标题 | 基于针织设备机联网的软件方案研究 |
范文 | 汪松松 摘要:随着物联网的广泛应用,针织企业设备改造升级、信息化管理是一种技术趋势。在研究针织设备机联网架构的基础上,设计基于针织机信息采集与控制的机联网软件,并采用基于GatewayWorker架构的服务端软件开发,具有一定的实用价值。 关键词:针织设备;机联网;软件设计;GatewayWorker 中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)26-0060-02 1 引言 当前,以移动互联网、物联网、云计算、大数据等为代表的新一代信息通信技术(ICT)发展迅猛,物联网通过与其他 ICT 技术的不断融合。特别是在“互联网+”和“中国制造2025”的大背景下,工业机器联网(“机联网”)以提高企业生产效率、提高自动化水平和作为ERP、工业大数据服务基础平台而迅速崛起。《浙江省经济和信息化委员会关于开展企业“机联网”工程建设的意见》中提到:以我省纺织等行业为重点,推进实施行业专用设备联网应用;建立自动化生产线,形成设备物联专用网络,提升自动化水平,促进节能减排和管理效率提升;建立中央数据监控中心,加强设备运行状况实时监视,统一管理生产工艺,并与上层企业管理系统(ERP)数据交换集成。 现有针织机基本以单机运行为主,彼此之间没有联网,一般一个工人管理若干台机器,虽然设备本身有相对比较先进的控制系统,按照打板花样完成编织过程,但是花样文件的传送、设备状态的报告、生产效率的汇总、员工操作的监督全部都是以人工汇总方式完成,实时性和可靠性差,效率也很低,更重要的是难以对生产过程进行数字化的管理,大数据挖掘更不可能。提高纺织装备自动化和智能化水平,主动接入物联网和互联网,利用网络的边际效应和倍增效应,提升纺织业的生产效率和产品对市场的快速响应能力,是有效的手段之一,而加强纺织机械设备的机联网体系建设是实现网络化和智能化的关键。 2 机联网架构 机联网网络架构主要由感知层、网络层和应用层组成。感知层主要是机械设备的对外通信接口,主要功能是信息的输出与输入。网络层主要实现信息的传递、路由和控制,包括延伸网、接入网和核心网,网络层也可依托公众电信网和互联网或行业专用通信网络。应用层包括应用基础设施/中间件和各种物联网应用,主要提供信息处理、计算等通用基础设施、资源调用接口,以此为基础实现物联网在众多领域中的应用。 针织设备的机联网结构有重中心节点硬件、重中心节点软件、重终端信息采集节点等方案。重中心节点硬件方案为开发基于ARM嵌入式的中心数据处理单元,其优势是一旦建立中心节点单元,机联网单元容易以小单元模式的快速建立,但中心硬件开发难度大,功能有限。重中心软件方案为各针织设备通过以太网络连接到中心服务器,其重点是开发中心服务器的机联网应用功能,该方案优势是机联网功能强大,但需要通信网络和机器接口的支持。重终端节点方案为设计支持多种通信接口和协议的终数据采集器,无论针织设备终端接口如何,都能连上数据采集器,适应性强,其问题是开发多功能的数据采集器难度较高。本论文根据针织设备企业新近生产的针织设备以工业以太网接口为通配,开发重中心软件的机联网结构。 3 机联网软件功能设计 根据针织生产企业的功能需求调研,设计机联网功能。 1)计划调度: 根据企业ERP整体生产计划导入生产量和花型,安排针织机器进行生产。远期设计能根据各机器功能、性能、实时情况、纱线等情况,以批量优先、 时间优先、效率优先等进行智能调度。 2)设备监控:设备的状态、故障、事件、人员等相关信息的监控和分析,跟踪设备的正常运行。设备状态实时监控、人员在岗状态实时监控、设备稼动率查询分析、设备故障分析、事件处理、开始加工时间查询、关停机原因分析。 3)节拍分析:对业务终端采集的产品加工节拍、标准工时进行标准对比、同类对比分析,以图形化方式展示。 4)物料监控: 对车间物料进行全方位监控,进行仓库与车间之间、设备与设备间的在制品移转管理,提供车间各地点的在制品现货、收发结存、收发明细等报表。 5)人员绩效:根据业务终端监控数据和地点、人员、设备进行产量统计分析。并且可以根据实际质检合格数调整终端报工的合格数差异。 6)质量管理:质检签到查询、质检报告管理,以及各种质量控制图:均值极差图、CPK分析图、样本运行图、均值运行图、正态检验图、CPK趋势图等。 7)文档管理:对加工程序文档、设备文档、工序计划文档、工艺文档等加工过程文档进行下发、阅读、收集管理。 