（计算机应用技术专业论文）远程访问s7系统的web服务体系结构.pdf

远程访问s t系统的we b服务体系结构 远程访问s t系统的we b服务体系结构 学科专业:计算机应用技术 指导教师:刘枫教授 研究方向: 计算机 控制技术 研 究 生:薛思源 ( 2 0 0 2 4 8 5 ) 内容摘要 随 着控制、 计算机、 通信、网 络等技术的 发展， 信息交换、 沟通的领域正 在 迅速的向 外扩展。 网 络作为一种现代信息快速交换的 媒体， 正日 益深入各行各业。 而在这其中， i n t e r n e t是最广泛、最普 遍的网 络， 大大小小的网 络都希望搭上 工 n t e r n e t的 快车。毫无例外， 现场总线控制系 统网 络作为 过程自 动化领域中的 信息网 络， 也希望能够与 i n t e r n e t 进行 无缝连接。目 前现场总线控制系统技术 标准化方面所做出的 努力是s m a r t t r a n s d u c e r ( s t )系 统的开 发和 3 个概念性 s t 接口 规范的 定义。 本论文主要研究远程访问s t 系统的w e b 服务的体系结构，希望通过目 前广 泛使用的 基于w e b 的开发应用模式一 w e b 服务来 构建一种远程访问s t 系统的 结构模型。 论文使用s t 系统作为 被研究 的现场总 线对象， 然后设计w e b 服务访 问该对象， 希望能读取该对象包含的 数据信息， 也能往该对象写入数据。 从实现 方面 来考虑， 将采用模 拟的方式来建立一个s t 系统，在此基础上，设计了一个 原型系统实 现对该s t 系统的远程访问 ， 验证了 论文思路的正确性和原型系统的 可用性。 关键词: 现场总线控制系统， s m a r t t r a n s d u c e r , w e b服务， 远程访问 远程访问s t系统的we b服务体系结构 we b s e r v i c e ar c h i t e c t u r e f o r re mo t e l y a c c e s s i n g s t s y s t e ms ma j o r : c o m p u t e r a p p l i c a t i o n t e c h n o l o g y s p e c i a l i ty: c o m p u t e r c o n t r o l t e c h n o l o g y s u p e r v i s o r : p r o f l i u , f e n g a u t h o r : x u e , s 办 u a n ab s t r a c t wit h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f t h e c o n t r o l , c o m p u t e r , c o m m u n i c a t i o n a n d n e t w o r k , t h e s c o p e s o f i n f o r m a t i o n e x c h a n g e i s e x t e n d i n g r a p i d l y . a s a k i n d o f m e d i a o f i n f o r m a t i o n e x c h a n g e r a p i d l y , n e t w o r k p e n e t r a t e s a l l k i n d s o f t r a d e . a mo n g a l l k i n d s o f n e t w o 氏 i n t e r n e t i s t h e mo s t u n i v e r s a l . a f i e l d b u s s y s t e m i s a n e l e c t r o n i c d e v i c e i n t e g r a t e d i n t o a t e c h n i c a l e n v i r o n m e n t . a f i e l d b u s s y s t e m c a n b e s e e n a s a n i n f o r m a t i o n s y s t e m i n t h e p r o c e s s a u t o m a t i o n f i e l d . t h e t r e n d t o o ff e r s e r v i c e o v e r t h e i n t e r n e t a l s o i n fl u e n c e s t h e p r o c e s s a u t o m a t i o n fi e l d . u s e r s o f f i e l d b u s s y s t e m i n f o r m a t i o n m a y p e r f o r