基于針織設(shè)備機聯(lián)網(wǎng)的軟件方案研究

汪松松

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，針織企業(yè)設(shè)備改造升級、信息化管理是一種技術(shù)趨勢。在研究針織設(shè)備機聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計基于針織機信息采集與控制的機聯(lián)網(wǎng)軟件，并采用基于GatewayWorker架構(gòu)的服務(wù)端軟件開發(fā)，具有一定的實用價值。

關(guān)鍵詞：針織設(shè)備；機聯(lián)網(wǎng)；軟件設(shè)計；GatewayWorker

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）26-0060-02

1 引言

當(dāng)前，以移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等為代表的新一代信息通信技術(shù)（ICT）發(fā)展迅猛，物聯(lián)網(wǎng)通過與其他 ICT 技術(shù)的不斷融合。特別是在“互聯(lián)網(wǎng)+”和“中國制造2025”的大背景下，工業(yè)機器聯(lián)網(wǎng)（“機聯(lián)網(wǎng)”）以提高企業(yè)生產(chǎn)效率、提高自動化水平和作為ERP、工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)基礎(chǔ)平臺而迅速崛起。《浙江省經(jīng)濟和信息化委員會關(guān)于開展企業(yè)“機聯(lián)網(wǎng)”工程建設(shè)的意見》中提到：以我省紡織等行業(yè)為重點，推進實施行業(yè)專用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；建立自動化生產(chǎn)線，形成設(shè)備物聯(lián)專用網(wǎng)絡(luò)，提升自動化水平，促進節(jié)能減排和管理效率提升；建立中央數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，加強設(shè)備運行狀況實時監(jiān)視，統(tǒng)一管理生產(chǎn)工藝，并與上層企業(yè)管理系統(tǒng)（ERP）數(shù)據(jù)交換集成。

現(xiàn)有針織機基本以單機運行為主，彼此之間沒有聯(lián)網(wǎng)，一般一個工人管理若干臺機器，雖然設(shè)備本身有相對比較先進的控制系統(tǒng)，按照打板花樣完成編織過程，但是花樣文件的傳送、設(shè)備狀態(tài)的報告、生產(chǎn)效率的匯總、員工操作的監(jiān)督全部都是以人工匯總方式完成，實時性和可靠性差，效率也很低，更重要的是難以對生產(chǎn)過程進行數(shù)字化的管理，大數(shù)據(jù)挖掘更不可能。提高紡織裝備自動化和智能化水平，主動接入物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，利用網(wǎng)絡(luò)的邊際效應(yīng)和倍增效應(yīng)，提升紡織業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品對市場的快速響應(yīng)能力，是有效的手段之一，而加強紡織機械設(shè)備的機聯(lián)網(wǎng)體系建設(shè)是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和智能化的關(guān)鍵。

2 機聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

機聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成。感知層主要是機械設(shè)備的對外通信接口，主要功能是信息的輸出與輸入。網(wǎng)絡(luò)層主要實現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，包括延伸網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層也可依托公眾電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)或行業(yè)專用通信網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層包括應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施/中間件和各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，主要提供信息處理、計算等通用基礎(chǔ)設(shè)施、資源調(diào)用接口，以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用。

針織設(shè)備的機聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)有重中心節(jié)點硬件、重中心節(jié)點軟件、重終端信息采集節(jié)點等方案。重中心節(jié)點硬件方案為開發(fā)基于ARM嵌入式的中心數(shù)據(jù)處理單元，其優(yōu)勢是一旦建立中心節(jié)點單元，機聯(lián)網(wǎng)單元容易以小單元模式的快速建立，但中心硬件開發(fā)難度大，功能有限。重中心軟件方案為各針織設(shè)備通過以太網(wǎng)絡(luò)連接到中心服務(wù)器，其重點是開發(fā)中心服務(wù)器的機聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用功能，該方案優(yōu)勢是機聯(lián)網(wǎng)功能強大，但需要通信網(wǎng)絡(luò)和機器接口的支持。重終端節(jié)點方案為設(shè)計支持多種通信接口和協(xié)議的終數(shù)據(jù)采集器，無論針織設(shè)備終端接口如何，都能連上數(shù)據(jù)采集器，適應(yīng)性強，其問題是開發(fā)多功能的數(shù)據(jù)采集器難度較高。本論文根據(jù)針織設(shè)備企業(yè)新近生產(chǎn)的針織設(shè)備以工業(yè)以太網(wǎng)接口為通配，開發(fā)重中心軟件的機聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

