基于Gwt Spring Hibernate的实验室科研成果数据平台设计与实现[共五篇]

第一篇：基于Gwt Spring Hibernate的实验室科研成果数据平台设计与实现

基于Gwt+Spring+Hibernate的实验室科研成果数据平台设计

与实现

摘 要：为提高我们的科研成果信息管理水平，设计了一套基于GWT+Spring+Hibernae集成框架的业务系统，实现了从数据采集、数据管理，到数据分发与共享的实验室科研成果数据平台。该文对平台的具体实现进行了详细的说明。

关键词：GWT Spring Hibernate Ajax 科研成果

中图分类号：TH-3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（b）-0050-02

随着科研信息化的飞速发展，国家对科研投入的加大，科研成果量也大幅增加。与传统手工收集科研成果相比，如今收集工作至少翻了两番。而每年年终时，各种统计报表要求上报，例如国家重点实验室上报科技部的年报，年终工作量的计算，年终汇报PPT上的基础数据，面向国家测绘局重点实验室的年终工作总结，学科评估，实验室的评估，报奖等等，都迫切需要一套完整的基础的科研成果数据平台来支撑以上数据的收集，如果基础数据不搜集完整，统计数据会不准确，统计工作量也会增加。为提高我们的科研成果信息管理水平，我们设计了一套基于GWT+Spring+Hibernae集成框架的解决方案。GWT提供的丰富的界面控件能满足用户复杂的操作需求，Spring对整个业务流程的控制和Hibernate的ORM解决方案可以让开发人员从传统的JDBC代码编写，事物回滚等底层基础功能编码中解放出来，从而更加专注核心业务逻辑的实现。利用以上技术框架，我们实现了一套的从数据采集、数据管理，到数据分发与共享的实验室科研成果数据平台。相关研究和技术简介

1.1 GWT（Google Web Toolkit）

提到GWT[1]首先要说明AJAX，AJAX是Asynchronous JavaScript and XML的缩写，传统的web技术加载网页是整个网页进行一次性加载，用户体验差，AJAX技术的发展消除了传统web程序中令人讨厌的页面加载等待的过程，通过JavaScript异步地向服务器发送数据请求，而且更新网页也不会整体刷新，使得传统Web程序和桌面应用程序的体验感一致，又比桌面程序多了无需安装只需要浏览器就可以应用的好处，使得AJAX技术风靡web2.0时代。然而和桌面程序相比，无论是传统的Web程序还是基于AJAX技术的Web程序，在开发过程中的调试是无比困难和乏味的过程，由于JavaScritp语言天生的不严谨，和浏览器中调试JavaScritp工具的不稳定，开发人员可能需要花90%的时间来处理调试的问题，如果项目比较大，大量的JavaScritp代码库的维护会更加复杂和容易出错。而Google在2008年发布的GWT（Google Web Toolkit）技术就是针对以上问题而专门提出的一套解决方案，GWT允许开发人员使用java编程语言快速构建和维护复杂但高性能的 JavaScript 前端应用程序，GWT提供的核心功能是把Java语言编写的医用程序编译为AJAX应用程序发布，而且这些应用程序遵循web标准，不需要任何新的运行时环境或者插件支持，对浏览器而言和任何AJAX应用无任何区别。而对熟悉Java的开发者而且，如同是构建传统的桌面应用程序，同时在开发过程中可以利用成熟IDE，如Eclipse提供的高级调试支持和动态编译时候错误检测的功能，还可以充分利用Junit等软件测试工具对程序进行测试。在构建复杂的业务系统的时候GWT的优点体现的更加明显。

1.2 Spring/Hibernate 集成框架

Spring 由Rod Johnson于2002年首次提出[2]。Srping凭借着为企业级应用提供了一系列的轻量级解决方案，替代了冗余复杂的EJB（Enterprise JavaBean）方案，在设计模式上Spring实现了部分优秀的模式例如IOC（控制反转模式）和AOP（Aspect Oriented Programming）面向切面编程模式。被J2EE开发者广泛接受。并且越来越多的开源团队加入Spring开源社区为Spring贡献代码。

