放性方向发展将是控制系统技术创新的大潮流,网络化、开放性是控制技术发展的方向与灵魂。
远程控制技术是为了使人们可以在远离设备的地方及时了解设备的运行状态并对其运行状态进行控制而产生的一种控制技术。
借助信息网络的最新成果,将控制网与信息网相结合起来可以为控制系统的发展提供更好的方向。
随着Internet的发展和完善,开发基于J2EEweb组件的、能实现客户端与PLC控制器通讯的组件是实现基于web的远程控制现在是我们研究的关键。
对于控制技术中使用web服务器的优势是非常的多的,比如:
不需要开发客户端软件,很多个用户通过浏览器可以同一时刻访问同一个服务器,浏览器作为通用交互软件,客户端只需使用与Internet相连的浏览器即可,可运行于多个个平台,Windows、Linux等均可,与所使用的操作系统无关。
只需要用户在访问的时候通过一些验证,这种访问形式使得用户通过网络可以非常轻松进行远程控制PLC设备,有效地利用网络途径,大大的节省了成本和人力资源。
而且,用户只需要通过浏览器就可以进行服务器端软件的升级,更新,下载,轻松方便有效简单管理和使用相应的应用程序软件。
应用程序软件具有自检功能,服务器端软件能实时的进行故障检测,错误分析,同时并能通过Internet将信息反馈给远程客户端的管理者,加快了故障排除,缩短故障响应和维修时间。
基于Web的远程控制对远程终端要求低,再加上互联网技术的普及,基于Web的远程控制这种方式将会广泛应用到工业设备远程控制,网络化信息家电,远程监控系统等。
基于Web的PLC远程监控为监控人员提供了一个安全和便捷的操作平台,并且可以通过网络远程管理现场设备、远程控制生产过程等。
用户通过对远程监控网站的使用,达到对现场设备实时监控的目的,从而满足不断发展的自动化技术与网络技术的要求,并且可以提高化工生产设备的利用率。
对于Internet在现实生活中应用很广泛。
在互联网上可以聊天、玩游戏、查阅东西等。
更为重要的是在互联网上还可以进行广告宣传和购物。
Internet给现实生活带来很大的方便。
网民在互联网上可以在数字知识库里寻找自己学业上、事业上的所需,从而帮助网民的工作与学习。
所以,基于J2EE的web组件实现与PLC控制器的通讯为我们提供了对人类行为的远程实现的研究机会。
1.2课题的国内外研究动态、目前的发展水平趋势
借助于远程控制可以将企业内部的信息网(Intranet)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。
通过远程控制可以获得现场控制数据,为远程故障诊断技术提供了物质基础;通过远程控制,方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制,以维护设备的正常运营,从而减少值守工作人员,最终实现远端的无人或少人值守,达到减员增效的目的。
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控制,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。
远程控制是国内外研究的前沿课题,国内外都展开了积极的研究。
1997年1月,首届基于Internet的远程控制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30个公司和研究机构的50多位代表到会。
会议主要讨论了有关远程控制系统开放式体系、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Internet的下一代远程控制诊断示范系统,这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表业的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12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Testbed。
Testbed用嵌入式Web组网、用实时JAVA和BayesianNet初步形成在Internet范围内的信息监控和诊断推理。
另外,MIMOSA(MachineryInformationManagementOpenSystemAlliance)、SMFPT(SocietyforMachineryFailurePreventionTechnology)COMADEM(ConditionMonitionandEngineeringManagement)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Internet的功能,如Bently公司的计算机在线设备运行监测系统DataManager2000可以通过网络动态数据交换(NetDDE)的方式向远程终端发送设备运行状态信息;著名的NationalInstruments公司也在它的产品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了网络通讯处理模块,因而可以通过WWW、FTP、Email方式在网络范围内进行监控数据的传送。
法国ALARM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。
国内对于远程控制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RMMD、华中科技大学开发的汽轮机工况监测和诊断系统KBGMD、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MMMDES等。
计算机领域经历了一场新的革命,它结合了现代控制技术、图形技术,其目标是随时随地为人们提供无缝的、高质量的、易用的、廉价的信息资源,使其能真正进入人们的生活。
计算机控制系统的技术水平也从初期的模拟信息传输与控制飞速发展到了数字化、网络化信息传输与控制。
目前远程控制技术的主流是应用Internet技术,在TCP/IP协议和WWW规范的支持下,合理组织软件结构,使工作人员通过访问网络服务器来迅速获取自己权限下的所有信息并及时做出响应。
将来,远程控制系统的发展会越来越迅速,越来越成熟,这项新技术迟早必将用于远程控制系统上,是控制系统未来发展方向之一。
远程控制系统可以使信息实现本地化处理,改善服务器性能,可以使每一个设备具备上网与服务功能,即每一个设备都可以独立进行服务,从而大大提高监控的质量和范围。
网络通信技术在测控系统中的应用还渗透到了传感器领域,将网络接口芯片与智能传感器集成起来,并把通信协议固化到智能传感器的ROM中,导致了网络传感器的产生。
网络传感器继承了智能传感器的全部功能,并且能够和计算机网络进行通信,因而在现场总线控制系统中得到了广泛的应用,成为现场级数字化传感器。
国外有不少仪器公司己研制出了各种各样的网络化传感器。
国内在网络传感器方面的研究尚处于原理研究阶段,还没有成型的网络化传感器出现。
远程控制技术的发展始终与最新技术的发展息息相关,使用者不断对远程控制的简便性及实时性提出了更高的要求。
因此必须要更好地、更及时地应用最新技术,这样才能使得远程控制不断地发展,不断的满足人们的需求。
1.3论文的组织结构
本论文的组织结构如下:
论文的第一部分简单介绍了论文的课题研究的目的和意义、国内外研究和应用现状、论文研究的主要内容;第二部分介绍了关于本次课题研究的内容,软硬件平台的情况以及系统用到的相关的技术;第三部分主要介绍了关于系统的设计,阐述了系统页面的详细实现,以及所用到的技术框架和模型的简单叙述,最后是关于数据库的设计,第四部分是对于整个系统进行了分析,阐述了整个系统的实现思路,提出了整个系统体系结构;第五部分实现了整个
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