基于Web的生产实时监控系统的设计与实现
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Web Service 提供了通过网络直接获取各种 服务的接口， 并通过标准的网络协议提供给网 络用户， 在网络上的任何节点、 任何平台应用 程序只要符合 Web Service 标准就都可以从它的 公共接口获取服务， 使得不同的应用程序在网 络上共享和交换数据变得更加容易。
实时数据库通过标准 OPC 接口进行数据采 集， 并为之后扩展或系统升级等预留数据采集 接口。 位于下位机的 PLC/DCS 系统通过实时数
柳钢现有焦化、 烧结、 耐材、 炼铁、 转炉、 棒线、 中轧、 中板、 热轧、 动力等多个分厂共 几十套类型不同的 PLC 和 DCS 控制系统， 采集 位号约 15 000 点， 分布在各单位生产工艺线上。 本文提出基于 Web 的 3 层 B/S 架 构 的 实 时 监 控 系 统 [1， 2]。 针 对 目 前 柳 钢 底 层 控 制 系 统 的 分 布 状况、 基础网络架构、 信息通讯安全性和控制 系统数据的扩充性和稳定性， 本设计采用实时 数据库分布式集群的技术。 在分布式集群应用 方面， 通过计算机网络、 正确 的 DCOM 配 置 和 组态过程， 连接不同计算机或设备上的数据服
5结语
在对柳钢各生产线、 网络环境进行充分调 研， 确定数据采集控制系统类型及位号后， 系 统采集并集成了烧结、 焦化、 炼铁等分厂各控 制系统， 实时地显示生产设备的运行参数。
本文提出了基于 Web 的 3 层 B/S 体系结构， 并在此基础上设计与开发了柳钢生产过程实时 监控系统， 用户可通过 Web 浏览器对生产现场 进行本地/远程实时监视。 目前系统已运行一年 多， 实践表明该系统性能优良， 达到了预定的 设计要求。
务器， 按照统一的数据格式采集数据、 集中管 理。 该系统实现了实时数据采集与处理， 能实 时反映现场设备等的运行情况； 而基于 Web 的 数 据 动 态 发 布 技 术 以 及 SSL 加 密 和 权 限 访 问 策 略则保证了数据的实时性和安全性。
2 系统硬件结构
整个系统由 底 层 控 制 系 统 （PLC/DCS）、 上 位机、 实时数据库服务器以及系统运行的网络 环境组成， 其硬件结构见图 1。
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柳钢科技
2009 年第 3 期
基于 Web 的生产实时监控系统的设计与实现
曹晖 （计控所）
摘 要 针对柳钢生产过程中实时监控的需求， 提出了一种基于 Web 的 3 层 B/S 架构的实时监 控系统的设计和实现。 该系统实时地反映设备运行状况， 将原来需要人工填报的参数和报表实时地 反应在监控画面中， 以便生产决策者随时随地掌握现场生产状况。
保密性一致性和安全验证基于多角色的权限访问机制通过用户编码角色菜单网页地址个字段来实现其中用户编码与角色之间是多对一的关系角色与菜单网页地址之间是一对一的关系当用户成功登录后web服务器读口令表获得角色与菜单网页地址然后保存用户角色并转向菜单网页所在的网页通过这种控制方法一方面可强制用户只能访问与自己工作相关的网页另一方面当职工工作变动时只须改变该职工的角色和菜单网页地址就可改变该职工的操作界面操作方便安全同时在网页之间建立关联当由一网页转向另一网页时向另一网页传递特定参数并在另一网页检验访问参数只有正确方可进入该网页在对柳钢各生产线网络环境进行充分调统采集并集成了烧结焦化炼铁等分厂各控制系统实时地显示生产设备的运行参数本文提出了基于web体系结构并在此基础上设计与开发了柳钢生产过程实时监控系统用户可通过web浏览器对生产现场进行本地远程实时监视目前系统已运行一年实践表明该系统性能优良达到了预定的设计要求参考文献石化企业生产过程监控与管理系统关键技术研究
Key Words Computer Remote Monitor Real-time Database OPC Web B/S Mode
1引言
随着钢铁企业生产技术的不断进步， 配套 的基础自动化设施已基本完善。 虽然 PLC、 DCS 等底层过程控制系统能够自动采集生产设备的 实时数据， 但管理人员只能通过报表或电话上 报等方式了解生产情况， 时效性差且不利于生 产决策。
4.1 浏览器/服务器 (B/S) 模式
B/S 模式是基于 TCP/IP 协 议 和 Web 技 术 与 底层设备构建成可以通过浏览器直接获取设备 实时信息的服务应用。