Hibernate 是ORM（Object Relation Mapping）对象关系映射的解决方案之一[3]，主要是负责应用程序和数据库之间的交互，在ORM技术没有出现之前，开发者和数据库之间的交互是使用原生的JDBC技术，需要开发者对数据库字段一一映射，手动封装。这很容易出错，ORM技术的出现，特别是Hibernate技术使得开发者只需要关心业务实体对象，通过Hibernate的模板技术，自动会建立数据表的DDL语句，并产生CRUD操作，使得开发者从繁冗的JDBC编程中解放出来，更加关注业务的实现，同时由Hibernate接管数据库事务的提交和回滚，进一步保证了数据的一致性。科研成果数据平台业务设计与实现

2.1平台的整体架构

见图1。

2.2平台功能模块设计

本系统设计了个人信息管理、论文、著作、专利、软件著作权、奖励、项目管理七大模块。包括各模块的新增，送审，查询，删除，审核、退回、生成报表等功能。

各模块组成如下：

个人信息管理包括人员基本信息，人才奖励计划（院士、长江学者、杰青等），学术组织/期刊任职。

论文包括：名称，作者，论文类型（国外重要刊物，国内重要刊物，会议论文特邀，会议论文普通），论文收录类型（SSCI、SCI、EI、ISTP、其他），期刊/会议名称，卷期页/会议时间地点，第一作者，通信作者，所属年份，以及PDF附件，备注。

著作包括：著作名称，作者，ISBN号，出版社，著作类型（编著，专著，译著，标准，教材）出版日期，所属年份，上传的书的封面以及CIP数据页面，备注。

专利包括：专利名称，专利号，专利类型（发明专利、实用新型专利），发明人，是否独立完成单位（是/否），完成单位，申请时间，批准时间，所属年份，上传专利证书，备注。

计算机软件著作权包括：软件名称，软件登记号，是否独立完成单位（是/否），完成单位，完成人，首次发表时间，批准时间，所属年份，上传登记证书，备注。

奖励包括：奖励名称，证书号，类别，奖励等级（国家级、省部级、其他），参加人员，承担单位，授奖单位，所属年份，备注，上传获奖单位证书以及获奖项目的图文说明。

项目包括：名称，项目编号，负责人，来源，类型（973计划、863计划、国家自然基金、国家重大专项、国家支撑计划、省部级项目、GF纵向、GF横向、一般横项、国际合作项目、其他），总经费，参加人，起始年月，终止年月，备注上传项目的批件、任务书或者横向合同首页经费页盖章页；根据每年到账经费的不同，设计了按照年度来统计项目经费到账明细。

2.3平台的关键技术

由于实验室科研成果丰富，特别是历年来的论文PDF文档多达5000份，从中手动解析出论文题目和作者信息的工作量巨大，我们通过Apace PDFBox[4]这个开源的PDF解析包，从文档内容中分析出论文的标题和作者信息，新增入数据库。减少了手工操作的工作量，并保证了数据的正确性。对于新发表的论文实行人工录入，通过设置谁是第一作者谁录入的规则，我们保证了文章的唯一性。同时合作者也能看到该篇论文的录入。计算工作量时可以很迅速的算出。同时我们采取了VSM（向量空间模型）算法来计算两个论文标题之间的相似度，在人工填写论文标题的时候，我们通过Ajax技术不断的对录入的字符和数据库中的进行比对，把相似度高的论文标题显示在下拉框中提示录入者已经有类似的论文存在于数据库中，通过录入者人工判断是否继续录入该笔数据。

2.4平台实现及创新

见图2。

（1）提供多维度科研成果库的展现，解决了单项科研成果涉及多位作者，在系统操作界面和数据库中保持多位作者对单项科研成果操作的一致性。实现了多作者共享科研成果的流程设计。

（2）设计了统一的数据格式，避免了由于历史数据冗余和错误等造成的数据分散，数据不准等问题。协同合作流程简化了数据的重复录入，提高了数据的利用率，减轻了科研人员的工作量。

（3）通过数据挖掘算法，提供用户对自己数据的多维度查看的功能，挖掘内在的关联信息。提供整个实验室科研情况的总体分析报表，给决策者提供支持。结语

采用Gwt+Spring+Hibernate的实验室科研成果数据平台，发挥了各框架在各个层次上的优势，降低了开发的难度，在可维护性、交互性上较之一般的 J2EE 开发有明显的优势。本系统已投入使用一年，目前运行稳定，把集中维护的模式转换为个人维护模式，改进了科研机构的管理模式，提高了工作效率，而且也带动了实验室内部管理方法的优化和流程的规范化，得到了用户的好评。作为一个具有普遍意义的技术方案，该系统可为类似的系统开发部署提供参考。

