張貴軍,陳 凱,徐建明,禹鑫燚

(浙江工業(yè)大學 信息工程學院，浙江 杭州 310023)

MES實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設計與開發(fā)

張貴軍,陳 凱,徐建明,禹鑫燚

(浙江工業(yè)大學 信息工程學院，浙江 杭州 310023)

針對離散制造業(yè)各系統(tǒng)之間相互獨立、缺乏數(shù)據(jù)共享，而導致功能重疊等信息孤島問題，基于面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，設計開發(fā)了MES實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng).使用OPC Server實現(xiàn)現(xiàn)場設備狀態(tài)的實時采集，通過Socket實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換，采用WebSocket即時通信技術(shù)實現(xiàn)服務器與瀏覽器之間數(shù)據(jù)的實時推送.設計一種可靠的通信協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的可靠傳輸，有效解決了上層計劃系統(tǒng)與下層控制系統(tǒng)之間的通信問題，用戶可以通過PC瀏覽器遠程監(jiān)測現(xiàn)場設備的工作狀態(tài).MES實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)成本低、運行穩(wěn)定且維護簡便，可以替代傳統(tǒng)崗位式監(jiān)測方式，具有較高的研究和市場應用價值.

MES系統(tǒng)；監(jiān)測系統(tǒng)；實時數(shù)據(jù)采集

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)工廠的生產(chǎn)加工模式已不再適合高速發(fā)展的信息化時代，制造業(yè)面臨著巨大的壓力.目前，由于制造業(yè)各系統(tǒng)之間相互獨立、缺乏數(shù)據(jù)共享而導致功能重疊等一系列信息孤島問題，阻斷了制造信息在工廠水平方向的傳遞，嚴重地制約工廠各系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)，降低制造業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展水平，阻礙制造業(yè)信息化和工業(yè)化的進程[1].2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會上，德國政府提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，目的是提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領先機.經(jīng)李克強總理簽批，中國版的“工業(yè)4.0”規(guī)劃《中國制造2025》由國務院于2015年5月8日公布，在2015年10月十八屆五中全會通過“十三五”規(guī)劃后，成為最熱門的焦點之一[2].1990年美國先進制造研究公司(AMR)首次提出的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)是面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，處于底層工業(yè)控制系統(tǒng)與上層計劃管理系統(tǒng)之間，有效地解決了上層計劃系統(tǒng)與下層控制系統(tǒng)之間的信息通信，將生產(chǎn)與管理有機地結(jié)合起來，對工廠制造業(yè)整體水平的提升具有重要意義[3-4].在歐美發(fā)達國家，研究人員和企業(yè)管理者對MES進行大量研究，不僅在理論研究上取得顯著的成就，而且在應用上也走在世界前列[5-7].國內(nèi)對MES的理論研究起步比較晚，研究深度和廣度也落后于歐美西方國家，在企業(yè)中的應用也剛剛起步，主要停留在MES體系架構(gòu)、內(nèi)涵以及思想的研究上，應用系統(tǒng)的開發(fā)局限于MES單一功能[8-10].

針對某企業(yè)模塊化柔性制造綜合實訓系統(tǒng)，應用以太網(wǎng)、無線網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸通道，瀏覽器為客戶端，開發(fā)基于OPC Server的數(shù)據(jù)采集終端，實現(xiàn)基于Socket和WebSocket的實時數(shù)據(jù)的傳輸和展示，最終實現(xiàn)基于Web的MES實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的設計與開發(fā).

1 系統(tǒng)總體設計

MES實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，采用OPC技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)場設備過程狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集；采用Socket技術(shù)，實現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下數(shù)據(jù)采集終端和Web服務器之間的數(shù)據(jù)通信；采用WebSocket技術(shù)，實現(xiàn)Web服務器與瀏覽器之間數(shù)據(jù)的即時通信.系統(tǒng)主要包括需求分析、系統(tǒng)架構(gòu)設計以及功能設計與實現(xiàn)三部分，功能設計主要包括數(shù)據(jù)采集終端、Web服務器和通信協(xié)議三大模塊.

1.1 需求分析

MES實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)基于模塊化柔性制造綜合實訓系統(tǒng)，通過對現(xiàn)場設備的過程狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸、處理、顯示，實現(xiàn)對該模塊化柔性制造綜合實訓系統(tǒng)運行過程的智能監(jiān)測.模塊化柔性制造綜合實訓系統(tǒng)工作流程如圖1所示，主要由上料、串聯(lián)機器人示教搬運、液壓沖壓、并聯(lián)機器人加工、圖像檢測搬運、落料、噴涂烘干、圖像處理、加蓋、穿銷、檢測、條形碼自動黏貼與掃描、分揀輸送、提升機械手、物流倉儲、堆垛解垛及行車機械手等單元組成.

