基于TCP/IP的安東系統(tǒng)管理軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)車間產(chǎn)線異常停工，降低產(chǎn)品質(zhì)量和影響作業(yè)效率等問(wèn)題，提出了安東系統(tǒng)的解決方案。車間現(xiàn)場(chǎng)使用LoRa網(wǎng)絡(luò)組件，實(shí)現(xiàn)了低成本快速靈活的部署，安東系統(tǒng)管理軟件通過(guò)C#軟件和TCP/lP協(xié)議就可實(shí)現(xiàn)對(duì)車間工位信息的采集和管理。有效地提高了產(chǎn)線的效率，為公司的精益管理提供了技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：TCP/lP;C#;LoRa;安東系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）05-0094-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 背景

當(dāng)前制造業(yè)面臨著巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力，必須不斷地提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。為了提高生產(chǎn)效率，必須減少生產(chǎn)線的停工時(shí)間，時(shí)刻關(guān)注和控制產(chǎn)品質(zhì)量。安東系統(tǒng)作為精益生產(chǎn)制造管理的一個(gè)核心工具，在制造過(guò)程利用安東系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備、人員、品質(zhì)、物料等問(wèn)題進(jìn)行可視化管理，使員工和主管等相關(guān)人員能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的根源并解決問(wèn)題。

本文采用LoRa技術(shù)，在產(chǎn)線的各個(gè)工位布置RS485終端采集安東系統(tǒng)按鍵操作盤信號(hào)，各工位信號(hào)通過(guò)LoRa網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳輸?shù)郊衅?，集中器按照固定時(shí)間輪詢產(chǎn)線工位，安東系統(tǒng)管理軟件通過(guò)TCP/IP與集中器通訊，采集工位信號(hào)，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和異常處理過(guò)程的完整信息記錄在MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)

基于TCP/IP的安東系統(tǒng)管理軟件包括兩個(gè)部分：一部分是使用基于LoRa技術(shù)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)部分，另一部分是C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的安東系統(tǒng)管理軟件。

系統(tǒng)采用了串口和LoRa網(wǎng)絡(luò)將先將現(xiàn)場(chǎng)操作盤的信號(hào)采集到LoRa集中器中，集中器和安東系統(tǒng)管理軟件安裝的服務(wù)器采用以太網(wǎng)技術(shù)相連接。LoRa集中器IP和服務(wù)器IP地址設(shè)定在相同的網(wǎng)段，保證LoRa集中器和服務(wù)器之間可以正常交換數(shù)據(jù)。在服務(wù)器上部署Visual Studi02015開(kāi)發(fā)平臺(tái)和MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，使用C#編程語(yǔ)言編寫TCP/IP通訊程序，采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)和處理結(jié)果插入數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)故障信號(hào)等級(jí)通過(guò)短信或微信發(fā)送故障信息。利用多線程技術(shù)完成TCP/IP通訊

2.1 LoRa網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

LoRa整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為終端和網(wǎng)關(guān)。終端節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)發(fā)給多個(gè)基站，一般LoRa終端和網(wǎng)關(guān)之間可以通過(guò)LoRa無(wú)線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器之間的交互可以通過(guò)TCP/IP協(xié)議。物理連接可以是以太網(wǎng)、4G網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等。

2.2 TCP/IP通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

TCP/IP協(xié)議概念層模型中分為四層自下而上分別為鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層詳見(jiàn)圖1。在安東系統(tǒng)管理軟件與LoRa通信過(guò)程中分別與之一一對(duì)應(yīng)。鏈路層：使用LoRa集中器將各工位信號(hào)統(tǒng)一成工業(yè)以太網(wǎng)接口;網(wǎng)絡(luò)層：使用TCP/IP協(xié)議中的IP協(xié)議定義了網(wǎng)段地址，區(qū)分網(wǎng)段，對(duì)不同子網(wǎng)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由;傳輸層：定義端口，標(biāo)識(shí)應(yīng)用程序身份，實(shí)現(xiàn)端口到端口的通信;應(yīng)用層：與通信內(nèi)容有關(guān)，定義數(shù)據(jù)格式并按照對(duì)應(yīng)的格式解讀數(shù)據(jù)。Socket是應(yīng)用層與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，是一組接口，它把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面。

2.3 多線程

一個(gè)正在運(yùn)行的應(yīng)用程序在操作系統(tǒng)中被視為一個(gè)進(jìn)程。線程是進(jìn)程中的基本執(zhí)行單元，是操作系統(tǒng)分配CPU時(shí)間的基本單位，一個(gè)進(jìn)程可以包含若干個(gè)線程，在進(jìn)程入口執(zhí)行的第一個(gè)線程被視為這個(gè)進(jìn)程的主線程。在.NET應(yīng)用中，都是以Main（）方法作為入口的。

安東系統(tǒng)管理軟件作為服務(wù)器端在與LoRa集中器之間TCP[IP通訊就內(nèi)置了多個(gè)線程，可以通過(guò)多線程程序分別負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端偵聽(tīng)是否有連接的請(qǐng)求并接受客戶端的連接和負(fù)責(zé)服務(wù)器與客戶端通信。

3 LoRa網(wǎng)絡(luò)配置

LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由多個(gè)串口轉(zhuǎn)換終端和一個(gè)集中器組成。串口轉(zhuǎn)換終端支持RS232和RS485連接方式，參數(shù)設(shè)置分為串口基本參數(shù)設(shè)置和LoRa參數(shù)設(shè)置。串口基本參數(shù)設(shè)置如波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)、停止位等和操作盤保持一致;LoRa參數(shù)設(shè)置包括通信速率，通信信道及身份識(shí)別的應(yīng)用ID與集中器保持一致。集中器配置分為服務(wù)器參數(shù)和基本參數(shù)。服務(wù)器參數(shù)：協(xié)議類型選擇TCP client集中器配置為客戶端，服務(wù)器IP和端口與服務(wù)器參數(shù)一致;基本參數(shù)設(shè)置集中器工作在輪詢喚醒模式，通信的串口轉(zhuǎn)換終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量，輪詢的通信數(shù)據(jù)幀和輪詢的時(shí)間等。

