一種用于電阻焊機的互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺系統(tǒng)

（中國船舶重工集團公司 第七零七研究所，天津 300409）

0 前言

隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個行業(yè)和領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是目前在工業(yè)制造領(lǐng)域大熱的一個發(fā)展趨勢，它是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心對已有工業(yè)設(shè)備進行改進，克服環(huán)境和地域上的限制，真正實現(xiàn)各物與物之間的實時通信，從而滿足對設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制等各類需求。在工業(yè)制造領(lǐng)域，很多行業(yè)都開始構(gòu)建自己的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)作為未來的重點發(fā)展方向。但是在汽車電阻焊領(lǐng)域，目前國內(nèi)由于環(huán)境的特殊性以及設(shè)備的復(fù)雜性、多樣性等，全行業(yè)的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)還只停留在現(xiàn)場聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的階段[1]。

以中國船舶重工集團公司的現(xiàn)場電阻焊機控制系統(tǒng)為例，整個系統(tǒng)基于CAN現(xiàn)場總線對所有設(shè)備進行信息采集，再通過工業(yè)以太網(wǎng)經(jīng)由集中控制器將數(shù)據(jù)采集到整個系統(tǒng)的終端，即現(xiàn)場上位機，再由上位機程序?qū)崿F(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理和監(jiān)控。由于系統(tǒng)的終點是現(xiàn)場配備的上位機，故所有數(shù)據(jù)和通信過程都只能處于封閉的現(xiàn)場環(huán)境中，無法滿足外界可能需要的各種獲取數(shù)據(jù)的需求?；谏鲜隹紤]，在原有現(xiàn)場系統(tǒng)上進行了更新和擴展，將整個系統(tǒng)的核心由現(xiàn)場控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，構(gòu)建了一個完整可用的電阻焊接遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，同時也是在電阻焊機領(lǐng)域一次對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的嘗試和探索。

1 概述

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

該系統(tǒng)為一套完整的電阻焊機遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控實施方案，主要分為MFC現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊，WCF面向服務(wù)的數(shù)據(jù)通信模塊以及面向用戶的Web應(yīng)用模塊3個模塊。其中MFC現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊是基于七零七所已有現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，結(jié)合整個平臺系統(tǒng)的實際需要，對原系統(tǒng)進行一系列改進后所得到的。而面向服務(wù)的數(shù)據(jù)通信模塊和Web應(yīng)用模塊則分別部署在遠(yuǎn)程通信服務(wù)器和Web服務(wù)器的應(yīng)用程序。具體系統(tǒng)原理如圖1所示。

由圖1可知，現(xiàn)場系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信采用無線通信模式替代了原有的有線模式，同時配備多個無線AP覆蓋整個現(xiàn)場，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。整個系統(tǒng)的核心也由現(xiàn)場上位機轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)程服務(wù)器上，由面向服務(wù)的通信程序提供數(shù)據(jù)的接收和獲取服務(wù)，同時Web端采用SignalR+JS技術(shù)實現(xiàn)Web客戶端與服務(wù)器間的實時數(shù)據(jù)通信。

圖1 系統(tǒng)原理

1.2 系統(tǒng)功能

在現(xiàn)場焊接管理系統(tǒng)已有功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際需求，該互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)了設(shè)備在線監(jiān)控和遠(yuǎn)程歷史數(shù)據(jù)查詢（包括焊接規(guī)范、修磨規(guī)范、故障記錄、焊接結(jié)果等）兩個核心功能，同時也具備了一般互聯(lián)網(wǎng)站所需的數(shù)據(jù)加密、用戶管理等各類基本功能。該系統(tǒng)在服務(wù)器端的通信模塊主要采用基于WCF的接口化通信方式。數(shù)據(jù)再傳輸?shù)椒?wù)器后都要經(jīng)由該通信模塊處理和儲存，再以接口化的方式暴露給各類平臺。WCF模型是微軟公司用來構(gòu)建面向服務(wù)的應(yīng)用程序而專門設(shè)計的一種分布式通信編程框架?；谠摽蚣軜?gòu)建的通信模塊可以達到模塊化、跨平臺、性能好等目的。由于采用了模塊化的設(shè)計，系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以通過多平臺獲取，既可以通過計算機上的本地瀏覽訪問Web服務(wù)器進行獲取，也可以開發(fā)對應(yīng)的APP，在安卓或IOS設(shè)備上進行顯示。基于Windows系統(tǒng)的服務(wù)器編寫了MVC網(wǎng)站應(yīng)用程序（c#）示例，用于實現(xiàn)系統(tǒng)的Web訪問功能。