3 機聯(lián)網(wǎng)軟件功能設(shè)計

根據(jù)針織生產(chǎn)企業(yè)的功能需求調(diào)研，設(shè)計機聯(lián)網(wǎng)功能。

1）計劃調(diào)度： 根據(jù)企業(yè)ERP整體生產(chǎn)計劃導(dǎo)入生產(chǎn)量和花型，安排針織機器進行生產(chǎn)。遠期設(shè)計能根據(jù)各機器功能、性能、實時情況、紗線等情況，以批量優(yōu)先、 時間優(yōu)先、效率優(yōu)先等進行智能調(diào)度。

2）設(shè)備監(jiān)控：設(shè)備的狀態(tài)、故障、事件、人員等相關(guān)信息的監(jiān)控和分析，跟蹤設(shè)備的正常運行。設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)控、人員在崗狀態(tài)實時監(jiān)控、設(shè)備稼動率查詢分析、設(shè)備故障分析、事件處理、開始加工時間查詢、關(guān)停機原因分析。

3）節(jié)拍分析：對業(yè)務(wù)終端采集的產(chǎn)品加工節(jié)拍、標(biāo)準工時進行標(biāo)準對比、同類對比分析，以圖形化方式展示。

4）物料監(jiān)控： 對車間物料進行全方位監(jiān)控，進行倉庫與車間之間、設(shè)備與設(shè)備間的在制品移轉(zhuǎn)管理，提供車間各地點的在制品現(xiàn)貨、收發(fā)結(jié)存、收發(fā)明細等報表。

5）人員績效：根據(jù)業(yè)務(wù)終端監(jiān)控數(shù)據(jù)和地點、人員、設(shè)備進行產(chǎn)量統(tǒng)計分析。并且可以根據(jù)實際質(zhì)檢合格數(shù)調(diào)整終端報工的合格數(shù)差異。

6）質(zhì)量管理：質(zhì)檢簽到查詢、質(zhì)檢報告管理，以及各種質(zhì)量控制圖：均值極差圖、CPK分析圖、樣本運行圖、均值運行圖、正態(tài)檢驗圖、CPK趨勢圖等。

7）文檔管理：對加工程序文檔、設(shè)備文檔、工序計劃文檔、工藝文檔等加工過程文檔進行下發(fā)、閱讀、收集管理。

8）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：定義車間設(shè)備、人員、事件、物料、工藝路線、事件定義、質(zhì)檢模板、生產(chǎn)線定義、工作日歷等業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)下發(fā)到終端。

9）系統(tǒng)管理：提供系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、終端數(shù)據(jù)管理等功能。

10）虛擬終端和自定義：模擬業(yè)務(wù)終端進行報工、事件場景，以便分析無法自動采集的工序信息。提供標(biāo)準接口，支持客戶進行自定義功能的開發(fā)。

11）機器控制：開關(guān)機、解鎖等功能。

4 服務(wù)器軟件開發(fā)

服務(wù)器基礎(chǔ)通信服務(wù)是整個軟件最重要的功能，該功能的開發(fā)直接能反映整個機聯(lián)網(wǎng)的通信質(zhì)量和服務(wù)功能的效率。采用成熟的服務(wù)通信框架是該功能成功與否的關(guān)鍵。