参考文献

[1] GWT 官方网站http：//www.xiexiebang.com/.[2] Rod Johnson.Expert One-on-One J2EE Design and Development Wrox2002-10-23ISBN：9780764543852.[3] 孙卫琴.精通Hibernate：Java 对象持久化技术详解[M].北京：电子工业出版社，2005.[4] ApathcPDFBoxhttp：//pdfbox.apache.org/.

第二篇：教学资源共享平台设计与实现

教学资源共享平台设计与实现

摘要

随着多媒体信息技术和计算机网络技术的日益普及，网络教学作为教育的一种形式在世界范围内得到迅猛的发展，它突破传统教育过程在空间和时间上的限制，实现了教育资源在更大范围上的共享。网络教育资源建设是影响网络教育发展，保障网络教育质量的重要因素之一。怎样有效解决资源的网络共享问题，提高教学资源的可利用率，如何实现教学资源信息化的优化管理，充分发挥网络信息共享资源在高校教学中的作用等问题便成了每个高校迫切需要解决的问题。现在许多高校已经成功的搭建了自己的网络资源共享平台，有许多的成功经验，而作为新型高等本科院校，教学资源平台的建设还往往处于起步摸索阶段，因此有必要借鉴其它高校的成功经验，加快教学资源平台的建设，改善现存的资源共享访问瓶颈，为高校科研教学提供良好的资源服务。

通过创建交互式网页应用的网页开发技术手段，数据不再和页面以及网站混粘在一起，它独立了跟着用户走。在基于数据的应用中，用户需求的数据，可以从独立于实际网页的服务端取得并且可以被动态地写入网页中。帮助用户即师生解决管理、维护、存储、分享内容，并且通过用户对资源的访问密集度来作出整个网络资源的分布调整计划，使系统网络资源平台的共享性得到充分的发挥。

[关键词] 资源共享

管理系统

存储分享系统

ABSTRACT

目录

一、前言...........................................................................................................................................4

二、需求分析.................................................................................................错误！未定义书签。

（一）、系统需求...................................................................................错误！未定义书签。

（二）、功能需求...................................................................................错误！未定义书签。

1.权限设置......................................................................................错误！未定义书签。

三、总体设计.................................................................................................错误！未定义书签。

（一）、基本设计概念和处理流程.......................................................错误！未定义书签。

（二）、系统层次模块图.......................................................................错误！未定义书签。

（三）、数据库设计...............................................................................错误！未定义书签。

1.数据库需求分析..........................................................................错误！未定义书签。

四、详细设计与设计.....................................................................................错误！未定义书签。

五、结论与体会.............................................................................................错误！未定义书签。参考文献.........................................................................................................错误！未定义书签。

教学资源共享平台设计与实现

一、前言

目前，大多数的校园网络平台是针对用户使用功能定制的，没有一个统一的校园网教学资源库的建设。教师在使用网络资源时，仍然需要到校园网以外的网上搜索资源，使得某些共享教学资源重复被搜索、下载，降低了他们的利用率。为了提高共享教学资源的利用率，建立一个规范、丰富、实用、可广泛共享的高校网络教学资源共享系统，已经成为亟待解决的问题。

第三篇：商业银行生产数据漂白设计与实现

摘 要：在非生产环境中使用生产数据,减少数据使用的限制,就必须保障数据中涉及客户和生产的敏感信息不外泄。这就需要对数据进行漂白，或称脱敏，即通过数据变换的方法去除敏感信息。银行业监管机构明确要求商业银行须规避信息风险，对客户资产安全以及敏感信息提供完善的保护。如何去除数据中的敏感信息，又不改变数据的完整性和一致性，是数据安全管理需要解决的问题。本文就数据漂白的范围、目标、方法以及流程的论述。