m m o r e e ff i c i e n t t a s k s 勿 r e m o t e ly a c c e s s i n g f i e l d b u s i n f o r m a t i o n . t h e re f o re , f i e l d b u s h a v e e x t e n d e d t h e i r c o n n e c t i v i t y n e e d s b e y o n d t o t h e f a c t o r y p l a n t f l o o r . t h e m o s t r e c e n t e ff o r t o f s t a n d a r d i z i n g t h e f i e l d b u s s y s t e m t e c h n o l o g y h a s b e e n t h e d e v e l o p m e n t o f s m a rt t r a n s d u c e r ( s t ) s y s t e m s a n d t h e d e f i n i t i o n o f t h e t h r e e c o n c e p t u a l s t i n t e r f a c e s s p e c i f i c a t i o n . t h e p a p e r r e s e a r c h e s m a i n ly t h e w e b s e r v i c e a r c h i t e c t u r e f o r r e m o t e l y a c c e s s i n g s t s y s t e m s a n d h o p e t o m a k e a n a r c h i t e c t u r e m o d e l f o r r e m o t e l y a c c e s s i n g s t s y s t e m s v i a w e b s e r v i c e . s t s y s t e m i s a r e s e a r c h e d o b j e c t a n d a k i n d o f f i e l d b u s s y s t e m . i t i s a l s o s o u r c e a n d e n d - r e s u l t o f d a t a . w e b s e r v i c e c a n r e a d fr o m a n d w r i t e t o s t s y s t e m . f i n a l l y , t h e e ff e c t i v e w o r k o f t h e p r o t o t y p e h a s p r o v e n t h a t t h e i d e a a n d m e t h o d s p r e s e n t e d i n t h i s p a p e r a r e c o r r e c t . k e y w o r d s : f i e l d b u s s y s t e m. s ma r t t r a n s d u c e r , we b s e r v i c e , r e m o t e a c c e s s 远程访问s t系统的we b 服务体系结构 图表目录 图 1 . 1 不同的现场总 线通过o p c d x 交换数据 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， 一 ， ， ， ， ， ， ， ， 、 ， . 7 图1 . 2 o p c x m l 规范便于e r p 和m e s 系统集成和数据共享. “ :.” 二 “ ” 二 ” . . . . . 7 图2 . 1 s m a r t t r a n s d u c e r 节点. 卜 . . . . . . . . . . . . . . . . - . . . . . . . . . . . . . . 一 . . ” 二 _ 二 . 1 5 图 2 . 2 带三个簇的s m a r t t r a n s d u c e r 系统 ，. . ，. . .， . . “ . “ . ，.，. .- “ . 1 6 表2 . i s t 接口参数描述. . . . . . . . . . . . - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .- . . . . . . . . . . . . 一 1 8 表 2 . 2 s t 系统的错误码描述 ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . 1 9 表2 . 