ห้องสมุดไป่ตู้
流程监控 实时报表
数据查询 统计报表
人工录入 系统管理
趋势分析
柳钢生产过程实时监控系统
TCPPublish 服务
实时数据库 WebService
关键词 计算机 远程监控 实时数据库 OPC Web B/S 模式
Design and Realization of Production Real-time Monitoring System Based on Web
CAO Hui （Metering Institute）
Abstract According to the real-time monitoring requirements during production, a system design and realization based on 3-tier B/S application of Web were put forward. This system can show the equipment operation in real-time; reflect the real-time parameters and tables filled by manual originally on the monitor screen so that production decision-maker can master the site production status in any time.
OPC XML-DA 规 范 采 用 基 于 XML (Extensible Markup Language) 的 Web Service 技 术 。
Web Service 主 要 包 括 ： 传 输 信 息 的 描 述 ， Web Service 接口的描述， Web Service 的调用， 传输 Web Service。
基于多角色的权限访问机制通过用户编码、 角色、 菜单网页地址 3 个字段来实现。 其中， 用户编码与角色之间是多对一的关系， 角色与 菜单网页地址之间是一对一的关系。 当用户成 功 登 录 后 ， Web 服 务 器 读 口 令 表 获 得 角 色 与 菜 单网页地址， 然后， 保存用户角色并转向菜单 网页所在的网页。 通过这种控制方法， 一方面 可强制用户只能访问与自己工作相关的网页， 另一方面当职工工作变动时， 只须改变该职工 的角色和菜单网页地址就可改变该职工的操作 界面， 操作方便安全。 同时， 在网页之间建立 关联， 当由一网页转向另一网页时， 向另一网 页传递特定参数， 并在另一网页检验访问参数， 只有正确方可进入该网页。
4.3 基于 Web 的数据动态发布
由于钢铁企业生产数据实时性要求高， 因 此 系 统 采 用 实 时 性 较 高 的 内 嵌 于 Web 界 面 的 ActiveX 控 件 ， 通 过 它 直 接 访 问 数 据 库 服 务 器 ， 而 Web 服务器不参与访问过程， 从而有效地提 高了数据访问的实时性。 同时现场实时数据的 读取采用订阅读取的方式， 即一旦数据源端发 生数据变化， 就将该数据发送到数据接收端， 以确保数据能够实时更新， 同时也提高了网络 带宽的利用率。
2009 年第 3 期
曹 晖： 基于 Web 的生产实时监控系统的设计与实现
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防火墙
Oracle 关系数据库
生产指导、 管理人员
Intranet Web 服务器
数据采集服务器
OPC 接口服务器
能源网、 检斤网 OPC 采集服务器
炼铁厂 OPC Server
耐材厂 烧结厂 焦化厂 OPC OPC OPC Server Server Server
(2) 实时数据库 OPC 客户端通过 WinCC 的 OPC Server.WinCC 直 接 访 问 WinCC 组 态 软 件 内 的位号， 实现对 PLC/DCS 等数据的采集。
(3) 通 过 OPC2TCP 转 换 实 现 OPC 协 议 到 TCP/IP 协议的转换， 再通过 TCP Transfer 接口软 件接入实时数据库。
烧结厂
炼铁厂 炼铁厂
PLC 烧结厂上位机
PLC.DCS 上位机 耐材厂
焦化厂
PLC 耐材厂上位机 PLC
能源网 能源网 SQL 数据库 SQL 数据库
焦化厂上位机
图 1 系统硬件结构图
3 系统软件结构
系 统 采 用 基 于 B/S 的 3 层 体 系 结 构 （见 图 2）。
(1) 用户界面层： 基于 Web， 将数据呈现给 用户或处理用户输入， 提供用户与系统交互界 面。