关键词：数据漂白 目标 流程

一、数据漂白背景

目前我行生产数据到测试数据没有经过脱敏、变形处理而直接加载到测试环境，这将存在泄漏客户信息的风险并严重违反监管机构的要求。根据银监会《银行业金融机构重要信息系统投产及变更管理办法》第二十二条规定“银行业金融机构应加强重要信息系统投产及变更过程中的数据管理与质量控制，测试环境中使用的敏感生产数据应进行脱敏、变形处理”，所以客户信息数据脱敏、变形工作迫在眉睫。

二、数据漂白范围

金融数据漂白解决方案是运用成熟脱密算法对客户敏感数据进行漂白处理，并使漂白后的数据仍保持数据的一致性、完整性。可漂白的数据内容有： & 名称类：如客户姓名、客户名等； & 证件类：如身份证号码等；

& 联系方式类：如联系电话号、手机号、地址等 & 密码类：如查询密码、取款密码、柜员密码 & 资金类：如存款金额、贷款金额等； & 时间日期类：如生日等；

并同时制定银行业非生产数据的管理规范和流程，制定管理岗位和职责，解决系统开发、测试时客户敏感信息外泄的问题。

三、数据漂白目标

数据漂白既要去除敏感信息，又要满足测试部门测试需求；数据漂白工作必须保持漂白后的数据一致性、完整性，避免数据关联。数据漂白就是通过数据变换的方法去除数据中的敏感信息，不同于数据加密，数据漂白可以是不可逆的过程。

四、数据漂白技术特点

& 适合多种不同的数据库系统，如db2、oracle、sybase等； & 性能可靠，漂白效率高，经过测试，同样数据量的数据（如核心系统100万条客户信息表），漂白效率比ibm optim数据漂白产品高（快0.85秒）。

& 数据源、目标库灵活配置，数据漂白过程监控，结果查询； & 灵活性、参数化、可配置性。数据漂白架构图

五、数据漂白方法

（一）置换类方法

针对某些集合数据，通过置换的方法对数据进行漂白。例如将生产环境的身份证号码建立一个集合，只是顺序发生变化，通过置换就可以将真实的身份证号码换成一个新的身份证号码。置换可以是直接置换，即把一个现有的地名，通过查表置换成新地名，也可以随机置换，即通过一个随机数查询集合中的地名，替换真实数据中的地名。这类方法也可以用新集合代替现有码表，以达到数据漂白的目的。

（二）生成类方法

对邮件地址、电话号码、姓名等内容的漂白，可以通过算法随机生成相应的字段值，以达到漂白的目的，如将姓名置换成cname001,cname002等，且漂白后的名字不重复。

（三）日期类方法

这类方法主要针对日期的变化，如果年龄发生了变化，很可能相应的日期也会随之变化，否则就会发生不合业务逻辑的数据。

（四）组合类方法

组合类方法可以生成通信地址，一个完整的地址包括省、市、区、街道、门牌等，可以采用组合类的方法生成不重复的地址。姓名的漂白主要看用户对姓名要求的高低，直接把姓名替换成一个字符串也是一种漂白，但是用户要求比较高，例如要求姓名不能有太多重复且高效率，可以将姓名分解成姓、中间字、第三字，也可以通过组合方法实现漂白。

六、数据漂白的流程

一般数据漂白流程跟etl一致，etl是数据抽取（extract）、清洗（cleaning）、转换（transform）、装载（load）的过程。为规避风险，在我行数据漂白过程由三个团队完成： 1． 通常由测试中心相关人员提交数据需求；

2． 数据抽取由存储管理团队从生产环境的带库恢复到磁盘上，同时就数据文件加载到数据库中；

3． 数据漂白团队根据测试中心要求进行数据漂白, 4． 待数据漂白完成后通知dba将数据库导出成数据文件并将数据文件加密后交接给测试中心相关人员；

5． 测试中心相关人员将得到的数据文件进行装载。这样，整个数据漂白过程结束。

第四篇：基于FTP的教学资源管理平台设计与实现（模版）

基于FTP的教学资源管理平台设计与实现

摘要：在现代教学过程中，师生之间经常需要交流大量的文件，如课件，作业等。传统的文件交流方式，如电子邮件，网站，专用软件，FTP等形式都有各自的缺点，效果不够理想。本文探讨改进基于FTP的教学资源管理平台，主要包括使用第三方软件搭建FTP服务器，使用ASP.Net编写的平台对用户帐户和发布的资源进行管理，以及使用VPN技术让校园外网用户访问校内的FTP服务。

