利用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)厚度測量的遠(yuǎn)程監(jiān)控

趙樹忠，李書娜

(華北理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北　唐山　063009)

0　引言

冶金鋸片一般是指冶金行業(yè)中經(jīng)常使用的各種圓鋸片，由鋸齒和基體兩部分組成。隨著冶金行業(yè)的迅速發(fā)展，冶金鋸片的應(yīng)用數(shù)量逐漸增多，同時(shí)，冶金鋸片的生產(chǎn)效率也有待提高。其中冶金鋸片基體的磨削加工是一道復(fù)雜的工序，影響著鋸片整體的加工進(jìn)度，主要影響因素有磁場的干擾、惡劣的工作環(huán)境、數(shù)據(jù)采集困難等。為了解決以上問題，本文介紹一種新的工作方式：采用滿足精度要求的測厚傳感器和數(shù)據(jù)采集卡來完成數(shù)據(jù)的測量與采集，經(jīng)過相關(guān)處理，利用發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及LabVIEW軟件自身攜帶的通信協(xié)議函數(shù)TCP進(jìn)行有關(guān)的編程設(shè)計(jì)來達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的，并且，利用客戶端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理與分析及相關(guān)技術(shù)參數(shù)的顯示。本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控測量系統(tǒng)能夠提高鋸片的生產(chǎn)效率，滿足檢測環(huán)境、檢測系統(tǒng)高精度以及現(xiàn)代化管理系統(tǒng)的要求。

1　冶金鋸片磨削厚度信息自動(dòng)化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1是冶金鋸片磨削厚度信息在線檢測系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)鋸片磨床的自動(dòng)化和信息化。

從圖1中可以看出，系統(tǒng)主要分為3部分：第一部分是完成數(shù)據(jù)的測量，主要是通過測厚傳感器以及檢測電路實(shí)現(xiàn)的；第二部分則是對數(shù)據(jù)的采集與信號(hào)的調(diào)理，通過相關(guān)的調(diào)理電路對數(shù)據(jù)信號(hào)處理調(diào)整，利用數(shù)據(jù)采集卡完成對測量電壓信號(hào)的采集以及A/D轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)，最后將數(shù)據(jù)通過I/O接口傳輸?shù)焦た貦C(jī)中；第三部分主要是利用公司局域網(wǎng)以及LabVIEW自身攜帶的TCP通信協(xié)議編程設(shè)計(jì)，將工控機(jī)中采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C中，在PC機(jī)中實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、分析處理以及顯示等，通過TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)PC對下位機(jī)工控機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到遠(yuǎn)距離工作、監(jiān)控的目的。

圖1　冶金鋸片磨削厚度在線檢測系統(tǒng)示意圖

2　LabVIEW遠(yuǎn)程監(jiān)控

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中遠(yuǎn)程設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、調(diào)試、配置以及相應(yīng)的維護(hù)等是遠(yuǎn)程監(jiān)控的主要內(nèi)容[1]。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，通過一定的相關(guān)規(guī)則使不同計(jì)算機(jī)之間能夠準(zhǔn)確、安全地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。TCP/IP就是經(jīng)常應(yīng)用的通訊規(guī)則，能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)圈內(nèi)多個(gè)互聯(lián)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，為用戶提供錯(cuò)誤信息的監(jiān)測功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的傳遞[2]。該系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)采用TCP協(xié)議中的客戶端/服務(wù)器(Client/Server)模式，該模式是由客戶端和服務(wù)器兩部分組成的[3]。其工作流程是：①在客戶機(jī)和服務(wù)器兩者之間建立聯(lián)系時(shí)，Internet地址的指定是必要的，對通訊的端口號(hào)(Port number)進(jìn)行相應(yīng)的確定，且端口號(hào)的范圍在0～65 535之間；②TCP協(xié)議遠(yuǎn)程監(jiān)控過程中客戶端和服務(wù)器建立聯(lián)系時(shí)采用多層握手的方式，建立聯(lián)系后將數(shù)據(jù)通過打包的方式傳輸，也就是說在TCP客戶端從服務(wù)器端讀取數(shù)據(jù)之前，需要客戶端向服務(wù)器端發(fā)出連接請求，并且直到客戶端請求連接成功后，TCP服務(wù)器才能夠發(fā)送數(shù)據(jù)[4]。