烧结 PLC/DCS
Oracle 关系数据库 实时数据库 焦化 PLC/DCS
炼铁 PLC/DCS
图 2 系统软件结构图
4.2 OPC 和实时数据采集技术
OPC [3] （OLE for Process Control） 是 一 种 规范， 符合该规范的接口称 为 OPC 接 口 。 OPC 规范定义了客户程序与服务器程序进行交互的 方法。 OPC 服务器可由 不 同 供 应 商 提 供 ， 其 代 码决定了服务器访问物理设备的方式、 数据处 理等细节。 但这些对 OPC 客户程序来说都是透 明的， 用户只需遵循相同的规范或方法就能读 取服务器中的数据， 而不必关心底层的细节。
参考文献
1 张士杰， 马丽娜， 田景贺. 石化企业生 产过程监控与管理系统关键技术研究. 计算机集 成制造系统， 2006， 12 （2）： 240～245
2 聂雪媛， 时忠民， 黄映城等. 基于 B/S 的海洋平台远程监控系统设计. 微计算机信息， 2007， 24 （5～3）： 1～3
3 彭 瑾， 王锦标. 新的 OPC 规范—OPC XML-DA. 冶金自动化， 2004 （1）： 6～9
系统中的 Web 服 务 器 相 当 于 传 统 C/S 结 构 的一个中间层， 主要完成两个功能：
（1） 接收客户端的响应， 从实时数据库中
读取设备实时状态数据， 发布到浏览器上供用 户查看。
（2） 将收到的客户端的控制信息存入实时 数据库， 供 OPC 应用服务器提取。
4.4 安全策略
为保证数据安全可靠的传输， 我们采用现 今 广 泛 引 用 的 SSL 加 密 技 术 、 基 于 多 角 色 的 权 限访问机制。
借助此系统平台， 大量现场 信 息 通 过 PLC/ DCS 接入上位机， 运用 OPC 接口服务器快捷地 采集并传输到数据采集服务器上； 同时通过现 有的能源网、 检斤网服务器， 将底层智能仪表 数据、 过磅数据采集传输到数据采集服务器中。 这样就很好地解决了如何兼容现有设备的问题。 采集到的实时数据经过相关工具转存到关系数 据库， 最后通过 Web 服务器进行发布。
(2) 业务逻辑层： 系统核心， 连接用户界面 层和数据访问层， 实现应用系统所有主要业务 逻辑。
(3) 数据访问层： 主要是完成对底层控制系 统数据的集中采集和存储， 保证数据的一致性 和完整性。 它通过实时数据库提供的 OPC 接口， 直接和上位机组态软件通信， 实时采集数据。
4 系统关键技术应用
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柳钢科技
2009 年第 3 期
据库的接口软件以 OPC 标准协议进行数据通讯， 从而实现生产现场实时数据向实时数据库传送 的功能， 完成下位机 PLC/DCS 的数据集成。
实时数据库的采集主要可分为以下 3 种形 式：
(1) 实 时 数 据 库 OPC 客 户 端 通 过 组 态 王 OPC 服务 KingView.View 直接访问组态王内对应 位号， 实现对智能仪表数据的采集。
SSL （Security Socket Layer） 是 Netscape 公 司所提出的安全保密协议， 在浏览器和 Web 服 务器之间构建安全通道来进行数据传输， SSL 采 用公开密钥技术。 其目标是保证两个应用间通
信的保密性和可靠性， 可在服务器端和用户端 同时实现支持。 SSL 协议的优势在于它是与应用 层协议独立无关的， 高层的应用层协议能透明 地 建 立 于 SSL 协 议 之 上 。 其 提 供 的 安 全 信 道 有 以下 3 个特性： 保密性、 一致性和安全验证。
实时数据库通过标准 OPC 接口进行数据采 集， 并为之后扩展或系统升级等预留数据采集 接口。 位于下位机的 PLC/DCS 系统通过实时数
柳钢现有焦化、 烧结、 耐材、 炼铁、 转炉、 棒线、 中轧、 中板、 热轧、 动力等多个分厂共 几十套类型不同的 PLC 和 DCS 控制系统， 采集 位号约 15 000 点， 分布在各单位生产工艺线上。 本文提出基于 Web 的 3 层 B/S 架 构 的 实 时 监 控 系 统 [1， 2]。 针 对 目 前 柳 钢 底 层 控 制 系 统 的 分 布 状况、 基础网络架构、 信息通讯安全性和控制 系统数据的扩充性和稳定性， 本设计采用实时 数据库分布式集群的技术。 在分布式集群应用 方面， 通过计算机网络、 正确 的 DCOM 配 置 和 组态过程， 连接不同计算机或设备上的数据服
5结语