2 工業(yè)現(xiàn)場的電阻焊接Wifi無線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

現(xiàn)有現(xiàn)場聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要用于對電阻焊接的集中管控和信息采集，已廣泛應(yīng)用于各個生產(chǎn)現(xiàn)場，且都能夠保持良好穩(wěn)定的運行。為了配合遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的需求，對現(xiàn)場上位機軟件進行重新設(shè)計和編寫，將上位機的MFC應(yīng)用作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)上傳模塊。同時，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，采用了無線Wifi聯(lián)網(wǎng)的通信方案采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。采用三層結(jié)構(gòu)兩層網(wǎng)絡(luò)的模式：根據(jù)集散系統(tǒng)分散控制、集中管理的特點，將Wifi無線網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)合使用，有效解決了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、確定性和可靠性問題，可以完成大型焊裝生產(chǎn)線的自由組網(wǎng)。

圖2 現(xiàn)場系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)最下層設(shè)備是焊機，根據(jù)焊機在車間的工位布局以及與上位機機房的距離等，將焊機劃分為不同的Wifi無線網(wǎng)絡(luò)，最多可以控制64臺焊機；系統(tǒng)的中間層為電網(wǎng)平衡控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)運行限容評估軟件；系統(tǒng)上層為上位機軟件，主要負(fù)責(zé)實時監(jiān)控現(xiàn)場焊機的工作狀態(tài)以及將焊機數(shù)據(jù)傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

電網(wǎng)平衡控制系統(tǒng)和現(xiàn)場焊機采用WIFI無線網(wǎng)絡(luò)進行通訊。限容系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求非常高，Wifi無線網(wǎng)絡(luò)每次傳輸數(shù)據(jù)都包含一個標(biāo)識符信息，這個標(biāo)識符內(nèi)含有將要發(fā)送消息的優(yōu)先級定義。Wifi無線網(wǎng)絡(luò)根據(jù)標(biāo)識符的優(yōu)先級決定消息發(fā)送的先后順序，因此標(biāo)識符的合理設(shè)計非常關(guān)鍵，根據(jù)各種消息對實時性要求的不同，將其標(biāo)識符設(shè)計為不同優(yōu)先級別，有效保證限容系統(tǒng)的實時要求。

限容系統(tǒng)與上位機采用工業(yè)以太網(wǎng)ADS方式進行數(shù)據(jù)傳遞，通過電網(wǎng)平衡轉(zhuǎn)換裝置使Wifi無線網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)無縫、高效連接，借助工業(yè)以太網(wǎng)通信速率快、信息量大、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點實現(xiàn)對焊機的實時監(jiān)控。

2.2 Wifi系統(tǒng)的布線

針對各種不同的工業(yè)焊接車間和無線節(jié)點規(guī)模大小，采用各種不同的Wifi布線方案。

2.2.1 采用單、雙AP模式

對于中小范圍Wifi覆蓋，采用維盟雙頻千兆WAP 8001C，發(fā)射功率23 dbm，帶機量100～120臺，經(jīng)濟適用。當(dāng)單AP模式無法滿足無線信號覆蓋需求時，可采用雙AP模式。把需要無線信號覆蓋的區(qū)域劃分為2個以WAP8001C為中心的圓形覆蓋面，在兩個圓心處設(shè)置WAP8001C，2個AP之間直接用網(wǎng)線連接即可組成一個較大的無線信號覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