关键字：FTP，教学资源，Serv-U

一、校园教学资源管理现状

在现代教学过程中，师生之间经常需要交流大量的教学资料：教师向学生发布的课件、教案、作业、习题、课程相关素材以及课外学习资料；而学生也需要向教师提交课堂练习、课后作业、实验报告等材料。目前，这个过程主要通过以下几种方式进行：

１、电子邮件：学生交作业时最常用。主要缺点：不易确认是否送达；容易出现重复邮件；不适合大文件传送。

２、HTTP方式：在建设精品课程时最为常见。主要缺点：需要事先准备网站并上传资源；一般只用于下载。

３、局域网内的C/S程序：各种机房教学软件一般自带作业收发功能。缺点：必需在同一机房内才能进行；容易出现数据包丢失，导致传送的文件损坏。

４、FTP方式：师生可快速上传和下载各种教学文件。而FTP的部署有很多选择，如Windows系统自带的组件、Serv-U、Home FTP Server和Gene6 FTP Server等。不足之处：需要配置大量帐户，否则管理困难。

二、部署基于FTP的教学资源站

1、选择部署FTP服务器的软件，需要满足以下要求软件：

1）可以配置足够多的用户帐户；

2）能够对各用户帐户进行配置，如主目录、文件访问权限、传输速度控制、限定用户可使用的磁盘空间大小等；

3）能够灵活地配置虚拟目录，使得当用户被隔离在自己的专用目录中的同时，还能够便捷地访问一部分存放其它文件夹中的公共资源，如教师发布的课件；

4）可以将用户分组进行管理，如：以班级为单位分组，然后统一配置权限；

5）能将用户及配置信息以数据库的形式保存和调用，方便我们对FTP站点的管理；

满足以上条件的FTP服务器软件有很多，即有收费的，也有免费的；其中，应用较为广泛，各类参考资料较多的是Rob Beckers公司开发的收费软件，Serv-U。这个软件目前的最高版本为11.x。

2、在Serv-U中创建域并配置数据库

Serv-U在安装完成后，先要添加一个域，然后为域指定侦听端口（默认21），接着是用户管理。用户相关的信息默认存放在工作目录中的配置文件里。为了方便管理和二次开发，我们在Windows中配置好使用SQL数据库的ODBC数据源，然后指定Serv-U使用这个ODBC数据源。

3、Serv-U的用户管理

创建域之后，首先应该先按照本单位的组织结构及角色分类创建相应的群组，如系部组、班级组、教师组、学生组等。其次是添加用户信息，主要有以下步骤：

1）为每个用户（学生、老师）创建一个帐户并设置“允许用户修改密码”；为了方便管理，帐户名通常为学号和工号；

2）设定用户的主目录和目录权限；通常用户在自己的主目录里有完整的权限（读、写、重命名、删除、创建子目录）；

3）设定用户的磁盘配额（可以使用的磁盘空间大小）及文件传输时的速率（上行/下载）；

4）将用户加入对应的群组，根据之前步骤创建的群组，5）设置用户密码并下发；以下是两种密码下发和管理的思路：

①Serv-U 11.X版在用户的WEB登陆界面中提供了“找回密码”功能，在配置好SMTP服务后，用户随时可通过自己的帐号和预设的邮箱重设自己的密码。

②采用Vs2008自行设计一个.net站点提供用户管理功能，使用Linq技术实现数据库的增删改查的操作。

应当注意的是，Serv-U的数据库中的用户密码是加密存储的，公式为： 存储密码＝ xy+MD5加密（xy+用户密码）

其中，xy为两个随机生成的小写字母。参考代码如下：

private string Encode(string strUserPsw){ //此方法将用户输入的密码加密为Serv-U的密码存储格式

Random R = new Random();string Head =((char)(97 + R.Next(25))).ToString()+((char)(97 + R.Next(25))).ToString();string UserPassword = System.Web.Security.FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile(Head + strUserPsw, “MD5”);return Head + UserPassword;} private bool CheckPassWord(string PswFromInput, string PswFromDB){ //此方法比较用户输入的密码与数据库中记录的密码是否一致

