基于SOAP技術(shù)的MPS遠程控制探索

凍世文

摘要：MPS(Modular Production System，模塊化生產(chǎn)系統(tǒng))是集氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC控制技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的機電一體化培訓系統(tǒng)。本研究比較了國際上現(xiàn)有的MPS控制方法，提出采用SOAP技術(shù)借助PHP語言來開發(fā)MPS控制、監(jiān)控系統(tǒng)的方案，并對跨平臺、跨語言的MPS網(wǎng)絡(luò)控制程序與遠程監(jiān)控機制提出了展望。

關(guān)鍵詞：MPS SOAP

0引言

虛擬儀器的使用在教學中的重要性越來越被重視，西門子公司的MPS系統(tǒng)采用了西門子STEP7編程軟件、SIMIT仿真軟件和PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，有效地提高了設(shè)備的使用效率，滿足了中國對應(yīng)用型人才培訓的需求。

現(xiàn)有的MPS控制系統(tǒng)存在一些缺陷。在實際生產(chǎn)加工中，需要對倉庫現(xiàn)有物料在類型和數(shù)目有一個統(tǒng)籌上的認識，而現(xiàn)有控制系統(tǒng)在硬件上缺少組態(tài)監(jiān)控，難以仿真實際供料配送情況。此外，現(xiàn)有控制系統(tǒng)大多架構(gòu)在Windows平臺下，不能在異質(zhì)平臺下運作。本研究提出了基于SOAP技術(shù)的開發(fā)方案，并對跨平臺、跨語言的MPS監(jiān)控系統(tǒng)提出了展望。

1背景介紹

1.1以太網(wǎng)取代現(xiàn)場總線的可行性分析世界上存在大約四十余種現(xiàn)場總線，如ProfiBus、FIP、ERA等。例如MPS系統(tǒng)中采用的就是西門子公司支持的PROFIBUS總線標準。

雖然現(xiàn)場總線體現(xiàn)了分布、開放、互聯(lián)、高可靠性等優(yōu)點，但且前種類繁多、標準不一，很多人都希望以太網(wǎng)技術(shù)能介入設(shè)備低層，取代現(xiàn)場總線技術(shù)。在工廠、車間級監(jiān)控領(lǐng)域中，以太網(wǎng)已有不少成功的案例，一批工業(yè)級產(chǎn)品也已問世并投入實際應(yīng)用，例如基于無線以太網(wǎng)控制技術(shù)的西門子設(shè)備已經(jīng)用于工業(yè)機器人領(lǐng)域，此外在一些新技術(shù)展示中也能看到以太網(wǎng)技術(shù)用于工業(yè)控制的身影。

但是，就目前而言，以太網(wǎng)還不能夠真正解決實時性和可靠性問題，大部分現(xiàn)場層仍然會首選現(xiàn)場總線技術(shù)。基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制目前主要用于設(shè)備層對實時性和可靠性沒有嚴格要求的場合。

MPS教學系統(tǒng)雖然是針對工業(yè)生產(chǎn)的教學實訓系統(tǒng)，但由于其工作在實驗室等相對簡單的環(huán)境，不像軋鋼廠等具有大功率電力電子元器件不定時高速開關(guān)切換而產(chǎn)生的大量高頻電磁波，因此系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃暂^高，同時，作為教學仿真系統(tǒng)，MPS對實時性的要求也較低。因此，討論MPS系統(tǒng)基于以太網(wǎng)的監(jiān)控方式具有相當?shù)目尚行浴?/p>

1.2基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制研究采用PHP開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)配合MySQL網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，并應(yīng)用SOAP技術(shù)來開發(fā)網(wǎng)絡(luò)控制程式與遠程監(jiān)控機制，不僅能避免一般監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)的限制，更能有效地整合各異質(zhì)系統(tǒng)，開發(fā)跨平臺、跨語言的整合式遠程監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度進而提升監(jiān)控系統(tǒng)的效能。網(wǎng)站服務(wù)器通過局域網(wǎng)絡(luò)，將所有收集到的數(shù)據(jù)儲存于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中，不僅可隨時掌握設(shè)備狀況亦可掌控生產(chǎn)情形，更能在突發(fā)狀況前發(fā)出預(yù)警以控制生產(chǎn)質(zhì)量提高產(chǎn)能。

