基于B/S架構(gòu)的軸承座生產(chǎn)線遠程監(jiān)控系統(tǒng)

■ 沈陽機床（集團）有限責任公司 （遼寧 110142） 徐兆成

目前出現(xiàn)多種針對數(shù)控機床或設備的監(jiān)控系統(tǒng)，一定程度上滿足了生產(chǎn)者的要求，但其仍存在一定的問題，有很大的改進空間。通常，監(jiān)控系統(tǒng)只供本地使用，其應用空間受限于局域網(wǎng)絡的范圍。遠程監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)后，一定程度上擴展了其應用空間，實現(xiàn)了異地遠程監(jiān)控，但由于其設備和系統(tǒng)的專業(yè)性和獨立性很強，不能實現(xiàn)跨平臺跨系統(tǒng)的監(jiān)控。沒有解決利用多種終端設備如手機、平板電腦對設備進行監(jiān)控的難題。通常的監(jiān)控系統(tǒng)只對設備數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)反饋給監(jiān)控人員的信息是抽象的數(shù)據(jù)，沒有具體的圖形或仿真動畫。為了解決上述存在的技術(shù)問題，本文給出一種基于B/S架構(gòu)的軸承座生產(chǎn)線跨平臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)采用基于B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡監(jiān)控方式，實現(xiàn)了實時讀寫數(shù)控系統(tǒng)各參數(shù)、實時視頻監(jiān)控、實時動畫仿真、加工程序在線傳輸、工件信息管理、生產(chǎn)線報警管理、刀具管理和生產(chǎn)線性能分析等功能。監(jiān)控終端可為PC機、移動電話或平板電腦，系統(tǒng)平臺支持Windows、Linux、IOS或Android操作系統(tǒng)。使用者可不受地域、訪問終端類型、操作系統(tǒng)種類和版本的限制，省去了安裝客戶端軟件的麻煩，通過局域網(wǎng)或者是互聯(lián)網(wǎng)，只需在終端計算機和手機上的瀏覽器中輸入域名或者IP地址，就可以對數(shù)控加工生產(chǎn)線進行遠程監(jiān)控。實現(xiàn)了對數(shù)控加工生產(chǎn)線的跨平臺遠程監(jiān)控，本監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用基于ASP. NET、JavaScript、JQuery和SQL Server等技術(shù)開發(fā)的網(wǎng)頁式程序。

1.基于B/S架構(gòu)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

（1）B/S架構(gòu)(Browser/Server，瀏覽器/服務器模式)，是web興起后的一種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)模式，web瀏覽器是客戶端最主要的應用軟件。這種模式統(tǒng)一了客戶端，將系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心部分集中到服務器上，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用。客戶機上只要安裝一個瀏覽器，如Netscape Navigator或Internet Explorer，服務器安裝SQL Server、Oracle或MYSQL等數(shù)據(jù)庫。瀏覽器通過Web Server 同數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互。如圖1所示為B/S架構(gòu)。

圖1 B/S架構(gòu)

（2）監(jiān)控系統(tǒng)主要功能如下：①提供人機交互接口，根據(jù)不同工件和工況，對生產(chǎn)線的主要運行參數(shù)進行設定。②工件信息數(shù)據(jù)庫，準確記錄每個工件參數(shù)，為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和誤差溯源技術(shù)打下基礎(chǔ)。③設備狀態(tài)遠程監(jiān)控，實時采集生產(chǎn)線上設備的運行狀態(tài)，集中到幾個頁面中顯示，便于人員監(jiān)視，一旦出現(xiàn)故障，能夠及時維修。④遠程診斷，當本地技術(shù)人員無法解決故障時，異地的技術(shù)專家可以通過互聯(lián)網(wǎng)查看故障狀態(tài)，如果配有攝像頭，則更能及時地給出關(guān)鍵的指導意見。⑤設備性能分析，基于設備運行的實時數(shù)據(jù)進行智能分析，為提高機床開動率、提高生產(chǎn)效率指明了方向。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)總體構(gòu)成。基于B/S架構(gòu)的數(shù)控加工生產(chǎn)線跨平臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)，由一臺工業(yè)服務器l、若干臺網(wǎng)絡攝像機2A、2B……2N，兩臺交換機3A、3B，一臺無線路由器4及終端設備組成；其中交換機3A與安裝在各個工位的網(wǎng)絡攝像機聯(lián)網(wǎng)，用于采集生產(chǎn)線的實時視頻信息；交換機3B與生產(chǎn)線中數(shù)控機床的開放式數(shù)控系統(tǒng)、PLC控制器聯(lián)網(wǎng)，用于實時采集生產(chǎn)線中數(shù)控機床的數(shù)據(jù)信息；所述的工業(yè)服務器l用于匯總處理交換機采集的數(shù)據(jù)信息，并存儲至數(shù)據(jù)庫；終端設備可選用計算機5、移動電話6或平板電腦7。終端設備通過無線路由器4或互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)服務器l連接，實時查看監(jiān)控生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)信息。工業(yè)服務器用于匯總處理交換機采集的數(shù)據(jù)信息，并存儲至數(shù)據(jù)庫；終端設備通過路由器或互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)服務器連接，完成查看監(jiān)控生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)信息，終端設備可選用計算機、移動電話或平板電腦。如圖2所示為監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖3所示為監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖。

2.基于B/S架構(gòu)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)