GatewayWorker基于Workerman開發(fā)的一個項目框架，以多進程、百萬級并發(fā)量的技術(shù)優(yōu)勢用于快速開發(fā)長連接應(yīng)用，例如app推送服務(wù)端、即時IM服務(wù)端、游戲服務(wù)端、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等。

Gateway負責(zé)接收客戶端的連接以及連接上的數(shù)據(jù)，然后Worker接收Gateway發(fā)來的數(shù)據(jù)做處理，然后再經(jīng)由Gateway把結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給其它客戶端。每個客戶端都有很多的路由到達另外一個客戶端，例如client⑦與client①可以經(jīng)由相關(guān)路徑完成數(shù)據(jù)通訊。Gateway與Worker之間是基于socket長連接通訊，也就是說Gateway、Worker可以部署在不同的服務(wù)器上，非常容易實現(xiàn)分布式部署，擴容服務(wù)器。Gateway進程只負責(zé)網(wǎng)絡(luò)IO，業(yè)務(wù)實現(xiàn)都在Worker進程上，可以reload Worker進程，實現(xiàn)在不影響用戶的情況下完成代碼熱更新。適用于客戶端與客戶端需要實時通訊的項目。

GatewayWorker提供非常方便的API，可以全局廣播數(shù)據(jù)、可以向某個群體廣播數(shù)據(jù)、也可以向某個特定客戶端推送數(shù)據(jù)。配合Workerman的定時器，也可以定時推送數(shù)據(jù)。主要設(shè)置如下：

$gateway = new Gateway（"tcp：//0.0.0.0：8282"）；// gateway 進程tcp協(xié)議，可用telnet測試

$gateway->count = 4； // gateway進程數(shù)

$gateway->lanIp = 127.0.0.1； // 本機ip，分布式部署時使用內(nèi)網(wǎng)ip

$gateway->registerAddress = 127.0.0.1：1238； // 服務(wù)注冊地址

$gateway->pingInterval = 10； // 心跳間隔

$gateway->pingData = {"type"："ping"}； // 心跳數(shù)據(jù)

class Events是該框架供開發(fā)者進行業(yè)務(wù)開發(fā)的接口類，主要是處理 onConnect客戶端連接、onMessage信息接收和 onClose客戶端關(guān)閉三個方法。整個針織機聯(lián)網(wǎng)的通信基礎(chǔ)服務(wù)在此接口處展開。在Event.php中直接使用$_SERVER[REMOTE_ADDR ]獲得當(dāng)前客戶端ip。數(shù)據(jù)庫配置需要調(diào)用Db.php類，具體連接如下：Db：：instance（db1）->select（name，age）->from（users）->where（age>12）->query（）；

5 總結(jié)與展望

該針織設(shè)備機聯(lián)網(wǎng)建立在針織機電控設(shè)備具有統(tǒng)一的商用以太網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，具有組網(wǎng)方便、軟件結(jié)構(gòu)簡單等特點?？紤]到目前針織企業(yè)中大部分針織機械無統(tǒng)一的通信接口，則開發(fā)通用的數(shù)據(jù)采集器，兼容多種通信協(xié)議，不失為一種萬能的解決方法。

參考文獻：

[1] 錢志鴻，王義君. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用研究[J]. 電子學(xué)報，2012（5）：1023-1029.

[2] 陳海明，崔莉，謝開斌. 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)方法的比較研究[J]. 計算機學(xué)報，2013（1）：168-188.

[3] 沈蘇彬，林闖. 專題前言：物聯(lián)網(wǎng)研究的機遇與挑戰(zhàn)[J]. 軟件學(xué)報，2014（8）：1621-1624.

[4] 田立勤，林闖，張琪，等. 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲可靠性設(shè)計與優(yōu)化分析[J]. 軟件學(xué)報，2014（8）：1625-1639.

[5] 龔鋼軍，孫毅，蔡明明，等. 面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與應(yīng)用方案研究[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2011（20）：52-58.

[6] GatewayWorker2.0 手冊： http：//www.workerman.net/gatewaydoc/