3 s t 接口中 每个操作的输入和输出参数. . . . . . . . . . . . . . . - . . . . . . 一 ， . ， . ， . . . . . .一 2 0 图2 . 3 s m a r t t r a n s d u c e r d e s c r i p t i o n ( s t d )总览. . . . . . “ . ， ， . ， ， 二 ， 2 1 图2 . 4 c l u s t e r c o n f i g u r a t i o n d e s c r i p t i o n ( c c d )总览 ” . 甲 ， ， ， ， . ， ， . ，. . 2 3 图2 . 5 w e b 服务堆栈 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 一 、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 图2 . 6 w e b 服务不同时间使用到的不同规范. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 图2 . 7通过w e b 服务访问 现场总线控制系统得体系结构 . ， 一 . . . . 2 8 图3 . 1 w e b 服务场景. . . . . 。 . . . . . . . . . . . . - . . . . . . . . . . . ” . . “ . . . . . ，. . . . . . 2 9 图3 . 2 w e b 服务组件. . . . . ， 一 ， : ， . ，. :.， 二 ，. . 一， 一 . . - . . . . . . ， 一， 二 _ 二 3 0 图3 . 3远 程访问s t 系统的服务处理器结构. . . . . . - . - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 图3 . 4 “ 登陆”操作逻辑顺序图_ . . . . . . . . . . ， . . . . . . . ” ” . ， . ， ， ” ， ， . 3 7 图3 . 5 “ 读” 操作 逻辑 顺序图二 甲 ”价 . ， ， . . .， .， ， ” . ， . ，. .， :.，. 甲 . . 一 3 9 表4 . 1 在文件系统中所存储数据记录的元素 .- -， 一 ， r ， ， . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 图4 . 1 s t 系 统的 模拟实现. - 一，- .，. :. ， “， . . . 一 ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 图4 . 2 w e b 服务的 三个方法 。 ， ， . ，. .，. 二 ， . . . . . . . . 一 ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 图4 . 3 r o m o t e a c c e s s s t 服务的w s d l 文档. ，. . ” ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 卜 . . 4 4 图4 . 4 用户账户信息x m l 架构的图 形化表示二 ， . . . . . . . . . . . ， . . .， . . . . 4 5 图4 . 5登陆操 作测试. . . . ， ，. “ . . . . . . . . . . . - . - . . . . . ” . . . . . . . . . - . . . . . . . 4 7 图4 . 6登陆操作结果. ， ， 甲 甲 . ， . ，. . . ， 甲 ， 甲 甲 .- . - ， 甲 . . ， ， . -. ， ， ， ， . 一 ， 4 7 远程访问s t系统的 w e b服务体系结构 第一章 绪 论 课题的研究背景 随着控制、 计算机、 通信、网 络等技术的发展， 信息交换沟通的领域正在迅 速覆 盖从工 厂的现场设 备层到控制、 管理的各个层次， 覆盖从工段、 车t 7 、 工厂、 企业乃至世界各地的 市场。 信息技术的飞 速发 展， 引 起了自 动化系统结构的变革， 逐步形成了以网络 集成自 动化 系统为基础的企业信息系统。 现 场总线( f i e l d b u s ) 就是 顺应这一形势发 展起来的新 技术 1 , 然而， 在过程自 动化领域， 现 场总 线控制系 统的互操作性和易管 理性要求日 益增加， 而且现场总 线控制系统本身就代表了 一种特殊电 子设备的 信息系统， 用 户要执行维护、 配置和控制等任务就需要该信息系统所提供的信息。更 进一步， 用户对这些信息的 访问 要求并不停留 在本地获取， 他们希望能通过 i n t e r n e t以 某种客户端的方 式方便的获取这些现场信息。