基于網(wǎng)絡(luò)通訊的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

岳強(qiáng)

摘要：本章首先分析網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件的總體需求。隨后根據(jù)總體需求確定軟件的總體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)、軟件架構(gòu)。最后，總結(jié)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程涉及到的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)通訊;設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng);關(guān)鍵技術(shù)

隨著企業(yè)發(fā)展的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的本地設(shè)備監(jiān)控方式已不能滿足企業(yè)大范圍、遠(yuǎn)距離監(jiān)控的需求，因此通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)倪h(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

一、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件總體需求

以一個(gè)堆垛搬運(yùn)的產(chǎn)線為例，單件產(chǎn)品通過(guò)傳輸帶由其他地方輸送到裝箱機(jī)器人工作區(qū)域，裝箱機(jī)器人負(fù)責(zé)將單件產(chǎn)品裝箱，裝箱完畢后發(fā)送一個(gè)信號(hào)給碼垛機(jī)器人，碼垛機(jī)器人準(zhǔn)備作業(yè)，同時(shí)裝箱機(jī)器人將裝好的單件產(chǎn)品放入碼垛機(jī)器人的傳輸帶上，通過(guò)傳輸帶將裝好的單件產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)酱a垛機(jī)器人工作范圍內(nèi)，碼垛機(jī)器人開(kāi)始碼垛作業(yè)。

從上面的生產(chǎn)線產(chǎn)品流程可知，生產(chǎn)線需要具備以下幾點(diǎn)要求：

（1）由于生產(chǎn)線中機(jī)器人較多，各個(gè)機(jī)器人之間需要良好的協(xié)調(diào)性;

（2）及時(shí)發(fā)現(xiàn)每一個(gè)機(jī)器人的運(yùn)行故障，并且需要立即處理，以把現(xiàn)場(chǎng)損失降低到最小降低勞力和財(cái)力的輸出;

（3）為客戶企業(yè)提供機(jī)器人的在線監(jiān)控、管理等服務(wù)。

依照以上需求，我們建立的機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件必須具有以下功能：

（1）機(jī)器人設(shè)備組織管理。用戶可以自行添加或刪除機(jī)器人設(shè)備的相關(guān)信息，比如機(jī)器人設(shè)備的出廠口期、控制器型號(hào)等，便于操作者了解當(dāng)前機(jī)器人的信息。

（2）通訊功能。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件必須能夠獲取或者發(fā)送相應(yīng)指令，并且網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)穩(wěn)定，同時(shí)具有網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)提示功能，在此基礎(chǔ)知識(shí)，還需滿足同時(shí)連接多臺(tái)機(jī)器人設(shè)備的要求。

（3）監(jiān)測(cè)功能。包括機(jī)器人各坐標(biāo)軸的位置數(shù)據(jù)顯示、各坐標(biāo)軸的速度數(shù)據(jù)顯示、工作狀態(tài)顯示和工作模式顯示以及寄存器顯示功能及各舊點(diǎn)的狀態(tài)顯示等。為了便于操作者觀察，所有信息其中速度和位置形成曲線圖，更加形象顯示出機(jī)器人設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

二、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)軟件的總體需，監(jiān)控軟件需要一套與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵐δ?，包括程序文件的傳輸和參?shù)的傳輸。在通訊功能的基礎(chǔ)上，監(jiān)控軟件需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并且需要同時(shí)連接多臺(tái)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一臺(tái)控制器的工作狀態(tài)，另外對(duì)于機(jī)器人的附加信息比如制造廠商等信息進(jìn)行錄入和存儲(chǔ)。由于監(jiān)控軟件是面向用戶的，必須有一個(gè)良好的操作界面，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行管理。

在線機(jī)器人層：在線設(shè)備通過(guò)以太網(wǎng)與監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

傳輸層：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)橋接的方式將各個(gè)路由器聯(lián)網(wǎng)，形成局域網(wǎng)。

三、基于網(wǎng)絡(luò)通訊的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件的總體架構(gòu)把模塊分為：網(wǎng)絡(luò)通訊功能、并行監(jiān)控功能和由人機(jī)交互界面，數(shù)據(jù)監(jiān)控包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)通訊包括協(xié)議的選擇與實(shí)現(xiàn)，界面模塊包括四個(gè)界面開(kāi)發(fā)。