在对柳钢各生产线、 网络环境进行充分调 研， 确定数据采集控制系统类型及位号后， 系 统采集并集成了烧结、 焦化、 炼铁等分厂各控 制系统， 实时地显示生产设备的运行参数。
本文提出了基于 Web 的 3 层 B/S 体系结构， 并在此基础上设计与开发了柳钢生产过程实时 监控系统， 用户可通过 Web 浏览器对生产现场 进行本地/远程实时监视。 目前系统已运行一年 多， 实践表明该系统性能优良， 达到了预定的 设计要求。
务器， 按照统一的数据格式采集数据、 集中管 理。 该系统实现了实时数据采集与处理， 能实 时反映现场设备等的运行情况； 而基于 Web 的 数 据 动 态 发 布 技 术 以 及 SSL 加 密 和 权 限 访 问 策 略则保证了数据的实时性和安全性。
2 系统硬件结构
整个系统由 底 层 控 制 系 统 （PLC/DCS）、 上 位机、 实时数据库服务器以及系统运行的网络 环境组成， 其硬件结构见图 1。
40
柳钢科技
2009 年第 3 期
基于 Web 的生产实时监控系统的设计与实现
曹晖 （计控所）
摘 要 针对柳钢生产过程中实时监控的需求， 提出了一种基于 Web 的 3 层 B/S 架构的实时监 控系统的设计和实现。 该系统实时地反映设备运行状况， 将原来需要人工填报的参数和报表实时地 反应在监控画面中， 以便生产决策者随时随地掌握现场生产状况。
保密性一致性和安全验证基于多角色的权限访问机制通过用户编码角色菜单网页地址个字段来实现其中用户编码与角色之间是多对一的关系角色与菜单网页地址之间是一对一的关系当用户成功登录后web服务器读口令表获得角色与菜单网页地址然后保存用户角色并转向菜单网页所在的网页通过这种控制方法一方面可强制用户只能访问与自己工作相关的网页另一方面当职工工作变动时只须改变该职工的角色和菜单网页地址就可改变该职工的操作界面操作方便安全同时在网页之间建立关联当由一网页转向另一网页时向另一网页传递特定参数并在另一网页检验访问参数只有正确方可进入该网页在对柳钢各生产线网络环境进行充分调统采集并集成了烧结焦化炼铁等分厂各控制系统实时地显示生产设备的运行参数本文提出了基于web体系结构并在此基础上设计与开发了柳钢生产过程实时监控系统用户可通过web浏览器对生产现场进行本地远程实时监视目前系统已运行一年实践表明该系统性能优良达到了预定的设计要求参考文献石化企业生产过程监控与管理系统关键技术研究
Key Words Computer Remote Monitor Real-time Database OPC Web B/S Mode
1引言
随着钢铁企业生产技术的不断进步， 配套 的基础自动化设施已基本完善。 虽然 PLC、 DCS 等底层过程控制系统能够自动采集生产设备的 实时数据， 但管理人员只能通过报表或电话上 报等方式了解生产情况， 时效性差且不利于生 产决策。
4.1 浏览器/服务器 (B/S) 模式
B/S 模式是基于 TCP/IP 协 议 和 Web 技 术 与 底层设备构建成可以通过浏览器直接获取设备 实时信息的服务应用。
ห้องสมุดไป่ตู้
流程监控 实时报表
数据查询 统计报表
人工录入 系统管理
趋势分析
柳钢生产过程实时监控系统
TCPPublish 服务
实时数据库 WebService
关键词 计算机 远程监控 实时数据库 OPC Web B/S 模式
Design and Realization of Production Real-time Monitoring System Based on Web
CAO Hui （Metering Institute）
Abstract According to the real-time monitoring requirements during production, a system design and realization based on 3-tier B/S application of Web were put forward. This system can show the equipment operation in real-time; reflect the real-time parameters and tables filled by manual originally on the monitor screen so that production decision-maker can master the site production status in any time.