如果在 i n t e r n e t 上提供这种信息 的服务， 现场总线 控制系统信息的 用户就可以 通过远程访问 现场总线控制系统信 息来更加高效的执行任务。 随 着 s o a p 等技术的发展与普 及，一 种新的基于w e b的 开发应用模式正在迅 速发展，这就是w e b 服务。 因为w e b 服务是网 络可用的程序， 它依靠发送/ 接收 信息来实 现它的功能， 并且w e b 服务具有跨平台和可互操作的特点， 允许数据传 递 跨越i n t r a n e t 的边界限 制， 由 此可见w e b 服务完全能 够满足 远程访问的 需要。 w e b 服务使用 许多 标准， 如w e b s e r v i c e d e s c r i p t i o n l a n g u a g e ( w s d l ) , s i m p l e o b j e c t a c c e s s p r o t o c o l ( s o a p ) 等， 其中 w s d l用于服务定义， s o a p 用于定义操作和信息的 格式。 这些标准都是基于广泛接受的i n t e r n e t 技术， 即: h y p e r t e x t t r a n s p o r t p r o t o c o l ( h t t p ) , e x t e n s i b l e m a r k u p l a n g u a g e ( x m l ) 等等。因 此，我 们完全可以 这样认为， w e b 服务能够，也完全有能力远程维护， 配置和控制现场总 线控制系统. 然而， 现场总线控制系统必须 是廉价的、 简单的。 它具有以下两个特征: 小的 存储容量和计算能 力 服务的低级数据表示能力 远程访问 s t系统的 w比服务体系结构 此外，在生产现场，可能有各种各样的现场总线控制系统技术，每种现场总 线又要提供不同的服务， 并且要使用相应生产厂家的通信协议。 由 此可见，设计 远程访问 现场总 线控制系统的 w e b 服务确实是一种挑战。 要允许对现场总 线控制系统的 远程访问， 还需要一些特殊的概念， 而且， 现场总 线控制系统信息的用户也应该使用一种通 用的、 人可 读的数据表示方式来访问 过 程数据， 这也有利于现场总 线控制系统的管理。 .2国内外技术发展现状 1 .2 . 1现场总线技术多 种现场总线并存，市场是最终的裁判 众所周知， 最早的 气动单元组合仪表采用 0 . 2 - 1 .o n / c m 2 统一标准化气动信 号， 电 动单组合仪表 采用4 - - 2 0 m a标准化信号互联， 任何厂家的产品均可以 实现 互联， 这两代仪表系 统都得到 健康发展。 随后现场总 线出 现， 然而现场总线由 于 来自 不同产品和生产厂家，经1 4 年争论也 无法达成统一， 最后i e c的 现场总 线 标准化组织经投票， 通过以 下这8 种现场总线成为i e c 6 1 1 5 8 现场总线标准， 即: f f hl ，c o n t r o l n e t , p r o f i b u s , i n t e r b u s , p - n e t , wo r l d f i p , s w i ft n e t , f f 之高速e t h e r n e t 即h s e 。 其中， p - n e t 和 s w i ft n e t 是专用总线:c o n t r o l n e t , p r o f i b u s , w o l d f i p 和i n t e r b u s 是p l c发展而来的; 而f f 和h s e 是从传统 d c s发展而 来的。这 8 种现场总线采用的 通信 协议完全不同，因 此，要实 现这 些总线的兼容和互操作是十分困难的。 每一种现场总线都是在其支持公司或者组织多年产品 技术研发成果的积累， 其技术侧重面不 一样， 各有特色， 其主要应用领域也不尽相同。如f f 主要适用 于过程自动化，p r o f i b u s主要应用于制造业自动化，p - n e t 主要应用于农业与食 品 加工业，c o n t r o l n e t 与i n t e r b u s 主要用于 汽车自 动化， l o n w o r k s 主要用于智 能 楼宇、 家庭自 动 化， w o r l d f i p 则在机车自 动化方面应用较多， s w i ft n e t 用于航 空 航天领域等等。 从目 前各 种现场总 线的 技术来看， 还没有一种现场总线能够完 全适用于所有的应用领域。 由 于现场总线国 际标准i e c 6 1 1 5 8 没能统一 所有的现场总 线标准， 也就是说， 有标准等于没 标准， 现场总线的发展似乎又回到国际标准制定前的 “ 诸候割据的 远程访问s t系统的 we b 服务体系结构 战国时代” 。各种现场总线的前途将主要由 市场来决定， 哪种现场总线推广应用 越广、获得的支持 越多，那种现 场总 线就有可能成为 主流现场总线 标准。 