（一）網(wǎng)絡(luò)通訊功能

網(wǎng)絡(luò)通訊功能必須要滿足連接多臺(tái)控制器的功能需求，每一臺(tái)控制器通過(guò)以太網(wǎng)連接到局域網(wǎng)中，同時(shí)安裝有監(jiān)控軟件的電腦也通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到同一個(gè)局域網(wǎng)中，通過(guò)識(shí)別不同IP來(lái)識(shí)別不同控制器，達(dá)到連接多臺(tái)控制器的目的，以便集中管理及監(jiān)控;由于整個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)中既有Windows操作系統(tǒng)的平臺(tái)（安裝監(jiān)控軟件），又有Linux操作系統(tǒng)的平臺(tái)（控制器系統(tǒng)），通訊功能必須具有跨平臺(tái)通訊服務(wù)功能;準(zhǔn)確并且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸功能是監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，通訊服務(wù)的內(nèi)容包括參數(shù)服務(wù)、文件服務(wù)等內(nèi)容，參數(shù)服務(wù)具有傳輸數(shù)據(jù)的功能，文件服務(wù)具有傳輸文件的功能;根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)功能需要采用不同的通訊協(xié)議，合理利用不同通訊協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，減少資源浪費(fèi)，避免丟幀現(xiàn)象的發(fā)生。

所以，其他功能模塊的實(shí)現(xiàn)都會(huì)受到通訊功能模塊的影響，繼而影響整個(gè)監(jiān)控軟件的功能。通訊模塊必須滿足以下幾點(diǎn)要求：第一，能夠準(zhǔn)確的與控制主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;

第二，能夠與控制主機(jī)建立穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

（二）監(jiān)控功能

監(jiān)控軟件的核心功能根據(jù)功用劃分為并行監(jiān)控、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和信息管理三大功能，具體功能的特征描述如下：

（1）并行監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)多臺(tái)機(jī)器人的監(jiān)控，通過(guò)界面上相應(yīng)控件的切換實(shí)現(xiàn)不同在線機(jī)器人的狀態(tài)顯示，并保持每一臺(tái)機(jī)器人與PC端的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不變，隨時(shí)提供報(bào)警功能。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控功能提供對(duì)機(jī)器人各項(xiàng)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，包括周期性數(shù)據(jù)和非周期性數(shù)據(jù)。周期性數(shù)據(jù)包括機(jī)器人各坐標(biāo)軸的位置數(shù)據(jù)顯示、各坐標(biāo)軸的速度數(shù)據(jù)顯示、工作狀態(tài)顯示和工作模式顯示等;非周期性數(shù)據(jù)包括寄存器顯示功能及各舊點(diǎn)的狀態(tài)顯示等，通過(guò)以上兩類數(shù)據(jù)可以幫助用戶診斷當(dāng)前機(jī)器人的狀態(tài)。

（3）信息管理提供機(jī)器人相關(guān)信息錄入和保存，包括該機(jī)器人的控制系統(tǒng)型號(hào)、生產(chǎn)廠家、所在的生產(chǎn)部門(mén)、網(wǎng)絡(luò)IP地址、機(jī)器人ID等信息，其中機(jī)器人的控制系統(tǒng)型號(hào)、生產(chǎn)廠家、所在的生產(chǎn)部門(mén)為非必須信息，網(wǎng)絡(luò)IP地址、機(jī)器人ID為必須信息，合理分配計(jì)算機(jī)資源，使操作簡(jiǎn)單。

（三）人機(jī)交互界面

與用戶直接接觸的就是界面模塊，用戶通過(guò)界面直觀了解機(jī)器人的具體信息，用戶可以通過(guò)鼠標(biāo)的點(diǎn)擊、鼠標(biāo)中鍵的滑動(dòng)訪問(wèn)或者修改數(shù)據(jù)。界面模塊按功能需求分為五個(gè)子界面，針對(duì)不同數(shù)據(jù)類型，設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面，另外設(shè)計(jì)了為了保存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)界面、歷史數(shù)據(jù)界面以及樹(shù)形控件，其中樹(shù)形控件是為了操作者能夠快速導(dǎo)航以選擇相應(yīng)的機(jī)器人，數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)界面是為了保存機(jī)器人的編號(hào)、出廠口期等，歷史數(shù)據(jù)界面是為了保存機(jī)器人的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在界面的風(fēng)格和布局以及操作方式上做了再三斟酌，目的是為了呈現(xiàn)一個(gè)美觀并且操作方便的界面。

四、結(jié)語(yǔ)

基于網(wǎng)絡(luò)通訊的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的監(jiān)控，并可對(duì)突發(fā)緊急情況進(jìn)行處理，以確保在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)安全隱患，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)控的現(xiàn)代化管理，不足之處在于監(jiān)控部分尚不具備入侵檢測(cè)的功能，以后將繼續(xù)完善這方面的工作。

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