2.2.2 采用以POE交換機為橋梁的多AP布線方案

對于大中范圍Wifi的無線覆蓋，采用維盟雙頻千兆WAP8001C，發(fā)射功率23 dbm，配合其各種規(guī)模的POE交換機，對于全車間的無線覆蓋即無死角。布線方式采用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即將多個AP通過POE交換機用網(wǎng)線連接，從而達到數(shù)據(jù)實時交換的目的。使用POE交換機還可直接通過網(wǎng)線對各個AP直接供電，從而省去在生產(chǎn)現(xiàn)場為每一個AP提供電源的麻煩。

2.2.3 采用超級AP

對于超大規(guī)模車間、成本要求不嚴(yán)格的情況，直接采用超級AP。對于80 000 m2的車間全無線覆蓋，大約需要6～8個。此外，對于Wifi網(wǎng)絡(luò)的安全性采取以下措施：（1）設(shè)置密碼，對于接入SSID的用戶均要求輸入密碼；（2）MAC地址綁定，對于每臺電阻焊機，即下位機的CAN/Wifi模塊的唯一MAC地址對于SSID進行綁定，避免其他MAC地址的設(shè)備連接進網(wǎng)絡(luò)；（3）SSID采用中文編碼，使入侵軟件的兼容性差；（4）禁用SSID廣播，使別人無法搜索到該網(wǎng)絡(luò)，但該網(wǎng)絡(luò)仍然可用。

2.3 上位機軟件功能設(shè)計

考慮到軟件的可重用性和維護方便等因素，在設(shè)計系統(tǒng)時采用3層結(jié)構(gòu)模式，按照功能不同將軟件抽象為界面顯示層、業(yè)務(wù)處理層、數(shù)據(jù)庫訪問層三層結(jié)構(gòu)，通過組件封裝技術(shù)將各層功能進行打包，每層之間數(shù)據(jù)訪問均通過組件的接口函數(shù)實現(xiàn)。軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

為了更好地兼容系統(tǒng)的多樣性，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用MS SQL Server 2008版本，該版本可以穩(wěn)定運行在Windows平臺的各主流版本上，同時具備自動發(fā)布/訂閱功能，方便實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫同步等功能。中間層的數(shù)據(jù)處理邏輯主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集查詢等，同時對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進行再封裝，按照遠(yuǎn)程通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，將數(shù)據(jù)包提供給事務(wù)處理模塊。事務(wù)處理模塊主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個模塊的通信過程，還包括各類業(yè)務(wù)功能的實現(xiàn)和指令發(fā)送等。最后，顯示模塊將經(jīng)過處理的現(xiàn)場數(shù)據(jù)以圖形界面的方式呈獻出來。此外，考慮到大部分工業(yè)現(xiàn)場可能存在上網(wǎng)困難情況，選擇采用4G上網(wǎng)卡接入的方式實現(xiàn)上網(wǎng)功能，經(jīng)過實際測試傳輸穩(wěn)定可靠。

2.4 系統(tǒng)功能和主要界面演示

2.4.1 電網(wǎng)三相平衡及限容。

使用在線同步和動態(tài)調(diào)整等先進算法對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每一臺焊機的通電請求進行計算判斷，在一個周波（20 ms）內(nèi)給出允許通電或禁止通電的響應(yīng)；根據(jù)變壓器容量，限制同時工作的焊機電流總和；根據(jù)三相平衡度，限制相間最大電流差值；各個電阻焊機重要性不同，可加權(quán)對待。上位機界面1如圖4所示。