string Head = PswFromDB.Substring(0, 2);//Head=数据库中记录的用户密码前两位

string ePawFormInput = System.Web.Security.FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile(Head + PswFromInput, “MD5”);//将 Head+用户输入密码 进行MD5加密

return ePawFormInput==PswFromDB;}

4、虚拟目录和用户群组

虚拟目录是我们选择Ser-U的一个重要原因。我们的平台要求每个用户在使用前必需先登录，并锁定用户在各自独立的主目录内，这时若需要用户能够访问到一些在他们主目录之外的资源，就需要使用虚拟目录了。添加虚拟目录后，还需要对相关的用户群组设置目录权限。具体过程举例如下：

①假设整个FTP站点的工作目录为K:jtFTP；

②在站点工作目录下建立两个子目录：Teachers和Students，分别用于存放教师帐户和学生帐户对应的主目录；如教师帐户t0016对应的主目录是K:jtFTPTeachert0016；

③教师t0016需要向09软件班发布课堂练习素材时，先将文件上传到自己的FTP主目录的一个子目录（share）中，然后在当前FTP域内建立虚拟目录，主要包括：

 物理路径： K:jtFTPTeachert0016share；

 映射到： %HOME%（这是一个系统变量，指代用户的主目录）；  虚拟名称： 张老师_课堂练习_0301；

④虚拟目录建立后，给对应的用户群组（09软件班）添加share目录的读取和列表权限；如果没有指定权限，学生的主目录中不会出现上一步骤中建立的虚拟目录；

⑤此班级学生登录FTP后，将在自己的主目录中看到一个新的子目录（张老师_课堂练习_0301），目录中的内容可以下载，但无法删除和修改；

⑥当需要学生提交作业时，教师t0016在自己的主目录新建一个子目录（stuWork），并确保这个子目录内已经为每个学生建立了一个与学生帐户同名的文件夹，然后在当前FTP域内建立虚拟目录，主要包括：

 物理路径： 教师主目录stuWork20120301%user%；(%user%变量指代用户帐户，如学生s010901091访问的这个虚拟目录其物理路径为“20120301s010901091”） 映射到： %HOME%；

 虚拟名称： 交作业0301；

⑦虚拟目录建立后，给班群组添加“教师主目录 stuWork 20120301”完整文件权限；

⑧此时学生的主目录中将出现名为“交作业0301”的新文件夹，学生可以在此目录内随时提交和修改文件；同时每个学生在此虚拟目录中的操作都是相对独立的，不会互相影响。

学生登录后的虚拟目录示意图，对用户来说和普通目录没有什么区别

⑨教师可以使用FlashFxp等FTP客户端工具将位于自己主目录下的作业目录快速地复制下来。

上述教师建立虚拟目录的过程可以通过自编写WEB站点来实现。教师只需要在WEB站点中填写新建虚拟目录的名称，选择对应的班级群组和权限即可；站点界面参考如下。

三、让外网用户访问FTP服务器

校园内网通常都会部署防火墙，如果想让外网访问内网的服务，一般需要在防火墙上开放一个对应的端口。

FTP服务工作时通常使用的是Pasv模式。这个模式一般需要两个连接。一个固定的侦听端口（默认为21），一个连接用的端口。当客户端向服务器进行连接时，服务器会在预先指定的端口范围中选中一个(如4068）并打开，然后告知客户端，客户端收到消息后，向服务端的这个端口发起连接，连接成功后才可以正常使用FTP服务。因此，同时在线的用户越多，开启的新端口就越多。如果要允许用户在外网直接以FTP方式访问，则需要在防火墙上开启一系列的端口，增加安全隐患。

目前比较常用的解决方法是通过VPN进行访问：校园内网的防火墙上只开启VPN服务；外网用户首先通过VPN拨号进入内网，然后就可以像在内网中一样正常使用内网服务了。至于VPN服务的部署有很多种方式，可以使用专门的VPN服务器，在防火墙开放VPN服务相关的几个端口；也可使用自带VPN服务的防火墙，如fortigate 1000A。

另外，Serv-U 11.X版本中提供的以WEB形式访问FTP的功能为我们提供了一个新的解决方案：只需要在防火墙上开放一个WEB服务的端口，用户就可以像浏览网站一样访问FTP上的资源了。