OPC XML-DA 规 范 采 用 基 于 XML (Extensible Markup Language) 的 Web Service 技 术 。
Web Service 主 要 包 括 ： 传 输 信 息 的 描 述 ， Web Service 接口的描述， Web Service 的调用， 传输 Web Service。
基于多角色的权限访问机制通过用户编码、 角色、 菜单网页地址 3 个字段来实现。 其中， 用户编码与角色之间是多对一的关系， 角色与 菜单网页地址之间是一对一的关系。 当用户成 功 登 录 后 ， Web 服 务 器 读 口 令 表 获 得 角 色 与 菜 单网页地址， 然后， 保存用户角色并转向菜单 网页所在的网页。 通过这种控制方法， 一方面 可强制用户只能访问与自己工作相关的网页， 另一方面当职工工作变动时， 只须改变该职工 的角色和菜单网页地址就可改变该职工的操作 界面， 操作方便安全。 同时， 在网页之间建立 关联， 当由一网页转向另一网页时， 向另一网 页传递特定参数， 并在另一网页检验访问参数， 只有正确方可进入该网页。
4.3 基于 Web 的数据动态发布
由于钢铁企业生产数据实时性要求高， 因 此 系 统 采 用 实 时 性 较 高 的 内 嵌 于 Web 界 面 的 ActiveX 控 件 ， 通 过 它 直 接 访 问 数 据 库 服 务 器 ， 而 Web 服务器不参与访问过程， 从而有效地提 高了数据访问的实时性。 同时现场实时数据的 读取采用订阅读取的方式， 即一旦数据源端发 生数据变化， 就将该数据发送到数据接收端， 以确保数据能够实时更新， 同时也提高了网络 带宽的利用率。
2009 年第 3 期
曹 晖： 基于 Web 的生产实时监控系统的设计与实现
41
防火墙
Oracle 关系数据库
生产指导、 管理人员
Intranet Web 服务器
数据采集服务器
OPC 接口服务器
能源网、 检斤网 OPC 采集服务器
炼铁厂 OPC Server
耐材厂 烧结厂 焦化厂 OPC OPC OPC Server Server Server
(2) 实时数据库 OPC 客户端通过 WinCC 的 OPC Server.WinCC 直 接 访 问 WinCC 组 态 软 件 内 的位号， 实现对 PLC/DCS 等数据的采集。
(3) 通 过 OPC2TCP 转 换 实 现 OPC 协 议 到 TCP/IP 协议的转换， 再通过 TCP Transfer 接口软 件接入实时数据库。
烧结厂
炼铁厂 炼铁厂
PLC 烧结厂上位机
PLC.DCS 上位机 耐材厂
焦化厂
PLC 耐材厂上位机 PLC
能源网 能源网 SQL 数据库 SQL 数据库
焦化厂上位机
图 1 系统硬件结构图
3 系统软件结构
系 统 采 用 基 于 B/S 的 3 层 体 系 结 构 （见 图 2）。
(1) 用户界面层： 基于 Web， 将数据呈现给 用户或处理用户输入， 提供用户与系统交互界 面。
烧结 PLC/DCS
Oracle 关系数据库 实时数据库 焦化 PLC/DCS
炼铁 PLC/DCS
图 2 系统软件结构图
4.2 OPC 和实时数据采集技术