2PHP與SOAP技術(shù)

應(yīng)用PHP撰寫網(wǎng)頁程序，并以SOAP技術(shù)來開發(fā)網(wǎng)絡(luò)控制程序與遠程監(jiān)控機制。

2.1PHP將監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)于web基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的即時性與穩(wěn)定度大都取決于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸速率和開發(fā)軟件的執(zhí)行效率，PHP與其它CGt(公共網(wǎng)關(guān)界面，Common Gateway Interface)相比，執(zhí)行效率較高。

此外，PHP的市場占有率較高。目前描述式語言的市場占有率大約是：PHP占39％，ASP占22％，JSP占11％，CGI占25％，CF占3％。

最后，從穩(wěn)定度角度，PHP要比NSAPI或lSAPI等采用動態(tài)連結(jié)方式的技術(shù)安全。

因此，基于整體考慮(系統(tǒng)兼容性、執(zhí)行效率、穩(wěn)定度與安全性)，本研究選用PHP作為系統(tǒng)的開發(fā)軟件。

2.2SOAP目前系統(tǒng)多以各自所熟悉的技術(shù)所建構(gòu)，系統(tǒng)間并沒有一套標準化的架構(gòu)。例如Windows操作系統(tǒng)所使用的是DCOM；而UNIx系統(tǒng)則利用COR8A提供服務(wù)。這些分布式對象傳輸協(xié)議在因特網(wǎng)上會受到防火墻的限制，無法通過導(dǎo)致失去其原有的功能，為此，微軟公司提出了簡易對象存取協(xié)議SOAP(simpleobject access protocol)。SOAP多以VB、VC作為系統(tǒng)開發(fā)工具，使用者需在服務(wù)器端下載其相關(guān)組件并進行安裝，才能啟動該軟件進行監(jiān)控的動作。且該系統(tǒng)僅適用于單一作業(yè)平臺，并不適用于目前企業(yè)內(nèi)部多系統(tǒng)平臺的作業(yè)環(huán)境。采用PHP技術(shù)不僅能夠提高系統(tǒng)執(zhí)行效能，并且不需要額外生成可執(zhí)行文件來執(zhí)行程序，免除了軟件安裝與啟動的步驟。因此，以XML作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴矢袷?，能夠有效的處理各種異質(zhì)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的問題，并突破傳統(tǒng)分布式對象易受防火墻阻隔的限制。此結(jié)構(gòu)已獲得多數(shù)廠商表態(tài)支持。

3MPS遠程監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)探索

綜上分析，一套適應(yīng)MPS教學仿真系統(tǒng)遠程監(jiān)控需要的監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)該是這樣的一種網(wǎng)絡(luò)：

首先，它是基于SOAP的。利用SOAP技術(shù)開發(fā)跨平臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)，將系統(tǒng)架構(gòu)在HTTP通訊標準之上，監(jiān)控系統(tǒng)可以自行產(chǎn)生SOAP信息封包通過HTTP通訊管道與客戶端進行溝通。也可同時與其它系統(tǒng)相互交換信息，生產(chǎn)機臺上的控制器則以Socket封包型式與監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)，在此監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)下的各監(jiān)控服務(wù)器也可通過Internet或Intranet以相同SOAP封包的型式相互交換信息，且不受各系統(tǒng)服務(wù)器種類的不同和防火墻阻礙其信息的交流，進而達成一個完整的自動化監(jiān)控信息系統(tǒng)。

其次，它擁有易用的監(jiān)視方式。本研究涉及的MPS教學培訓系統(tǒng)實際模擬工廠生產(chǎn)線的運作情形，該實驗室由六個加工站和二十四臺計算機組成，用于虛擬仿真的實驗計算機可以作為監(jiān)控攝像頭的終端，此方案成本較低。另外一種方案是借助以太網(wǎng)攝像機，每隔相應(yīng)距離架設(shè)以太網(wǎng)攝影機作為實時影像監(jiān)控的影像傳輸設(shè)備，遠端的管理者不需用任何專業(yè)軟件，只要標準的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器即可監(jiān)視其影像，此外，還可以控制攝像機云臺鏡頭的動作或?qū)ο到y(tǒng)配置進行操作。