圖4 上位機界面1

2.4.2 工作狀態(tài)實時顯示及參數(shù)管理功能。

工作狀態(tài)實時顯示包括焊接狀態(tài)、等待狀態(tài)、空閑狀態(tài)、故障狀態(tài)、離線狀態(tài)的實時顯示；焊接參數(shù)實時顯示包括規(guī)范號、工位號、焊接電流、焊接時間、控制角、導(dǎo)通角、焊點數(shù)；故障信息實時顯示，包括焊機號、工位號、故障號、故障原因、解決方法。上位機界面2如圖5所示。

統(tǒng)一編程，可以在集中控制室內(nèi)對任意一臺焊機編程，不同焊機編程數(shù)據(jù)可以互相拷貝，同時可隨意調(diào)入任意一臺焊機的編程數(shù)據(jù)。

2.4.3 數(shù)據(jù)庫管理。

提供對各項參數(shù)的查詢、修改、刪除等方法，可形成Excel統(tǒng)計報表并進行打印。信息共享，可與車間級信息管理系統(tǒng)（ERP）集成，通過網(wǎng)絡(luò)共享信息。上位機界面3如圖6所示。

2.4.4 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信

這一過程主要通過兩種方式實現(xiàn)：首先，對于需要實時傳輸?shù)暮附訑?shù)據(jù)，現(xiàn)場上位機軟件后臺通過Socket方式與服務(wù)器的通信端口建立TCP長連接，在采集到現(xiàn)場數(shù)據(jù)后立刻對每個焊機數(shù)據(jù)進行整合封裝，將每一個集中控制單元下屬指定網(wǎng)絡(luò)的全部焊機數(shù)據(jù)作為一個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包上傳。每個現(xiàn)場上位機軟件都具有一個唯一的標(biāo)識ID用于服務(wù)器區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的來源。采用TCP長連接的通信方式主要是考慮到系統(tǒng)對于實時性的要求高，且傳輸周期短、持續(xù)時間長等。雖然TCP長連接的保持可能會加大對服務(wù)器系統(tǒng)資源的消耗，但實際情況中考慮到系統(tǒng)可能同時建立的TCP長連接數(shù)最大不會超過50個，對于目前的主流服務(wù)器配置來說完全可以穩(wěn)定運行。同時通信過程引入心跳包機制用于判斷現(xiàn)場上位機的在線狀態(tài)。

此外，對于已經(jīng)存入現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫的各項歷史數(shù)據(jù)，則不再實時傳輸，而是采用數(shù)據(jù)庫的發(fā)布訂閱功能，按照固定周期對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器進行同步。

該部分主要運行在上位機軟件的事務(wù)處理模塊，故沒有對應(yīng)的上位機界面，只會在狀態(tài)欄顯示當(dāng)前系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。后臺在運行過程中，若遇到突然斷網(wǎng)等情況，則會定時檢測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，在網(wǎng)絡(luò)連接重新恢復(fù)后再次與服務(wù)器建立連接。

3 互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計和原理

近年來作為國內(nèi)先進的電阻焊機生產(chǎn)制造商，七零七所生產(chǎn)的機器具有廣闊的市場，產(chǎn)品廣泛分布在國外及國內(nèi)各大省市。但是受地域限制，往往無法對機器的運行情況進行有效監(jiān)管。為了實現(xiàn)高效設(shè)備監(jiān)管，及時發(fā)現(xiàn)問題，提供更好的服務(wù)質(zhì)量，設(shè)計開發(fā)了該套遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)實時監(jiān)控系統(tǒng)，基礎(chǔ)架構(gòu)如圖7所示。

圖5 上位機界面2

圖6 上位機界面3

圖7 系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)

按照物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的定義和架構(gòu)，在焊機生產(chǎn)管理中，應(yīng)采用焊機直接與服務(wù)器通信再經(jīng)由服務(wù)器傳輸給對應(yīng)的終端設(shè)備模式，即所謂的“物物相聯(lián)”。但是在實際的焊機系統(tǒng)應(yīng)用場景中，由于生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜、信號干擾嚴(yán)重、焊機數(shù)量大、上網(wǎng)條件差等外部條件的制約，再加上焊機限容管理，現(xiàn)場參數(shù)設(shè)置等這類更適用于本地控制的功能需求的存在，現(xiàn)場上位機這一環(huán)節(jié)仍然有其存在的必要性。因此在整個遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，仍將現(xiàn)場上位機作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