4 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

安東系統(tǒng)管理軟件程序設(shè)計(jì)主要由：數(shù)據(jù)采集解析、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)邏輯處理和報(bào)警信息及處理結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫(kù)三部分組成。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)邏輯處理和數(shù)據(jù)庫(kù)部分根據(jù)客戶的要求會(huì)各不相同，這里主要講述TCP服務(wù)端通信的實(shí)現(xiàn)。

4.1 通信接口設(shè)計(jì)

TCP通信是面向連接的通信，所以在通信之前，客戶端與服務(wù)器端必須通過(guò)三次握手建立連接然后在通信完畢，還要通過(guò)四次揮手?jǐn)嚅_(kāi)連接。建立連接后首先安東系統(tǒng)管理軟件作為TCP服務(wù)器端需要申請(qǐng)一個(gè)socket綁定到服務(wù)器IP地址和一個(gè)端口上，負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)客戶端的消息;然后客戶端LoRa集中器新建socket連接到服務(wù)器指定端口;最后安東系統(tǒng)管理軟件負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)的socket，監(jiān)聽(tīng)到客戶端有連接過(guò)來(lái)了，就創(chuàng)建一個(gè)負(fù)責(zé)和客戶端通信的socket，等待接收連接程序和發(fā)送數(shù)據(jù)等。安東系統(tǒng)管理軟件需要不斷的讀取LoRa集中器的信息所以建立長(zhǎng)連接模式，所有讀寫請(qǐng)求都利用建立的公用通道來(lái)完成，這樣讀寫性能更高效，即使多線程調(diào)用情況下也不會(huì)受影響。安東系統(tǒng)管理軟件服務(wù)器端流程詳見(jiàn)圖2。

4.2 TCP服務(wù)器端軟件編程實(shí)現(xiàn)

1）服務(wù)器端定義用于監(jiān)聽(tīng)的Socket對(duì)象：把IP和端口綁定到Socket上：

Socket socketw= new Socket（AddressFamily.InterNetwork，

SocketType.Stream， Protoc olType.Tcp）;

IPAddress ip= IPAddress.Parse（" 192. 168.1.208”）;

IPEndPoint point= new IPEndPoint（ip， 1883）;

socketw.Bind（point）;

socketw.Listen（10）;

2）開(kāi)啟新線程調(diào)用Listen方法進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)：

Thread th= new Thread（Listen）;

th.IsBackground= true;

th.Start（socketw）;

3） Listen方法中循環(huán)監(jiān)聽(tīng)，并新建一個(gè)socketS負(fù)責(zé)跟客戶端通信，新建一個(gè)線程調(diào)用Receive方法用于接收消息：

Socket socketS;

void Listen（object o）

f Socket socketWatch=o as Socket;

while （true）

{ socketS= socketWatch.Accept0;

dicSocket.Add（socketS.RemoteEndPoint.ToString0， socketS）;

while （true）

{Thread th= new Thread（Receive）;

th.IsBackground= true;

th.Start（socketS）;）】】

Dictionary dicSocket = new Dictionarv0;

4） Receive方法中循環(huán)處理接收的消息：

void Receive（object o）

{Socket socketSend=o as Socket;

while （true）

{ try

{byteo buffer= new byte[36];

int len= socketSend.Receive（buffer）;

if （len==0）{break;）

string str= Encoding.UTF8.GetString（buffer，0， len）;）

catch{¨

4.3 系統(tǒng)界面

安東系統(tǒng)管理軟件界面包括工位狀態(tài)、報(bào)警匯總、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)置。工位狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示每個(gè)工位運(yùn)行的狀態(tài)，顯示當(dāng)前報(bào)警信息、待處理的報(bào)警信息和已經(jīng)處理的報(bào)警信息;報(bào)警匯總顯示所有已經(jīng)發(fā)生并處理過(guò)的報(bào)警信息;數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示各工位報(bào)警發(fā)生的頻率統(tǒng)計(jì)等信息;系統(tǒng)設(shè)置可設(shè)置報(bào)警的延遲時(shí)間、報(bào)警發(fā)送的短信或微信賬號(hào)等。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)精益化管理勢(shì)在必行。安東系統(tǒng)將生產(chǎn)線工位與管理者相連，在任何有異常狀況時(shí)發(fā)出信號(hào)，可以充分暴露和改善生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題，有效地提高作業(yè)效率，為企業(yè)的精益化管理提供了有效的技術(shù)支撐。

本文基于TCP/IP通訊技術(shù)，使用LoRa網(wǎng)絡(luò)組件實(shí)現(xiàn)了車間產(chǎn)線安東系統(tǒng)。同時(shí)使用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的安東系統(tǒng)管理軟件，實(shí)時(shí)采集產(chǎn)線工位的故障信息，存儲(chǔ)故障及故障處理信息，提供短信或微信報(bào)警等功能。有效減少了由于設(shè)備故障或物料不足而造成的生產(chǎn)線的停線情況，為企業(yè)生產(chǎn)和管理提供了技術(shù)依據(jù)。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2019 -12 -15

作者簡(jiǎn)介：趙勇（1974-），甘肅天水人，工程師，主要從事自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用工作。