8)基础数据:定义车间设备、人员、事件、物料、工艺路线、事件定义、质检模板、生产线定义、工作日历等业务系统所需的基础数据,并提供基础数据下发到终端。 9)系统管理:提供系统参数设置、终端数据管理等功能。 10)虚拟终端和自定义:模拟业务终端进行报工、事件场景,以便分析无法自动采集的工序信息。提供标准接口,支持客户进行自定义功能的开发。 11)机器控制:开关机、解锁等功能。 4 服务器软件开发 服务器基础通信服务是整个软件最重要的功能,该功能的开发直接能反映整个机联网的通信质量和服务功能的效率。采用成熟的服务通信框架是该功能成功与否的关键。 GatewayWorker基于Workerman开发的一个项目框架,以多进程、百万级并发量的技术优势用于快速开发长连接应用,例如app推送服务端、即时IM服务端、游戏服务端、物联网、智能家居等。 Gateway负责接收客户端的连接以及连接上的数据,然后Worker接收Gateway发来的数据做处理,然后再经由Gateway把结果转发给其它客户端。每个客户端都有很多的路由到达另外一个客户端,例如client⑦与client①可以经由相关路径完成数据通讯。Gateway与Worker之间是基于socket长连接通讯,也就是说Gateway、Worker可以部署在不同的服务器上,非常容易实现分布式部署,扩容服务器。Gateway进程只负责网络IO,业务实现都在Worker进程上,可以reload Worker进程,实现在不影响用户的情况下完成代码热更新。适用于客户端与客户端需要实时通讯的项目。 GatewayWorker提供非常方便的API,可以全局广播数据、可以向某个群体广播数据、也可以向某个特定客户端推送数据。配合Workerman的定时器,也可以定时推送数据。主要设置如下: $gateway = new Gateway("tcp://0.0.0.0:8282");// gateway 进程tcp协议,可用telnet测试 $gateway->count = 4; // gateway进程数 $gateway->lanIp = 127.0.0.1; // 本机ip,分布式部署时使用内网ip $gateway->registerAddress = 127.0.0.1:1238; // 服务注册地址 $gateway->pingInterval = 10; // 心跳间隔 $gateway->pingData = {"type":"ping"}; // 心跳数据 class Events是该框架供开发者进行业务开发的接口类,主要是处理 onConnect客户端连接、onMessage信息接收和 onClose客户端关闭三个方法。整个针织机联网的通信基础服务在此接口处展开。在Event.php中直接使用$_SERVER[REMOTE_ADDR ]获得当前客户端ip。数据库配置需要调用Db.php类,具体连接如下:Db::instance(db1)->select(name,age)->from(users)->where(age>12)->query(); 5 总结与展望 该针织设备机联网建立在针织机电控设备具有统一的商用以太网络基础上,具有组网方便、软件结构简单等特点。考虑到目前针织企业中大部分针织机械无统一的通信接口,则开发通用的数据采集器,兼容多种通信协议,不失为一种万能的解决方法。 参考文献: [1] 钱志鸿,王义君. 物联网技术与应用研究[J]. 电子学报,2012(5):1023-1029. [2] 陈海明,崔莉,谢开斌. 物联网体系结构与实现方法的比较研究[J]. 计算机学报,2013(1):168-188. [3] 沈苏彬,林闯. 专题前言:物联网研究的机遇与挑战[J]. 软件学报,2014(8):1621-1624. [4] 田立勤,林闯,张琪,等. 物联网监测拓扑可靠性设计与优化分析[J]. 软件学报,2014(8):1625-1639. [5] 龚钢军,孙毅,蔡明明,等. 面向智能电网的物联网架构与应用方案研究[J]. 电力系统保护与控制,2011(20):52-58. [6] GatewayWorker2.0 手册: http://www.workerman.net/gatewaydoc/ |
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