2.1　基于LabVIEW監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)中選用非接觸式測厚傳感器，測量精度為0.01 mm，實(shí)現(xiàn)對冶金鋸片磨削過程中實(shí)時(shí)、在線、非接觸的測量；調(diào)理電路設(shè)計(jì)為與傳感器和采集卡都兼容的形式，能夠?qū)斎氲碾妷褐颠M(jìn)行放大、濾波等處理，輸出與被測量成線性關(guān)系的電壓，有利于數(shù)據(jù)采集卡的采集；數(shù)據(jù)采集卡選用與LabVIEW兼容的NI公司旗下的采集卡，具有16位分辨率，可完成數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換；I/O接口則將數(shù)據(jù)采集卡采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C(jī)的LabVIEW中，然后將數(shù)據(jù)打包并利用LabVIEW強(qiáng)大的編程功能以及TCP協(xié)議將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)絇C機(jī)上，進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集、處理、分析及參數(shù)顯示等?；贚abVIEW監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2　基于LabVIEW監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2　冶金鋸片厚度遠(yuǎn)程監(jiān)控編程設(shè)計(jì)

TCP協(xié)議遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)，首先需要完成三次握手才能在客戶端與服務(wù)器之間建立聯(lián)系，然后利用G語言(圖形化編程語言)對傳輸協(xié)議和數(shù)據(jù)分析傳輸?shù)裙δ苓M(jìn)行編程設(shè)計(jì)，重要的是TCP 協(xié)議在工作時(shí)主要靠 IP地址和端口號(hào)來識(shí)別數(shù)據(jù)[5]。

服務(wù)器端的發(fā)送程序框圖如圖3所示。其初始化過程為：首先對網(wǎng)絡(luò)端口(Port)進(jìn)行設(shè)定，確定選擇哪個(gè)端口，然后利用TCP Create Listener節(jié)點(diǎn)進(jìn)行偵聽，利用TCP Wait On Listener節(jié)點(diǎn)等待客戶機(jī)的連接請求來完成初始化的過程。在While循環(huán)體內(nèi)，采用兩個(gè)TCP Write 節(jié)點(diǎn)，第一個(gè) TCP Write節(jié)點(diǎn)發(fā)送的是等待發(fā)送數(shù)據(jù)的長度，第二個(gè)發(fā)送的是數(shù)據(jù)本身。這種發(fā)送方式有利于客戶端的數(shù)據(jù)接收[6]。TCP客戶端接收程序框圖如圖4所示。

3　結(jié)論

根據(jù)鋸片磨削時(shí)的狀況采用相應(yīng)的測厚傳感器進(jìn)行厚度實(shí)時(shí)非接觸測量，達(dá)到精確、實(shí)時(shí)、非接觸式的測量標(biāo)準(zhǔn)；利用數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集傳輸，保證了數(shù)據(jù)傳輸過程中的完整性；基于LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的編程設(shè)計(jì)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集、分析與處理，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的?？傮w來說，該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠應(yīng)用于相似工件厚度測量的遠(yuǎn)程監(jiān)控中，供更多用戶借鑒，而且冶金鋸片磨削厚度遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)直接利用的是Internet互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，成本低廉、易于滿足大小工業(yè)的生產(chǎn)要求。隨著LabVIEW虛擬儀器開發(fā)軟件的應(yīng)用，這種遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)越來越多地應(yīng)用于測量監(jiān)控體系中。

圖3　TCP服務(wù)器端發(fā)送程序

圖4　TCP客戶端接收程序

參考文獻(xiàn)：

[1]吳濤.基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的原理與實(shí)現(xiàn)[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào),2003,23(10):44-47.

[2]黃宗建, 王興舉.基于LabVIEW平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控[J].電子測試,2013,22(12X):82-83.

[3]俞野秋.基于Modbus和Modbus-TCP協(xié)議的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)研究[D].上海:上海交通大學(xué),2012:55-56.

[4]李亞林,陳亮明,官蕾.基于Labview的遠(yuǎn)程溫室監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2016,35(3):125-128.

[5]趙軍偉,劉勛,董浩.基于TCP協(xié)議的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].中國測試,2010,36(1):78-81.

[6]劉九慶,朱福安,王楠,等.基于LabVIEW的葉片厚度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2015(10):211-214.