OPC [3] （OLE for Process Control） 是 一 种 规范， 符合该规范的接口称 为 OPC 接 口 。 OPC 规范定义了客户程序与服务器程序进行交互的 方法。 OPC 服务器可由 不 同 供 应 商 提 供 ， 其 代 码决定了服务器访问物理设备的方式、 数据处 理等细节。 但这些对 OPC 客户程序来说都是透 明的， 用户只需遵循相同的规范或方法就能读 取服务器中的数据， 而不必关心底层的细节。
参考文献
1 张士杰， 马丽娜， 田景贺. 石化企业生 产过程监控与管理系统关键技术研究. 计算机集 成制造系统， 2006， 12 （2）： 240～245
2 聂雪媛， 时忠民， 黄映城等. 基于 B/S 的海洋平台远程监控系统设计. 微计算机信息， 2007， 24 （5～3）： 1～3
3 彭 瑾， 王锦标. 新的 OPC 规范—OPC XML-DA. 冶金自动化， 2004 （1）： 6～9
系统中的 Web 服 务 器 相 当 于 传 统 C/S 结 构 的一个中间层， 主要完成两个功能：
（1） 接收客户端的响应， 从实时数据库中
读取设备实时状态数据， 发布到浏览器上供用 户查看。
（2） 将收到的客户端的控制信息存入实时 数据库， 供 OPC 应用服务器提取。
4.4 安全策略
为保证数据安全可靠的传输， 我们采用现 今 广 泛 引 用 的 SSL 加 密 技 术 、 基 于 多 角 色 的 权 限访问机制。
借助此系统平台， 大量现场 信 息 通 过 PLC/ DCS 接入上位机， 运用 OPC 接口服务器快捷地 采集并传输到数据采集服务器上； 同时通过现 有的能源网、 检斤网服务器， 将底层智能仪表 数据、 过磅数据采集传输到数据采集服务器中。 这样就很好地解决了如何兼容现有设备的问题。 采集到的实时数据经过相关工具转存到关系数 据库， 最后通过 Web 服务器进行发布。
(2) 业务逻辑层： 系统核心， 连接用户界面 层和数据访问层， 实现应用系统所有主要业务 逻辑。
(3) 数据访问层： 主要是完成对底层控制系 统数据的集中采集和存储， 保证数据的一致性 和完整性。 它通过实时数据库提供的 OPC 接口， 直接和上位机组态软件通信， 实时采集数据。
4 系统关键技术应用
42
柳钢科技
2009 年第 3 期
据库的接口软件以 OPC 标准协议进行数据通讯， 从而实现生产现场实时数据向实时数据库传送 的功能， 完成下位机 PLC/DCS 的数据集成。
实时数据库的采集主要可分为以下 3 种形 式：
(1) 实 时 数 据 库 OPC 客 户 端 通 过 组 态 王 OPC 服务 KingView.View 直接访问组态王内对应 位号， 实现对智能仪表数据的采集。
SSL （Security Socket Layer） 是 Netscape 公 司所提出的安全保密协议， 在浏览器和 Web 服 务器之间构建安全通道来进行数据传输， SSL 采 用公开密钥技术。 其目标是保证两个应用间通
信的保密性和可靠性， 可在服务器端和用户端 同时实现支持。 SSL 协议的优势在于它是与应用 层协议独立无关的， 高层的应用层协议能透明 地 建 立 于 SSL 协 议 之 上 。 其 提 供 的 安 全 信 道 有 以下 3 个特性： 保密性、 一致性和安全验证。