第五篇：PLC一体化教学实验平台设计与实现

题目：

2013 PLC组态一体化教学实验平台

设计与实现

单位部室：阳煤职教中心实践教学部 专 业：机电一体化与自动控制 作 者：陈志鹏 指导教师：

年10月23日

PLC组态一体化教学实验平台设计与实现

摘要： 随着阳煤集团高产高效矿井的建设，矿井机电设备向着高电压、大功率、控制系统高科技方向发展，PLC在煤矿应用上越来越广泛，它的简化接线、性能可靠、事故率低、编程容易、控制多样等特点，为越来越多的工程师所喜欢，有着广阔的发展前景。同时PLC是一门实践性非常强的课程，实验环节至关重要。针对如何在低成本条件下进行PLC一体化教学，同时保证教学效果，提出了PLC电气控制系统设计与组态监控设计相结合的PLC一体化教学课程。实践表明，监控组态技术的应用可以大大提高学生的编程技巧和动手能力，丰富学生的工程实践经验，达到一体化教学的目的。

关键词：PLC ；一体化教学 ；教学实验平台 ；组态控制技术 PLC简介及它在煤矿生产方面的应用

PLC称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国、日本、德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。PLC主要特点有：

① 可靠性高，抗干扰能力强。② 配套齐全,功能完善,适用性强。③ 易学易用,深受工程技术人员欢迎。④ 系统的设计、建造工作量小,维护方便。⑤ 体积小,重量轻,能耗低，通用性强。

随着煤矿机械化程度的不断提升,PLC在实际生产中得到了广泛

PLC一体机 的应用。例如：主井箕斗提升就是利用了PLC控制系统实现了定量装载。地面主提升绞车均采用了双PLC加可控硅模块控制系统。煤矿井下采煤机、综掘机、主要扇风机、主排水泵等大型控制设备的核心元件均采用PLC,井下各种低压磁力启动器核心元件也逐步为PLC所代替。地面厂的数控机床等也已经采用了PLC控制,随着现代化管理水平的不断提高,PLC和组态软件的有效结合在煤矿生产领域中得到了越来越广泛的应用。

２ 组态控制技术简介及应用

组态控制技术属于计算机控制技术，利用组态控制技术构成的计算机测控系统的原理框图所示可以看出它们是由传感器、下位机、上位机等几部分组成。虽然从结构上看与一般计算机测控系统

组态控制技术框图

基本相似，但是采用组态技术的计算机控制系统从硬件设计到软件开发都具有组态性，系统的可靠性和开发速度都得到了大幅度提高。通常认为，组态技术是计算机控制技术综合发展的结果，是技术成熟化的标志。在组态概念出现之前，要用计算机实现某一控制任务，都是通过编写程序（如使用 C等）来实现的。编写程序不但工作量大、周期长、而且可靠性差。组态控制技术的出现，解决了这个问题，对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。

目前，国内外许多自动化设备生产厂家，如德国西门子公司、日本三菱、台湾研华、中国时利和等，生产了众多供选择的工业标准机 箱、工业级元件、总线结构过程通道板卡、工控机接口模块等，为推广硬件组态奠定了基础。在软件设计上由于采用成熟的组态软件进 行系统设计，软件开发周期大大缩短了。组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其予设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各硬件厂家的计算机和I/O设备，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口，进行系统集成。需要指出，组态软件不仅是组态控制技术中的重要组成部分，而且由于具有远程监控、数据采集、数据分析、过程控制等强大功能，在自动化系统中占据主力军的位置，逐渐成为工业自动化系统中的灵魂。实例介绍PLC一体化教学实验平台的设计与实现 下面用西门子公司的Step7 Pro(内部包含有模拟器PLCSIM)和WINCC组态软件来仿真PLC基础实验--机械手实验。

3.1软件准备与硬件连接

首先需要一台装好了Step7 Pro和 WINCC的计算机，然后准备一台型号为S7-200（300,400）的西门子PLC。S7-200的编程口通过一条通信电缆(PC/PPI)与计算机的USB通信口连接,这样就可以在计算机上进行编程和监控了。