为适应这种形势， 各现场总线组织以 及其支撑公司或组 织都加强了 其宜 传力 度， 如以s i e m e n s 为主的p r o fi b u s 组 织也积极宣传其现场总线产品. 但总 体上 讲， 各种现场总 线组织均在极 力展示其现场总线产品， 相互之间针锋相对的攻击基本 上已 停止了。 转而大力宣传 其产品， 推出 它们的 一整套解决方案， 并对它们所取 得的一些应用、 成就进行大力宣传， 扩大其影响。 如中国p r o f i b u s 用户委员 会就 经常开展演讲、 研讨会， 还在其网 站上 把p r o f i b u s 成为中国 行业标准作为 其取得 成功的又一个示范。在 f f组 织的支持下，中国f f 用户委员 会也开展了各 种类 型活动。 p - ne t集团也在其网站上推出了免费加入的宣传措施。 等等。 所有这些， 均表明 在多 种现场总线并存的 情况下， 各现场总线组织均在努力加强宣传， 扩大 它们 对市场的影响， 努力争取市 场份额。因 为市场才是最终的裁判， 谁赢得市场 份额最多，谁就会成主流， 就会成为事实上的主要标准。 但是市场迫切需要统一 标准的现场总线控制系统，人们开始寻求新的出路。几种可能的出路是: 出路一各种现场总线统一到 1 - 2种。i e c 6 1 1 5 8的产生本身就说明这种可 能性很小。 出 路二开发所有现场总 线通用的接口 ，成本较高且 难度较大。 出 路三各国不理睬 i e c 6 1 1 5 8 ， 采用自 主知识产 权的 协议。 主不符合经济 全球化发展趋势。 出路四采用已经是通用的国际标准 e t h e me t . t c p / i p等协议，并使其在工 业体现场成熟应用，易于被广大国家用户、集成商、 o e m及制造商接受和欢迎。 1 . 2 . 2 以太网技术以太网成为新的研究热点 以 太网 技术在没有任何组织推行的情况下却得到了 越来越广泛的 应用， 它不 仅垄断了 应用于办公等商用计算机之间的通信， 在工业企业的 控制层、 管理层也 得到了大面 积的应用， 目 前己 成为工 业控制领域的 主要通信标准之一。 与现场总 线相比，以 太网具有以 下优势: ( 1 ) 应用广泛 以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术， 受到广泛的技术支持。 几乎 远程访问s t系统的we b服务体系结构 所有的编程语言 都支持e t h e m e t 的应用开发， 如j a v a , v i s u a l c + + , v i s u a l b a s i c 等。 这些编程语言由 于广泛使用， 并受到软件开发商的高度重视， 具有很好的 发 展前景。 因此， 如果采用以 太网 作为现场总线， 可以 保证多种开 发工具、 开发环 境供选择。 ( 2 ) 成本低廉 由 于以 太网的应用最为 广泛， 因此受到硬件开 发与生 产厂商的高度重视与广 泛支持， 有多种硬件产品供用 户选择。 而且由 于应用广泛， 硬件价格也相对低廉。 目 前以 太网网 卡的价格只有p r o f i b u s , f f 等现场总 线的 十分之一， 并且 会随着 集 成电 路技术的 发展， 其价格也会进一步下降。 ( 3 )通信 速率高 目 前以 太网的通 信速率为1 0 m, l o o m的快速以 太网 也开始广泛应用， 1 o o o m 以 太网技术也逐渐成熟。 其速率比目 前的现场总线快得多。 ( 4 ) 可持续发展潜力大 由于以 太网的 广泛应用， 使它的发展一直受到广泛的重视和大量的技术投 入。 并 且， 在 这信息 瞬息万 变的 时代， 企业的生存与发展将很大程度上依赖于一 个快速而有 效的 通信管理网 络， 信息技术与通信技术的发展将更加迅速， 也更加 成熟， 由此保证了以 太网技术 不断地持续向 前发展。 因此， 如果工业控制领域采 用以太网作为现场总线， 将保证技术上的 可持续发展， 并在技术升级方面无需单 独的研究投入。 这一点是其他所有的现场总线技术无法比 拟的。 同时， 由 于以 太网已 应用多年， 人们对以太网的设计、 应用等方 面有很多的 经验， 对其技术也十分熟悉。 大量的 软件资源和设计 经验可以显著降低系统的开 发和培训费用， 从而可以 显著降低系统的整体成本， 并 大大加快系统的开发和推 广速度。 但是以 太网用于工业自 动化有以下4 个问 题需 要解决。 ( 1 ) 实时性问题 实时性要求信号实时传输并要具有确定 性。 以 太网采用c s m a / c d碰 撞检测 方式， 网 络负荷较大时， 网络传输的 不确定性不能满足工业控制的实时要 求。 以 太网 发展的 现实 是: . 交 换式 1 0 0 m e t h e m e t 已 广泛应用，能提 供足够的带宽和减少冲突。 远程访问s t系统的 we b服务体系结构 . 全双工网 络和具优先权的传送机制保证确定性。 . 典型的 工业 应用， 峰值负 载为 t o m以 太网的5 % ， 在 l o o m 以太网中网 络负载为 0 . 5 %，而以太网只有当负载达 4 0 %以上时才会有明显的延迟 现象。 . 在 l o o m 以 太网中， 发送一个包延时 超过2 m s 的状况，5 年也不会发生 一次。 美国电力研究院的实验结果可保证4 m s 以内。 ( 2 )以 太网 如何满足现场环境问 题 以 太网 所用的接插件、 集线器、 交换机和电 缆等是为 办公室 应用而设计的， 不 符合工业现场恶劣环境的要 求。 在 工厂环境中， 以 太网 抗干扰性能较差。 若用 于危险 场合，它不具备本安特性，也不 具备 通过 信号线向 现场仪表供电的 性能。 随着网络技术的 发展， 上述问 题正在迅速得到解决。 为了解决在不间断的工 业应用领域， 在极端条件下网络也能 稳定地工作的问 题， 美国s y n e r g e t i c 微系统 公司和德国h i r s c h m a n 公司专门开 发和生产了 导轨式收发器、 集线 器和交换机系 列产品，安装在标准 d i n导轨上，并有冗余电源供电，接插件采用牢固的d b - 9 结构。 美国 n e t s i l i c o n公司研制的工业以 太网 通信接口 芯片，每片价格己降至 1 01 5 美元，与各种现场总线芯片相比，具有很大的价格优势。 现在的工业以 太网 现场总线采用一 种称为连接 装置 ( l i n k i n g d e v i c e ) 类似带 开关 的集线器 结构 ，很 好地解决了 e t h e rne t的时间确定 性问题 。目前 ， p r o f i b u s d e v i c e n e t , c o n tr o l n e t 和l o n w o r k s 等都打算使用以 太网。 这些公司都 在研究 通过隧道 ( t u rn e l )的简 单传输机构， 使用以 太网 传送报文。 ( 3 ) 在工业控制中使用以太网如何 获得技术支持。 由 于采用与商用以 太网相同的技术， 因 此具有最广大的 支持网络和资源。 为 了促进以太网在工业领域的应用，国际上成立了工业以 太网协会和 i a o n a ( w w w .i a o n a . c o m ) ， 并与美国 a r c a d v i s o ry g r o u p a m r r e s e s c h研究中心和 g a r tn e t g r o n p , a m r r e s e a c h 研究 中 心 和g a r tn e r g r o u p 等 机 构 合作， 开 展工 业 以 太网 关键技术的 研究。 美国电 气工程师协会 ( i e e e ) 正着手制定现场装置与 以 太网 通信的新标准该标准。该标准让网 络直接看到对象 ( o b j e c t ) 。这些工 作 为以太网进入工业自动化的现场级打下了基础。 远程访问s t系统的we b服务体系结构 为适应市场趋势全 球主要自 动化厂商和组织加 强了工 业以太网的实 现。 . 法国 施奈德公司: 4年前推出透明工厂战略，使其成为 工业以 太网 应用 的坚决倡导者。 mo d b u s t c p / i p ( 1 9 9 8 ) 是目 前工业以 太网事实上的标准， 并促进以 太网在传感器和设备级的应用。 . 德国门 子公司:1 9 9 8 年发布工 业以 太网白 皮书，并于2 0 0 1 年发布其工 业以 太网的 规范，称为p r o f ine t . . 美国罗克韦尔 自 动化公司:2 0 0 0年发布工业以太网规范，称为 e们 、 e me 仍pe . 基金会现场总线f f : 2 0 0 0 年发 布工业以太网规范， 称为h s e . ( 4 ) 以太网与网络安全问题 在工厂运用互联网技术并不 意味 着工厂网 络一定要连接到互联网。 采用网络 的 工厂，连入互联网 均使用t c p / i p 。 这样就面临互联网类似的安全问 题. 安全隐患;病毒、工业间谍、黑客、软件 b u g,恐怖主义。 黑客的动机: 金钱、信息、 恐怖主义、 破坏、 政治等， 工 业现场相对较少吸 引力。 同时， 黑客行为是高技术的， 有费时费力费 钱的 代价。 物理连接管理提高安全性: p l c 操作系统是 专有的， 不易受到黑客、 病毒的 侵略。 r a s , v p n提供远程访问: 硬件身份识别. 可提供多种安全机制:用户密码、数据加密、防火墙等。 随着生物信息 技术的 发展，指 纹、 声音等生 物信息 将提高网 络的安全性。 1 .2 .3系 统集成技 术 系统集 成技术 将成为 加强市 场竞争能力的 重要因 案 由 于各种现场总线协议互不兼容， 不同 现场总线设备不能 直接进行信息互访 和交换。 因此， 随着现场总线控制 系统的 广泛应用， 由 于分期投资和用户要求的 多 样性， 必然会导致多种现场总线 控制系统共同 工作的 现象。 这种情况下， 多种 现场总 线控制系统的 集成技术将具有 很强的 竞争能 力和市场空间。 