基于SOAP技術的MPS遠程控制探索

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

關鍵詞：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系統采用了西門子STEP7編程軟件、SIMIT仿真軟件和PROFIBUS現場總線技術，有效地提高了設備的使用效率，滿足了中國對應用型人才培訓的需求。

現有的MPS控制系統存在一些缺陷。在實際生產加工中，需要對倉庫現有物料在類型和數目有一個統籌上的認識，而現有控制系統在硬件上缺少組態監控，難以仿真實際供料配送情況。此外，現有控制系統大多架構在Windows平臺下，不能在異質平臺下運作。本研究提出了基于SOAP技術的開發方案，并對跨平臺、跨語言的MPS監控系統提出了展望。

1 背景介紹

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

雖然現場總線體現了分布、開放、互聯、高可靠性等優點，但且前種類繁多、標準不一，很多人都希望以太網技術能介入設備低層，取代現場總線技術。在工廠、車間級監控領域中，以太網已有不少成功的案例，一批工業級產品也已問世并投入實際應用，例如基于無線以太網控制技術的西門子設備已經用于工業機器人領域，此外在一些新技術展示中也能看到以太網技術用于工業控制的身影。

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

MPS教學系統雖然是針對工業生產的教學實訓系統，但由于其工作在實驗室等相對簡單的環境，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切換而產生的大量高頻電磁波，因此系統傳輸的可靠性較高，同時，作為教學仿真系統，MPS對實時性的要求也較低。因此，討論MPS系統基于以太網的監控方式具有相當的可行性。

1.2 基于以太網的工業控制研究采用PHP開發監控系統配合MySQL網絡數據庫，并應用SOAP技術來開發網絡控制程式與遠程監控機制，不僅能避免一般監控系統架構的限制，更能有效地整合各異質系統，開發跨平臺、跨語言的整合式遠程監控系統環境，降低系統的復雜度進而提升監控系統的效能。網站服務器通過局域網絡，將所有收集到的數據儲存于網絡數據庫中，不僅可隨時掌握設備狀況亦可掌控生產情形，更能在突發狀況前發出預警以控制生產質量提高產能。

2 PHP與SOAP技術

應用PHP撰寫網頁程序，并以SOAP技術來開發網絡控制程序與遠程監控機制。

2.1 PHP將監控系統架構于web基礎上，系統的即時性與穩定度大都取決于網絡設備傳輸速率和開發軟件的執行效率，PHP與其它CGt(公共網關界面，Common Gateway Interface)相比，執行效率較高。

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，從穩定度角度，PHP要比NSAPI或lSAPI等采用動態連結方式的技術安全。

因此，基于整體考慮(系統兼容性、執行效率、穩定度與安全性)，本研究選用PHP作為系統的開發軟件。

2.2 SOAP目前系統多以各自所熟悉的技術所建構，系統間并沒有一套標準化的架構。例如Windows操作系統所使用的是DCOM；而UNIx系統則利用COR8A提供服務。這些分布式對象傳輸協議在因特網上會受到防火墻的限制，無法通過導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議SOAP(simpleobject access protocol)。SOAP多以VB、VC作為系統開發工具，使用者需在服務器端下載其相關組件并進行安裝，才能啟動該軟件進行監控的動作。且該系統僅適用于單一作業平臺，并不適用于目前企業內部多系統平臺的作業環境。采用PHP技術不僅能夠提高系統執行效能，并且不需要額外生成可執行文件來執行程序，免除了軟件安裝與啟動的步驟。因此，以XML作為數據傳輸的標準格式，能夠有效的處理各種異質系統間數據交換的問題，并突破傳統分布式對象易受防火墻阻隔的限制。此結構已獲得多數廠商表態支持。

3 MPS遠程監控系統的架構探索

綜上分析，一套適應MPS教學仿真系統遠程監控需要的監控系統，應該是這樣的一種網絡：

首先，它是基于SOAP的。利用SOAP技術開發跨平臺遠程監控系統，將系統架構在HTTP通訊標準之上，監控系統可以自行產生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相互交換信息，生產機臺上的控制器則以Socket封包型式與監控系統互聯，在此監控系統架構下的各監控服務器也可通過Internet或Intranet以相同SOAP封包的型式相互交換信息，且不受各系統服務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控信息系統。

其次，它擁有易用的監視方式。本研究涉及的MPS教學培訓系統實際模擬工廠生產線的運作情形，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攝像機，每隔相應距離架設以太網攝影機作為實時影像監控的影像傳輸設備，遠端的管理者不需用任何專業軟件，只要標準的網絡瀏覽器即可監視其影像，此外，還可以控制攝像機云臺鏡頭的動作或對系統配置進行操作。

第三，它擁有靈活的監控終端設備。如果在實驗室里架設一臺無線基站，使用者就可以使用具有無線上網功能的筆記本電腦、PDA或其它移動設備進行機臺的監控，建構一個在無線網絡環境下的移動設備系統。程序部份以模塊化的對象來架構此監控系統，在使用者瀏覽前先判斷瀏覽器類型，以適當的分辨率播放監控畫面。如果監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，則選擇實時影像監控；如果是屏幕較小的便攜設備如PDA等，則可以考慮不做影像輸出，而僅將監控結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控網站。在監控網站中應當整合機臺選擇、實時影像監控、機臺設備I/O狀態監控、設備說明、控制指令與檔案上傳、機臺動作控制等功能，從而體現靈活性與適應性。使用者可以隨時掌握目前生產系統的運作狀態。在監控畫面上，以影像方式顯示目前的生產系統運作狀態，使用者不必閱讀枯燥乏味的數據，而只要在狀況產生時，再進行數據回溯及追蹤即可。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，經數據庫比對無誤后，方可進入系統。

最后，它具有SOAP Agents信息數據交換機制。一般而言，監控系統所收集的數據僅能在該封閉式系統架構下被讀取。為使監控系統收集的實時生產信息能被其它相關信息系統存取與應用，因此可以考慮利用SOAP技術結合代理機制，使生產過程中的實時生產信息能夠立即通過代理轉換為XML的數據格式，應用SOAP技術通過網絡傳遞數據，達到跨平臺，跨語言的目的。監控系統與控制器之間以TCP／IP通訊協議作為信息傳遞的通道，因此，監控系統本身必須含有將此TCP／IP信息封包轉換為XML數據格式的能力，意即監控服務器同時也扮演著信息代理的角色將所有來自控制器的數據能夠立即轉換為XML數據格式，并通過HTi-P通訊協議供遠程使用者存取及應用。

4 研究結果

本研究展望了以PHP開發監控系統配合My SQL網絡數據庫、借助SOAP技術來開發網絡控制程序與遠端監控機制，通過Web平臺整合具有網絡互聯、生產數據監控、跨平臺擴充及移動設備終端人機界面等功能開發自動化設備的整合式遠程監控系統。適合MPS教學仿真系統遠程監控功能的網絡已呼之欲出，指日可待。