第三，它擁有靈活的監(jiān)控終端設(shè)備。如果在實驗室里架設(shè)一臺無線基站，使用者就可以使用具有無線上網(wǎng)功能的筆記本電腦、PDA或其它移動設(shè)備進行機臺的監(jiān)控，建構(gòu)一個在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動設(shè)備系統(tǒng)。程序部份以模塊化的對象來架構(gòu)此監(jiān)控系統(tǒng)，在使用者瀏覽前先判斷瀏覽器類型，以適當?shù)姆直媛什シ疟O(jiān)控畫面。如果監(jiān)控終端是個人計算機或筆記本電腦等擁有較大屏幕畫面的客戶端，則選擇實時影像監(jiān)控；如果是屏幕較小的便攜設(shè)備如PDA等，則可以考慮不做影像輸出，而僅將監(jiān)控結(jié)果以文字與信號仿真的方式呈獻。

第四，它擁有可靠的遠程監(jiān)控網(wǎng)站。在監(jiān)控網(wǎng)站中應(yīng)當整合機臺選擇、實時影像監(jiān)控、機臺設(shè)備I/O狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備說明、控制指令與檔案上傳、機臺動作控制等功能，從而體現(xiàn)靈活性與適應(yīng)性。使用者可以隨時掌握目前生產(chǎn)系統(tǒng)的運作狀態(tài)。在監(jiān)控畫面上，以影像方式顯示目前的生產(chǎn)系統(tǒng)運作狀態(tài)，使用者不必閱讀枯燥乏味的數(shù)據(jù)，而只要在狀況產(chǎn)生時，再進行數(shù)據(jù)回溯及追蹤即可。此外，安全可靠性也很重要，使用者必須輸入正確的用戶名稱及密碼，經(jīng)數(shù)據(jù)庫比對無誤后，方可進入系統(tǒng)。

最后，它具有SOAP Agents信息數(shù)據(jù)交換機制。一般而言，監(jiān)控系統(tǒng)所收集的數(shù)據(jù)僅能在該封閉式系統(tǒng)架構(gòu)下被讀取。為使監(jiān)控系統(tǒng)收集的實時生產(chǎn)信息能被其它相關(guān)信息系統(tǒng)存取與應(yīng)用，因此可以考慮利用SOAP技術(shù)結(jié)合代理機制，使生產(chǎn)過程中的實時生產(chǎn)信息能夠立即通過代理轉(zhuǎn)換為XML的數(shù)據(jù)格式，應(yīng)用SOAP技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)，達到跨平臺，跨語言的目的。監(jiān)控系統(tǒng)與控制器之間以TCP／IP通訊協(xié)議作為信息傳遞的通道，因此，監(jiān)控系統(tǒng)本身必須含有將此TCP／IP信息封包轉(zhuǎn)換為XML數(shù)據(jù)格式的能力，意即監(jiān)控服務(wù)器同時也扮演著信息代理的角色將所有來自控制器的數(shù)據(jù)能夠立即轉(zhuǎn)換為XML數(shù)據(jù)格式，并通過HTi-P通訊協(xié)議供遠程使用者存取及應(yīng)用。

4研究結(jié)果

本研究展望了以PHP開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)配合My SQL網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、借助SOAP技術(shù)來開發(fā)網(wǎng)絡(luò)控制程序與遠端監(jiān)控機制，通過Web平臺整合具有網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、跨平臺擴充及移動設(shè)備終端人機界面等功能開發(fā)自動化設(shè)備的整合式遠程監(jiān)控系統(tǒng)。適合MPS教學仿真系統(tǒng)遠程監(jiān)控功能的網(wǎng)絡(luò)已呼之欲出，指日可待。