監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程如下：工業(yè)服務器采用雙網(wǎng)卡服務器，通過交換機3A、3B與生產(chǎn)線中數(shù)控機床的開放式數(shù)控系統(tǒng)、PLC控制器和網(wǎng)絡攝像機聯(lián)網(wǎng)，服務器上運行的后臺程序?qū)ιa(chǎn)線運行數(shù)據(jù)進行采集，處理后存儲到數(shù)據(jù)庫；終端設備通過路由器或互聯(lián)網(wǎng)連接到服務器，運用瀏覽器以網(wǎng)頁的方式查看監(jiān)控數(shù)據(jù)。該監(jiān)控系統(tǒng)采用基于B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡監(jiān)控方式，實現(xiàn)了實時讀寫數(shù)控系統(tǒng)各參數(shù)、實時視頻監(jiān)控、實時動畫仿真、加工程序在線傳輸、工件信息管理、生產(chǎn)線報警管理、刀具管理及生產(chǎn)線性能分析等功能。監(jiān)控終端不受設備類別（PC機、移動電話和平板電腦）及系統(tǒng)平臺（Windows、Linux、IOS及Android等）的限制，實現(xiàn)了對數(shù)控加工生產(chǎn)線的跨平臺遠程監(jiān)控，流程如圖4所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

監(jiān)控系統(tǒng)解決了跨平臺監(jiān)控的問題，可以跨平臺的遠程監(jiān)控方式，使用戶可以通過網(wǎng)絡遠程訪問服務器。而終端設備不依賴硬件環(huán)境，可以是個人電腦、移動電話或平板電腦；同時，也不依賴于Windows、Linux、IOS及Android等系統(tǒng)平臺，客戶端均可以訪問本監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)（瀏覽器和服務器架構(gòu)）開發(fā)，這種模式將系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心部分集中到了服務器端，客戶端不需要安裝任何軟件，只需要一個瀏覽器即可輕松地訪問本監(jiān)控系統(tǒng)，這樣的好處是大大減輕了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。

監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)置程序包括實時動畫模擬程序，解決了生產(chǎn)線運行狀態(tài)實時動畫仿真問題。可以實時再現(xiàn)生產(chǎn)線的加工狀態(tài)，清晰直觀地反映出當前生產(chǎn)線的運行情況。它包括以下步驟：首先采集當前生產(chǎn)線加工零件信息，然后根據(jù)當前生產(chǎn)線的狀態(tài)初始化動畫模型，生產(chǎn)線每運行一步會向客戶端發(fā)送一個信息，客戶端接收到信息后，將該信息轉(zhuǎn)換成相應的動作指令，客戶端程序會根據(jù)動作指令運行相應的動畫，從而模擬出當前生產(chǎn)線運行狀態(tài)，輕松地實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目的。流程如圖5所示。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

圖5 動畫工作流程

實時動畫模擬功能采用相對安全的客戶端腳本語言JavaScript實現(xiàn)，通過DOM（Document Object Model，文檔對象模型）技術(shù)，可以動態(tài)地改變用戶頁面上元素的屬性和方法，顯示隱藏狀態(tài)，或者動態(tài)地添加刪除元素，從而實現(xiàn)動畫模擬的效果，DOM技術(shù)使得用戶和頁面的交互性大大增強。再通過AJAX技術(shù)，使得客戶端直接與服務器進行通信，在不重新加載頁面的情況下進行數(shù)據(jù)交換。客戶端不斷獲取服務器端的動作指令，通過DOM技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)線動畫的模擬，實現(xiàn)了一種交互式網(wǎng)頁應用開發(fā)技術(shù)。如圖6所示為網(wǎng)頁式監(jiān)控系統(tǒng)。

圖6 網(wǎng)頁監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)采用網(wǎng)絡攝像機代替?zhèn)鹘y(tǒng)攝像機，實時監(jiān)控每臺機床上零件的加工狀態(tài)。網(wǎng)絡攝像機除了具備一般傳統(tǒng)攝像機的圖像捕捉功能外，其內(nèi)部還配備有數(shù)字化壓縮控制器和基于web的操作系統(tǒng)，每臺網(wǎng)絡攝像機都有自己的IP地址，因此，可以利用網(wǎng)線直接與網(wǎng)絡設備（交換機或者路由器）連接。這樣，視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮加密，通過局域網(wǎng)、Internet或無線網(wǎng)絡直接被發(fā)送到客戶端，客戶端無需安裝特殊軟件，采用標準的網(wǎng)絡瀏覽器即讀取視頻數(shù)據(jù)。

監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)置的查詢控件具有自動回傳屬性，將有變化的查詢選項自動回傳給服務器端，服務器端對查詢選項進行判斷處理后，再使用Ajax技術(shù)局部更新網(wǎng)頁，從而實現(xiàn)了網(wǎng)頁數(shù)據(jù)的實時查詢與顯示。

監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫為Microsoft SQL Server 2005。在數(shù)據(jù)庫中編寫存儲過程，將所有的數(shù)據(jù)處理都放在數(shù)據(jù)庫中完成，網(wǎng)頁中不含有數(shù)據(jù)處理的代碼。通過編寫程序?qū)Ψ蠗l件的數(shù)據(jù)數(shù)量進行統(tǒng)計，在頁面載入、查詢選項變化、排序及翻頁時，都能實時顯示正確的數(shù)據(jù)數(shù)量。

3.結(jié)語

本文中描述的監(jiān)控系統(tǒng)，采用基于B/S架構(gòu)的網(wǎng)頁式設計，使用最新版本的高級編程語言進行開發(fā)，與傳統(tǒng)的使用專業(yè)組態(tài)軟件進行開發(fā)相比，開發(fā)更加靈活、功能擴展性更強、對被監(jiān)控設備的兼容性更廣，軟硬件成本均大幅降低。