溫控箱遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計

鄧霖杰，任德均，盤 龍

（四川大學，成都 610065）

溫控箱遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計

鄧霖杰，任德均，盤 龍

（四川大學，成都 610065）

某公司設備分散分布在不同的區(qū)域，距離較遠，環(huán)境干擾嚴重，且設備的控制系統(tǒng)種類繁多。本系統(tǒng)通過讀寫各類溫控箱的可編程控制器，實現(xiàn)對各類溫控箱運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)的遠程集中監(jiān)控與記錄。要求可靠地實現(xiàn)設備的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，且不能影響原系統(tǒng)的運行。介紹了以C#作為編程語言的系統(tǒng)軟件設計，采用串口通信進行數(shù)據(jù)傳輸并保存在數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)了基本功能，且界面友好，運行穩(wěn)定。

C#；Access數(shù)據(jù)庫；串行通信

0 引言

隨著計算機技術的快速發(fā)展，各行業(yè)技術的相互交流滲透，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)廣泛的運用于傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)各領域。本系統(tǒng)采用RS232通訊接口與各類設備的可編程控制器交互，實現(xiàn)了各類數(shù)據(jù)的采集與記錄，并且可對溫控箱進行起停控制。由于使用Windows API編程非常繁瑣且不易調試，本系統(tǒng)采用C#語言在Visual Studio 2010環(huán)境下編程。Microsoft.NET平臺集成了大量的庫類，使得程序員可以快速地編寫各種基于Win?dows的應用程序，本文主要采用了SerialPort類與Thread類實現(xiàn)串口通訊編程與多線程處理[1]。

1 系統(tǒng)結構設計

1.1 系統(tǒng)框架

整個系統(tǒng)由接口及協(xié)議轉換模塊，上位機軟件模塊和后臺數(shù)據(jù)庫模塊三個模塊組成。

系統(tǒng)框圖由圖1所示。

1.2 工作方式

針對不同的PLC需要不同的讀寫指令格式，通過上位機負責編輯并發(fā)送各種指令來控制整個系統(tǒng)工作，接口及協(xié)議轉換模塊負責指令和數(shù)據(jù)的收集和分發(fā)以及上傳。通過CAN總線和串口通訊兩次協(xié)議轉換來傳遞指令到對應的PLC上。通過讀寫PLC的內存地址，實現(xiàn)對溫度和狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集以及對溫控箱的運行狀態(tài)的控制。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)由上位機分析校驗后保存至數(shù)據(jù)庫并實時顯示于界面上。

1.3 自定義數(shù)據(jù)格式

由于所采集的數(shù)據(jù)和指令種類繁多，包含各監(jiān)測點溫度、基本工作狀態(tài)、異常信息、以及控制指令和上位機與協(xié)議轉換器的內部交互指令，故通過自定義數(shù)據(jù)格式來承載所必要的信息標識。數(shù)據(jù)格式如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)框架

所圖所示，數(shù)據(jù)幀類型代表該條數(shù)據(jù)幀的定義，以區(qū)分是溫度、狀態(tài)、控制指令或者其他指令；CAN總線地址代表與PLC相連的協(xié)議轉換器在CAN總線上的地址，由協(xié)議轉換模塊上的撥碼開關設定，實現(xiàn)對溫控箱的唯一標識；PLC數(shù)據(jù)地址代表需要讀取或者寫入的數(shù)據(jù)在PLC的內存地址；由于各類型PLC的數(shù)據(jù)存放地址長度不一致，故在PLC數(shù)據(jù)地址和數(shù)據(jù)值之間加入分隔符以區(qū)分地址與數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)值為所要讀取或者寫入的數(shù)據(jù)；最后，本數(shù)據(jù)幀采用兩位和校驗來檢驗數(shù)據(jù)的正確性。例如：數(shù)據(jù)幀$A01IR0400,0079#44，‘$’和‘#’分別作為起始和結束符，‘，’作為分隔符；第二位‘A’代表該幀數(shù)據(jù)為溫度數(shù)據(jù)幀，“01”代表是CAN總線地址為01號的溫控箱，“IR0400”代表該溫度數(shù)據(jù)所存放的PLC內存地址，“0079”代表當前該溫度值為79攝氏度，最后“44”為兩位和校驗碼。

2 上位機軟件設計

本軟件以Windows XP Embedded作為操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用Microsoft Access 2010。上位機軟件部分主要由數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)采集功能模塊和設備控制功能模塊三部分構成。系統(tǒng)的主界面如圖3所示，分為控制區(qū)域、狀態(tài)區(qū)域和數(shù)據(jù)區(qū)域。

2.1 數(shù)據(jù)庫模塊

圖2 數(shù)據(jù)格式

圖3 系統(tǒng)的主界面

數(shù)據(jù)庫中建立了多張表，包括設備信息表、數(shù)據(jù)信息表、狀態(tài)信息表、數(shù)據(jù)記錄表、工作日期表以及用戶信息表等等。其中主要的設備信息表中包含了總線地址、所屬車間、溫控箱名稱、PLC型號等字段；數(shù)據(jù)信息表中包含CAN總線地址、數(shù)據(jù)名稱、內存區(qū)域、起始通道、位地址等字段；數(shù)據(jù)記錄表中包含總線地址、設備名稱、數(shù)據(jù)名稱、實際數(shù)值和采集時間等字段。同時利用微軟提供的OLEDB應用程序接口來讀寫、查詢數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的讀取、保存、修改、查詢、輸出等[2]。