現(xiàn)場與服務(wù)器采用TCP方式通信，服務(wù)器端分為兩個模塊，第一部分為采用C#語言編寫的WinService開機自啟動程序完成，負(fù)責(zé)為現(xiàn)場開放TCP連接端口進行通信，同時為其他應(yīng)用提供數(shù)據(jù)獲取服務(wù)；第二部分為面向用戶的應(yīng)用程序，在此以Web MVC應(yīng)用程序為例，搭建管理系統(tǒng)網(wǎng)站，為瀏覽器終端提供服務(wù)。系統(tǒng)完整的實現(xiàn)方案如圖8所示。

3.2 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信模塊

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信模塊作為整個系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，其最主要作用是為現(xiàn)場設(shè)備與用戶客戶端搭建一個實時高效的橋梁。故該模塊設(shè)計了多種通信方式來解決各個環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌枨蟆Ｍ瑫r充分考慮和設(shè)計對于未來可能需要的用戶遠(yuǎn)程控制需求也做出了充分考慮和設(shè)計。數(shù)據(jù)流向如圖9所示。

圖9 數(shù)據(jù)流向

圖9描述了數(shù)據(jù)的雙向流動過程，具體分為3個傳輸過程。

（1）現(xiàn)場與服務(wù)器的數(shù)據(jù)接收程序間采用TCP長連接的方式實現(xiàn)，除了前文現(xiàn)場模塊介紹的各種原因，在TCP連接建立后，除非一方主動終端，該連接將一直保持。由于TCP的邏輯通信信道是全雙工的可靠信道，故可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程客戶端對于現(xiàn)場上位機的反向通信。利用這一點可以設(shè)計如修改焊接規(guī)范、故障復(fù)位等允許在用戶客戶端實現(xiàn)的控制命令，達到遠(yuǎn)程控制的效果。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集程序每隔1 s發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包按照規(guī)定的通信協(xié)議，采用大端模式的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序列來傳遞數(shù)據(jù)。每格數(shù)據(jù)包包含數(shù)據(jù)頭和數(shù)據(jù)體。其中數(shù)據(jù)頭內(nèi)指示了該包的數(shù)據(jù)體長度、企業(yè)標(biāo)識ID、集中控制單元ID和對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)號等，數(shù)據(jù)體則包含了指定網(wǎng)絡(luò)號內(nèi)包含的全部焊機數(shù)據(jù)。現(xiàn)場上位機周期性向平臺發(fā)送心跳包，平臺在收到心跳包后回復(fù)一個平臺應(yīng)答，確定雙方保持在線。

（2）服務(wù)器數(shù)據(jù)通信模塊分為TCP通信程序和WCF通信程序兩部分，二者均采用WinService程序?qū)崿F(xiàn)。WCF通信程序作為構(gòu)建WCF的宿主服務(wù)器提供服務(wù)地址和接口，等待TCP通信程序調(diào)用并建立通信。WCF通信程序在接收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)包里的企業(yè)ID、控制單元ID等信息存儲實時數(shù)據(jù)等待后續(xù)調(diào)用。WCF綁定協(xié)議采用支持雙工通信的NetTcpBinding，以便于WCF程序與現(xiàn)場的反向通信。