编程下载

仿真模拟

3.2 控制要求及I/O分配

机械手最开始处于左上端(左限位行程开关处于动作状态)。运行过程为:下将YV2--夹紧YV5--上升YV1--右移YV4--下将YV2--放松YV5上升YV1向左返回初始位置。自动控制:按下自动控制的起动按钮,机械手运行上述控制过程。按下停止时,机械手必须运行完当前周期停在初始位置。

I/O分配

梯形图

打开Step7 Pro根据控制要求进行程序的梯形图的编制，程序通过编译后下载到PLC中。下载完成后，关闭Step7 Pro，打开WINCC进行组态设计。

3.3 WINCC组态设计

利用WINCC组态软件建立监控系统,在工作台实时数据库中建立 对应的变量,都为开关型。然后设置好组态软件与PLC的串口通信方式。至此,已经将组态软件中的变量与外部PLC设备的端子进行连接,当PLC的输入、输出继电器状态发生变化时,将直接反映到组态软件的变量。最后建立监控画面模拟机械手实际工作情况。WINCC组态软件内部提供基本绘图工具,同时提供了丰富的元件库,用于画较复杂但常用的元件图形,如电机、阀门等。利用这些元件进行组态，可建立监控画面。对于各个元件对应设置相应的动画连接。监控画面中指示灯分别用颜色的变化指示机械手的工作状态,即当放下物体时,下移指示灯为绿色,否则显示红色,其它灯工作情况相似。接下来将元件的动作与变量的变化进行动画连接,即可利用监控画面控制机械手的动作情况。当没有实际装置时,通过监控画面可以让学生有实际操作的感受,从而增加工程实践的经验。

组态软件最突出的特点就是实时多任务。其用户是自动化工程设计人员，目的就是让用户迅速开发出适合自己需要的可靠的应用系统。典型应用实例如图。

I/O分配流程图

梯形图

传统PLC实训课与组态一体化教学

传统PLC实训课的被控对象多为工业设备，一般都有体积大、质量大、价格高等特点，很难在实验室配备。为了尽可能模拟被控对象，使缺乏实际知识的学生增加感性认识，许多学校在PLC实验室安装了模拟盘，如十字路口交通灯模拟盘、洗衣机模拟盘等，实验相应内容时，将PLC输入端／输出端连接到模拟盘对应的发光二极管上。这种模拟盘方法，一则限制了实验内容，二则不形象，不直观，三则连线很多，耽误时间。实践证明，教学效果并不理想。但是，即使这种模拟盘，在阳煤职教中心实践部微机控制实验室中也只有两套。从一体化教学角度上讲，这种配置远远不能满足为学生开设实验课的需要。另外，随着申办示范校工作的深入展开，PLC实验室也有扩充和更新的必要。如果仍然采用模拟盘方式，不仅占地大、花钱多，而且随着PLC实验内容的不断更新，模拟盘方式也会很快落后，最后被淘汰。

既然的PLC被控对象多为工业设备和机械，那么就给PLC实训课带来一个问题：采用真实被控对象既不现实，也不安全；没有被控对象模型，既不便学生理解实验内容，也很难激发学生的学习兴趣。将可编程控制器技术与组态软件有机结合，能为PLC的实训课教学提供一条新的途径。利用组态软件全真模拟PLC的被控对象，学生不需要实物而仅通过微机的显示器就可检验所编程序的正确与否和执行结果，这给师生双方都提供了很大方便。结束语

从教学意义上来说，用计算机组态全真模拟被控对象，不但可以

克服采用真实被控对象的缺点，而且可以用有限的设备、低廉的成本、多样化的程序，来丰富学生的实验课内容，大大增强PLC实验课的教学效果，形成理论、仿真、实践三位一体的教学模式，达到一体化教学的目的。

参考文献: [1] 林小峰.可编程控制器原理及应用[M].北京:高等教育出版社,1994.[2] 田瑞庭.可编程控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社,1994.[3] 张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京:化学工业出版社,2001.[4] 梁冠英,等.PLC在矿井提升信号系统中的应用[J].煤炭技术,2008.[5] 袁秀英 组态控制技术［1］ 北京：电子工业出版社。

[6] 严盈富 监控组态软件与PLC入门［1］北京：人民邮电出版社。

[7] 周美兰，周封，王岳宇 电气控制与组态设计［1］北京：科学出版社。