圖1 模塊化柔性制造綜合實訓系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow chart of integrated training system for modular flexible manufacturing

針對該實訓系統(tǒng)工作流程，實現(xiàn)對互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)實訓系統(tǒng)工作流程和工作狀態(tài)的多用戶實時監(jiān)測.監(jiān)測內(nèi)容包括聯(lián)機狀態(tài)監(jiān)測和單機狀態(tài)監(jiān)測，單機狀態(tài)監(jiān)測設備運行狀態(tài)、工件運行模擬動畫等；聯(lián)機狀態(tài)監(jiān)測設備運行狀態(tài)、工件運行位置、報警及工件運行模擬動畫等.

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

MES實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)包括三層架構(gòu)，如圖2所示.三層架構(gòu)由數(shù)據(jù)采集層、Web服務器層以及客戶端層組成，數(shù)據(jù)采集層包括過程控制層(PCS)和基于C++語言的OPC客戶端的設計與開發(fā)；Web服務器層包括MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的獲取、手工采集數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)倉庫的搭建和發(fā)布；客戶端層包括數(shù)據(jù)的獲取和顯示.數(shù)據(jù)采集層與過程控制層以SIMATIC NET作為OPC Server連接現(xiàn)場設備的媒介，通過OPC客戶端采集現(xiàn)場設備運行的過程數(shù)據(jù)；Web服務器層通過Socket技術(shù)實現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集層之間數(shù)據(jù)的實時通信；客戶端層通過WebSocket技術(shù)實現(xiàn)與Web服務器層之間數(shù)據(jù)的即時通信.

2 數(shù)據(jù)采集終端設計

傳統(tǒng)的現(xiàn)場設備實時數(shù)據(jù)采集方案，每個應用軟件開發(fā)商都需要提供專用的接口函數(shù)來存取現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)信息.由于設備種類多種多樣，產(chǎn)品經(jīng)常升級，往往給用戶和開發(fā)商帶來巨大的工作負擔，不符合工作的實際需求.

圖2 MES實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of MES real-time data monitoring system

2.1 OPC技術(shù)

OPC技術(shù)是以OLE、組件對象模型COM、分布式組件對象模型DCOM以及ActiveX技術(shù)為基礎，用于過程控制的OLE技術(shù)[11].OPC通過提供一套標準的OLE/COM接口，完成從服務器數(shù)據(jù)源提取數(shù)據(jù)并傳輸?shù)娇蛻舳耍且环N具有高效性、開放性、可靠性和可互操作性的即插即用的設備驅(qū)動程序[12].

OPC服務器主要由OPC服務器對象(Server)、OPC組對象(Group)以及OPC項對象(Item)三類邏輯對象模型組成.Server對象是Group對象的容器，Group對象是Item對象的容器，Item對象是OPC服務器到數(shù)據(jù)源的一個物理連接，通過Server，Group，Item三層接口，連接到OPC Server的硬件裝置.其關系圖如圖3所示.

圖3 OPC服務器對象關系Fig.3 Relationship of OPC server object

2.2 客戶端設計與開發(fā)

數(shù)據(jù)采集終端以OPC Server為基礎，通過Server, Group, Item三層接口與現(xiàn)場設備的端口通道建立連接，OPC Server和OPC Group通過OPC Item與現(xiàn)場設備的I/O進行數(shù)據(jù)交換，提取現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)信息.數(shù)據(jù)存儲接口用于數(shù)據(jù)入庫，對數(shù)據(jù)進行備份以及歷史分析.數(shù)據(jù)通信接口通過Socket實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)跨平臺數(shù)據(jù)交互.系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示.

圖4 數(shù)據(jù)采集終端結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagram of data acquisition terminal

OPC服務器組對象的工作方式有冷連接和熱連接兩種方式.對于溫度、流量和速度等變化周期相對固定的信號，采用冷連接的工作方式，設置合理的采樣周期對現(xiàn)場設備實時數(shù)據(jù)進行采集.對于報警、控制命令等變化周期不固定的信號和事件觸發(fā)信號，采用熱連接的工作方式，及時獲取現(xiàn)場設備的實時數(shù)據(jù).根據(jù)服務器對象的工作方式將現(xiàn)場設備的547路數(shù)據(jù)分為冷連接和熱連接兩種讀取數(shù)據(jù)的模式，其中冷連接423路，熱連接124路.表1為冷連接方式讀取數(shù)據(jù)的部分設備數(shù)據(jù)地址，表2為熱連接方式讀取數(shù)據(jù)的部分設備數(shù)據(jù)地址.