为此， 各大公 司纷纷推出能够让多种现场总线协同 工作的控制系统， 如s m a r 公司的s y s t e m 3 0 2 系统能 够连接 f f , h a r t , p ro f i b u s 和4 - 2 0 m a的设备; f o x b o r o 公司的系统也 远程访问s t系统的we b服务体系结构 能够包容 f f , p r o f i b u s , mo d b u s , d e v i c e n e t 等。 a b b公司在其推出的 c o n t r o l i t 产品中也将p r o f i b u s , f f , h a r i ， 等现场总线 产品集 成在一个系统 环境下共同 工 作，并在以 太网 平台上 通过o p c 进行 集成. 如图1 . 1 : 图 1 . 1 不同的现场总线通过 o p c d x交换数据 系统集成技术主要包括三方面的内容， 即企业信息网与控制网络的集成、 现 场总线与传统控制系统之间的集成、各种现场总线之间的集成。如图 1 . 2 : 01健 补 x 阴 l se h ， 训 宜器 1 朋 l se h. . . ， iaterz,et/tr m i l s c h e w e s 疚 用软件 0 k 1 1 名 产 卫h e r n e t d a! d x o i v i 系 翎 e t h e r ff e t / i p de vi c e ffe t o p cd a o p cd x d a i d x p r e f i b u s 系统 p ro p i n e t p ro f i bu s 泪o p c ii o p cd x d a o nd l c o n t r o l ff e t t 统 e t h e r g e t / i p c o n t r e l ff e tyf 1khseh1 plc 第二是现场总 线集成在d c s 网络上， 现场总线设备通过网关集成到d c s 上， 统一组态、 监 控 与管理;第三则是独立f c s 与d c s 之间的 信息 集成，即f c s 与d c s 都独立工 作， 两者之间 通过网关实 现信息的映射与互访。 在目 前 d c s 仍在大量使用的情 况下，以上几 种方 法不仅 可以 利用 d c s 成熟的 技术与 经验，也可以 发挥现场总 线的优势。 不同现场总线之间的集成则需要解决各种现场总线之间的信息映射与协议 转换、 各种现场总 线设备 之间的 互操作性以 及各种现场总线设备的组态、 监控与 操作统一等关键技术。 1 . 3论文所做的工作 论文的工作结合了自动化技术和计算机技术， 研究了不同用户在对现场数据 信息资源的远程访问需求下， we b 服务如何适应客户任务， 成为连接客户与现场 的 桥梁， 为客户与 现场之间的 数据交换提供了 一种新的 更能 跟上“ 信息高速公 路” 发展趋势的交互形式。 针对用户访问 现场总线的 现状， 论 文开展了一系列的研究， 其主要工作如下 所示: ( 1 )从技术发展角度出发，概述了与论文相关的 当前热点 技术:现场总线技 术、以 太网技术、 系统集成技术的发展及趋势， 通过深入研究当 前网 络 技术发展的现状， 并结合w e b 服务在工业应用领域的发展趋势， 分析了 当 前存在的问 题。 在此基础上， 提出了论文的 研究目 标和主要的工作内 容; ( 2 ) 介绍了支持 远程访问s t 系统的w e b 服务体系结构的重要的相关工作， 如: 现场总线系统 、 对现场总线系 统服务 ( 数据服务) 的用户及用户数 据需 求 的 分 析 、 s m a r t t r a n s d u c e r s ( s t ) 系 统 、 w e b 服务 、 远 程 访问 现 场 总线系统的w e b 服务框架。 现场总 线系统是生产 现场的“ 信息网络” 目 前多种 现场总线并存的现象，导致对现场总线的 数据访问没有一个统 一的标准， 而最近的 s t规范的 发展正好能 解决这个问 题。 进一步的， 远程访问s t系统的we b服务体系结构 本论文 采用了 s t系统作为 现场总线系统，也就是远程访问的对象。论 文的最终目 标也就是要设计一 个w e b 服务的体系结构，作为中间桥梁， 提供用户远程访问 现场总线系统 数据的能力。 ( 3 ) 采用组件技术， 对远程访问s t 系统的w e b 服务的体系结构进行了总 体 设计， 并对其中的s e r v i c e 处理器组件的设计与实现进行了 详细的描述。 ( 4 )关于s t系统的实现， 将使用 模拟文件系统的 树形结构的 方式来实 现s t 试验系统。这部分的 模拟实 现， 解决了w e b 服务访问对象的实现问 题。 有利于原型系统的建立。 ( 5 ) 试验验证工作。 给出 了基于论文 研究思路的原型系统的相关试验平台、 试验结果以及试验评价， 验证了论文思路的正确性和试验系统的可用性。 论文的研究具有较为重大的实践意义. 论文的创造性主要体现在以 下几 个方 面: ( 1 )提出 了一种新型远程访问 底层数据的w e b 服务模型。 ( 2 )给出了具 有跨平台、可互 操作特性的w e b 服务体系结构的实现。 ( 3 )建立了一种 模拟s t 系统的 方法， 有利于前期实验工作的开展。 .4论文结构 为了远程访问现场总线系统需要定义基于现场总线系统技术的特殊概念. 也 需要提供过程数据表示的高级 抽象。 因 此， 本论文的目 标就是设 计远程访问现场 总线系统的w e b 服务的 软件体系结构。 本论文将提出一种通用的w e b 客户应用 程序与 现场总线系统间通过w e b 服 务在i n t r a n e t 或 者 i n t e rn e t 上通信的方法。 最 后将构建该软件体系机构的原形系统，以 此来证明远程访问 现场总线系统的 概 念。 本论文的组织如下: 第二章将陈述一些在本论中 涉及到的各 个领域中的 重要的相关工作。 该章 将 叙 述现场总线系统的 概念和技 术; 分 析现场总线系统服务的用户以 及他们的数据 需 求; 评价从软件应用角度考虑的标准 化访问 现场总线系统所做出的 成果: 描 述 了s m a rt t r a n s d u c e r ( s t ) 接口 规范 标准: 叙述w e b 服务的相关概念;最后评价 了所提出的 远程访问现 场总线系统的 概念和w e b 服务 体系结构。 远程访问s t系统的 we b服务体系结构 第三章将提出 远程访问s t 系统的w e b 服务 软件的 体系结构。 第四章给出了 基于 论文研究思路的原型系统的实 现， 验证了 论文思路的正 确 性。 第五章首先对全文作了总结， 提出了当前存在的问题， 给出了未来的进一步 工作。 最后是论文的参考文献和致谢。 远程访问s t系统的we b刀 r 务体系结构 第二章 s m a r t t r a n s d u c e r ( s t ) 系统及相关理论 本章描述现场总线系统; 现场总线系 统服务 ( 数据服务) 的用户及用户数据 需求: 标准化远程访问 现场总线系统服务当 前所做出的一 些工 作; 最后详细描述 了 现场总线系 统技术 最近采纳的 标准化规范 -s m a rt t r a n s d u c e r ( s t )系统。 2 . 1现场总线系统 现场总线系统就是集成在某个技 术环境下的电子设 备。 我们完全可以 把现场 总线系统看作是过程 自 动化领域的信息系统。 在现场总线系统管理的生命周期中， 用户 所要进行的维护的类型有: 配置、 操作和管理。 现场总线系统为用户的维护 工作提供了用户接口 。 为了确保设备工 作正常， 现场总线系统的维 护工作经常 就只需要改变一些参数或者复位设备， 直 到下一次维护。 在过去， 现 场总线系统的 每个部分的 维护工 作都是由工 程师跑到生产现场手 动完成的。 现如今， 远程服务能力允许工 程师远程改变设备的 状态， 而不用 亲临 现场，除非很有必要到现场去。 2 1 2 .2 现场总线系统服务 ( 数据服务) 的用户及用户数据需求 根 据f o u n d a ti o n o f o p e n n e s s , p ro d u c ti v ity a n d c o n n e c tiv ity ( o p c 基 金 会 ) 3 1 , 现场总线系 统服务的 用户是指详细说明 数据需求的 那些人。 这些人可能包括操作 员、 产品管理人员、 技术管理人员、维护人员、研究人员等等。因为不同的数据 需 求， 他们可能需要不同类型的数 据。 3 a 下面我们具 体的看看这些现场总线系统用户所扮演的 脚色以 及他们相应的 数据需求: . 操作员: 操作员主要负责监督现场总线系统 是否 在正常的运行， 监控屏幕上的系统以 文本或者图形方式显示的变量的当 前值和它们的限值。因此 ， 操作员是第一 个了解系统故障并且是第一个采取行动修复故障的人员。 他们的数据需求是 远程访问s t系统的we b 服务休系结构 所有系统变量的当前值， 设置值和限 值。 当然，出 此之外还有关于变量的说 明、 变量间的相互关系以 及由信息系统提供的 应急措施 等。 . 产品管理人员; 产品管理人员主 要对统计数据和隐藏的 在这些数据背后的数据关系感兴趣， 当 然这些数据关系需要借助数据挖掘技术才能 获得。 产品 管理 人员主要负责 资源的 订购和同顾客进行订单方 面的 协商。 他 们所需要的 数据主要是些非实 时 数据，诸如 数据的描述、 历史数据、 统计数据、 进出 货产品间的相互关 系 与系统故障和设备磨损有关的一些统计数据等。 . 技术管理人员 技术管理人员主要负责提高处理技术。 他们也 需要统计数据。 他们评价这些 信息， 并且能根据这些信息改变处理方法和步 骤。 他们也 需要非实时的数据， 诸如系统的历史数据和相 应的统计数据和产品的 质量 报告等。 . 维护人员 维护人员被要求查找系统故障或缺陷并做出 相 应的处理。 维护人员的数据需 求是表示系统变量值的数据，与期望有所偏差的值的数据，过去发生的一些 其他的故障或者成为经验性数据。 根据 这些信息， 维护人员能 够找到系统故 障的原因 或者能对将来可能发生的 情况做出 预测。 . 研究人员 研究人员主要是研究一个运行系 统的 行为并 测试他们的理