將TCP通信模塊和WCF通信模塊分開為2個獨立的程序主要原因如下：首先由于二者的功能不同且分別在圖9中①、②兩個環(huán)節(jié)中處于服務(wù)器的地位，考慮到未來隨著應(yīng)用的普及導(dǎo)致其對系統(tǒng)資源的消耗不斷增大，故將二者分離，它們可以部署在同一個服務(wù)器上，也可以采用分布式架構(gòu)來實現(xiàn)；其次，考慮到某些可以直接實現(xiàn)焊機與服務(wù)器通信的場景，可以將圖9中的現(xiàn)場上位機數(shù)據(jù)采集模塊和TCP模塊合并，直接在服務(wù)器上部署數(shù)據(jù)采集程序，再經(jīng)由次程序與WCF模塊進行通信。因此從功能角度來講，將兩個模塊分開設(shè)計在某些場合按照上述情況進行改動時，可以不必修改WCF程序的通信邏輯，專注于數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計即可。

（3）最后，WCF通信模塊在獲得數(shù)據(jù)后同樣需要開放另一個服務(wù)地址和接口函數(shù)，為Web應(yīng)用程序提供獲取數(shù)據(jù)的途徑，WCF的通信綁定協(xié)議采用WSDualHttpBinding方式。數(shù)據(jù)接口采用回調(diào)機制進行設(shè)計，每當(dāng)WCF程序在前一環(huán)節(jié)接收到新的對應(yīng)數(shù)據(jù)后立刻將這些數(shù)據(jù)推送給向WCF程序訂閱服務(wù)的網(wǎng)頁客戶端，配合相關(guān)的Web通信技術(shù)，確保數(shù)據(jù)的實時傳輸。同時對于用戶發(fā)回的命令請求，也可以通過設(shè)計一組專門用于接收命令和數(shù)據(jù)的服務(wù)接口回發(fā)到服務(wù)器，便于實現(xiàn)用戶的遠(yuǎn)程控制。

3.3 Web服務(wù)器模塊

針對上述平臺設(shè)計，為了展示實際數(shù)據(jù)采集效果，編寫了一個專用的Web應(yīng)用程序來向用戶提供焊機的監(jiān)控和查詢等功能。程序基于Windows平臺采用C#MVC框架構(gòu)建。為了將數(shù)據(jù)實時共享給客戶端瀏覽器。程序引入ASP.NET SignalR類庫包，通過使用其中的HUB通信模式，使得所有客戶端可以實時共享Web服務(wù)器上接收到的數(shù)據(jù)。再配合前端的Javascript腳本程序即可很好地完成實時數(shù)據(jù)顯示的功能。網(wǎng)站訪問流程如圖10所示。

圖10 網(wǎng)站交互流程

3.3.1 用戶登錄管理功能

系統(tǒng)使用者按照角色分為企業(yè)用戶、企業(yè)管理員、系統(tǒng)管理員3類。功能上主要包括用戶查詢權(quán)限的控制和用戶信息的管理。具體用戶管理方面的業(yè)務(wù)描述如表1所示。

表1 用戶管理方面的業(yè)務(wù)描述

普通企業(yè)用戶作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主要使用者，可以通過網(wǎng)站直接注冊。在注冊時需填寫預(yù)先約定的企業(yè)ID進行區(qū)分，注冊完畢后必須由企業(yè)管理員賬戶授權(quán)其賬號，才可成功登陸并使用各項功能。

企業(yè)管理員不但具有管理用戶權(quán)限和管理企業(yè)信息的權(quán)限，同時也具備查詢和監(jiān)控所在企業(yè)下的各現(xiàn)場聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的權(quán)利，以便于企業(yè)管理者對于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的其他應(yīng)用。

系統(tǒng)管理員由網(wǎng)站負(fù)責(zé)人進行管理，負(fù)責(zé)對企業(yè)管理員進行授權(quán)操作，同時也可以管理企業(yè)列表，在添加新企業(yè)時，為企業(yè)分配專用的識別ID。部分網(wǎng)站用戶管理功能界面如圖11所示。