2.2 數(shù)據(jù)采集功能模塊

數(shù)據(jù)處理流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)處理流程圖

軟件啟動后，先從數(shù)據(jù)庫中的設備信息表和數(shù)據(jù)信息表中讀取設備信息以及所要采集的數(shù)據(jù)的信息，包括PLC型號和各數(shù)據(jù)地址以及通道長度等，同時針對不同型號的PLC將數(shù)據(jù)信息表中的各個字段用事先定義好的方式組合成的各種控制命令，將各類數(shù)據(jù)初始化為設備對象的成員變量，方便快速地調用。然后利用SerialPort類初始化一個串口對象，串口參數(shù)默認從配置文件中讀取，用戶也可修改串口參數(shù)，以滿足通信要求。本軟件采用多線程編程技術，將數(shù)據(jù)接收與數(shù)據(jù)處理過程分離。數(shù)據(jù)接收線程負責讀取串口緩存區(qū)的數(shù)據(jù)并轉移到數(shù)據(jù)隊列中[3]。數(shù)據(jù)處理線程將數(shù)據(jù)隊列的中的數(shù)據(jù)提取出來處理，數(shù)據(jù)通過完整性校驗后，通過對數(shù)據(jù)幀中包含的總線地址和內存地址的信息與設備對象的成員變量的數(shù)據(jù)信息匹配，通過后分別調用各對象實例的數(shù)據(jù)處理函數(shù)，實現(xiàn)對不同設備不同的數(shù)據(jù)的顯示和保存。采用多線程處理技術，極大的提高了數(shù)據(jù)處理能力，提高了運行效率。

2.3 設備控制功能模塊

系統(tǒng)的控制功能主要是通過對PLC的內存寫入來實現(xiàn)控制溫控箱的運行狀態(tài)。由于各溫控箱使用的PLC型號各異，控制指令的內容也大不相同。本軟件通過讀數(shù)據(jù)庫中的指令信息表，針對不同的PLC類型通過函數(shù)編寫出各自的控制指令[4]。為確保在傳輸過程中控制指令的正確性，采用上位機將控制指令通過自定義協(xié)議打包后發(fā)送至協(xié)議轉換器，轉換器校驗通過后只需將起始結束符以及校驗碼拆包后即可直接轉發(fā)給PLC。為確保控制指令正確執(zhí)行，系統(tǒng)建立了控制反饋機制。在發(fā)送完指令后，上位機將立即讀取相應的設備狀態(tài)，檢測PLC是否做出相應的動作，若未正確執(zhí)行，上位機將再一次做出控制動作，以確保指令執(zhí)行到位。若多次控制無效，則會做出相應的提示并記錄保存。

3 擴展功能

3.1 定時啟動

工廠車間傳統(tǒng)的工作方式是將溫控箱24小時不間斷工作，以保持溫控箱供熱使設備達到最佳的工作溫度，但在流水線停止工作時段，繼續(xù)恒溫便造成了能源的浪費與設備的額外損耗。本系統(tǒng)加入定時啟停功能，可以根據(jù)預先設定好的工作計劃表，做出定時啟動的動作。在流水線開始生產(chǎn)前，啟動溫控箱，提前將溫度加熱到最佳工作溫度，確保不耽誤正常生產(chǎn)，并且在流水線停止生產(chǎn)后定時停機，達到延時關閉溫控箱的目的，實現(xiàn)了能源的節(jié)約以及減少設備損耗，降低了生產(chǎn)成本，帶來了良好的經(jīng)濟效益。

3.2 數(shù)據(jù)分析

通過系統(tǒng)不間斷的采集生產(chǎn)系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)，并人為預先的輸入一些規(guī)則，比如設定各類數(shù)據(jù)的正常范圍，軟件可以分析和記錄下異常數(shù)據(jù)的類型以及發(fā)生的時間，并且通過各類數(shù)據(jù)的圖標導出，可以方便直觀的幫助維護人員分析和診斷故障，以便快速的解決異?，F(xiàn)象。

4 結論

通過更改在數(shù)據(jù)庫中所保存的數(shù)據(jù)信息，輸入正確的數(shù)據(jù)內存地址與通道長度，可實現(xiàn)對溫控箱內部任意數(shù)據(jù)的采集，使得系統(tǒng)的擴展性和靈活性得到增強。同時建立異常處理機制和使用軟件看門狗[5]，對整個監(jiān)測系統(tǒng)各功能模塊可能會出現(xiàn)的異常采取自恢復處理或者錯誤消息保存方案，極大的提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。本軟件經(jīng)過長期現(xiàn)場測試，結果表明系統(tǒng)各項功能運行正常，較好的滿足了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對上位機軟件的要求。

［1］Christian Nagel等著：李銘譯.C#高級編程.北京：清華大學出版社，2010.11.

［2］曾建華.Visual Studio 2010（C#）Windows數(shù)據(jù)庫項目開發(fā)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［3］劉凱，周云耀.C#串口通訊時丟失數(shù)據(jù)的一種解決方法［EB/OL］.中國科技論文在線，2008.

［4］范永勝，徐鹿眉.可編程控制器應用技術［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［5］葉幫利.用于工控監(jiān)測系統(tǒng)的多進程軟件看門狗［J］.微計算機信息，2008（6）：304-305.

Design for PC Software of Remote Temperature Monitor and Control System

DENG Lin-Jie，REN De-jun，PAN Long
（Sichuan University，Chengdu610065，China）

The on-site device of a company are scattered in different areas with long distance and serious environmental interference.The system remote centralized monitor and control of the temperature control box’s status and data by reading and writing various types of devices’PLC.Requires reliable interconnection between devices monitoring，and can’t affect the operation of the original system.This article describes the system PC software design based on C#，use serial port communication to transfer data and save data in database，actualizing basic functions with user-friendly and stable operation.

C#；Access database；serial communication

TP277

A

1009－9492(2014)07－0105－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.031

鄧霖杰，男，1988年生，四川成都人，碩士研究生。研究領域：機器視覺。

(編輯：向 飛)

2014－01－19