圖11 用戶登錄、注冊及管理界面示例

3.3.2 企業(yè)數(shù)據(jù)歷史查詢功能

該功能可以查詢對應(yīng)企業(yè)存儲在數(shù)據(jù)服務(wù)器的各項焊機數(shù)據(jù)，包括焊機基本信息、故障信息、焊接規(guī)范、修磨規(guī)范和焊接結(jié)果等。查詢時需要選擇查詢內(nèi)容、控制器編號、網(wǎng)絡(luò)號以及查詢起止日期等（企業(yè)管理員還需要選擇對應(yīng)的下屬現(xiàn)場）。查詢完成后導(dǎo)出到Excel文件。查詢功能界面如圖12所示。

圖12 查詢結(jié)果界面

3.3.3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控功能

進入數(shù)據(jù)監(jiān)控功能頁面后選擇要監(jiān)控的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，選擇完畢后點擊開始監(jiān)控即可，不同的設(shè)備狀態(tài)會以不同的背景色顯示，再次點擊即可停止監(jiān)控。配合Jquery等前端類庫可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無刷新實時監(jiān)控。目前現(xiàn)場對于單個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集周期約為12 s，經(jīng)測試該網(wǎng)站可以實現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)的監(jiān)控。實時監(jiān)控界面如圖13所示。

圖13 實時監(jiān)控結(jié)果界面

對于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)安全是必須考慮的重要問題，此外還需要防御各種常見的網(wǎng)絡(luò)攻擊，該系統(tǒng)的網(wǎng)站也針對各類常見問題采取了相應(yīng)措施。

（1）為了應(yīng)對前端常見的安全漏洞XSS、CSRF等，Web應(yīng)用程序針對不同的用戶輸入采用合適的escape處理，檢查一切來自用戶端的輸入，同時對每個請求都加入token檢查。

（2）網(wǎng)站采用Entity Framework框架訪問數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫查詢語句進行封裝，可有效避免SQL注入等數(shù)據(jù)安全問題。

（3）整個應(yīng)用程序引入權(quán)限控制管理，對于每個頁面的訪問都需要進行權(quán)限檢查。

（4）注冊頁面引入驗證碼檢查，采用第三方控件提供的可靠安全的驗證碼樣式。

4 結(jié)論

針對電阻焊機設(shè)備搭建了一個遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺。受實際生產(chǎn)條件和需求的限制，該平臺的設(shè)計和搭建基于已有的一套完整焊接設(shè)備現(xiàn)場管理系統(tǒng)。在不破壞現(xiàn)有生產(chǎn)條件的情況下，充分結(jié)合無線通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對現(xiàn)場系統(tǒng)進行無線聯(lián)網(wǎng)改造并將現(xiàn)場系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)，配合自主設(shè)計的遠(yuǎn)程通信模塊和Web應(yīng)用程序成功實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（1）WCF通信模塊具有很好的跨平臺性。以Web應(yīng)用程序為例，介紹了該平臺的數(shù)據(jù)和流程以及最終演示效果。實際應(yīng)用中根據(jù)不同需要，這些數(shù)據(jù)也可以采用不同的方式獲取，如針對安卓或IOS設(shè)備設(shè)計對應(yīng)的APP進行數(shù)據(jù)獲取和顯示，也可以直接由其他設(shè)備設(shè)計對應(yīng)的通信模塊直接獲取數(shù)據(jù)。

（2）整個平臺采用模塊化設(shè)計，將各個功能模塊加以區(qū)分，當(dāng)服務(wù)器壓力過大時，可以采用分布式設(shè)計，將各模塊部署到不同的服務(wù)器以緩解系統(tǒng)資源緊張的問題。

（3）為了配合互聯(lián)網(wǎng)平臺的設(shè)計思路，該系統(tǒng)由于采用Wifi無線代替原系統(tǒng)的CANBUS有線，克服了原有線系統(tǒng)的諸多問題，增強系統(tǒng)可靠性的同時大大減小了有線方式的施工難度及施工成本，增強了項目成本的可控性。

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