表1 冷連接方式讀取部分數(shù)據(jù)地址

表2 熱連接方式讀取部分數(shù)據(jù)地址

3 Web服務端設計

Web服務器的設計與開發(fā)是基于B/S架構(gòu)的監(jiān)測系統(tǒng)的核心內(nèi)容，主要包括監(jiān)測客戶端、實時數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)庫存儲等模塊的設計與開發(fā).

3.1 Socket技術(shù)

TCP/IP協(xié)議是Internet最基本的協(xié)議，主要由網(wǎng)絡層IP協(xié)議和傳輸層TCP協(xié)議構(gòu)成.Socket又稱“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄，用來實現(xiàn)不同虛擬機或不同計算機之間的通信[13].TCP/IP是一種可靠的網(wǎng)絡通信協(xié)議，通過在通信兩端各自創(chuàng)建一個套接字(Socket),形成可靠地的網(wǎng)絡虛擬鏈路，從而兩端程序通過網(wǎng)絡虛擬鏈路進行通訊[14].

在客戶端/服務器通信模式中，Socket是通信連接兩端的收發(fā)器，服務器和客戶端都通過Socket來收發(fā)數(shù)據(jù).客戶端需要主動創(chuàng)建與服務器連接的Socket，服務器端收到客戶端的連接請求，創(chuàng)建與客戶端連接的Socket.

Socket連接過程分為三個步驟，包括服務器監(jiān)聽、客戶端請求及連接確認，如圖5所示.服務器端套接字一直處于等待連接的狀態(tài)，實時監(jiān)測網(wǎng)絡中的Socket連接，并不定位特定的客戶端.當客戶端套接字發(fā)起連接請求且連接目標與服務器端的套接字相匹配時，服務器端套接字監(jiān)聽到客戶端的連接請求并響應客戶端套接字的請求，同時通過創(chuàng)建新線程把服務器端的套接字的描述發(fā)送給客戶端.如果客戶端確認收到的套接字，則創(chuàng)建與服務器端進行數(shù)據(jù)實時通信的Socket連接.而服務器端的套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，繼續(xù)接收其他客戶端套接字的連接請求.

3.2 WebSocket技術(shù)

WebSocket協(xié)議是一個網(wǎng)絡協(xié)議，允許兩個相連的端在一個單一的TCP連接上進行全雙工消息通信.WebSocket協(xié)議基于TCP的協(xié)議，與TCP連接的建立過程類似，但與傳統(tǒng)的基于TCP連接的協(xié)議有所不同的是WebSocket協(xié)議的握手過程需要從HTTP協(xié)議發(fā)起連接[15].連接的發(fā)起者發(fā)送一個專門制定的HTTP請求，其中包含連接的WebSocket端點的URL，稱為打開階段握手.如果服務器接受連接，制定一個稱為打開階段握手響應的特殊的HTTP響應并發(fā)送回客戶端.此時，保證WebSocket消息的往返傳遞TCP連接創(chuàng)建，一直保持活躍直到任意一方?jīng)Q定終止連接，或者是某些外部因素導致連接關閉[16].圖6為WebSocket 協(xié)議握手過程的示意圖.

圖5 Socket通信模式Fig.5 Socket communication mode

圖6 WebSocket實時通信圖Fig.6 Structure diagram of WebSocket real-time communication

首先，瀏覽器客戶端向服務器發(fā)起WebSocket握手請求，并發(fā)送基于HTTP協(xié)議的請求報文.然后，服務器收到客戶端的WebSocket發(fā)送的握手請求報文并對握手請求報文進行解析，如果握手請求報文滿足WebSocket協(xié)議條件，則向客戶端發(fā)送WebSocket握手應答，并發(fā)送基于HTTP的應答報文.最后，客戶端收到服務器端的WebSocket應答報文并對應答報文進行解析驗證，如果驗證成功，則創(chuàng)建WebSocket連接，雙方建立全雙工通信，否則客戶端主動斷開連接.

3.3 Web服務器端

WebSocket服務器端主要包括實時數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)倉庫模塊和實時數(shù)據(jù)推送模塊三部分.實時數(shù)據(jù)獲取模塊基于Socket實時通信技術(shù)，實現(xiàn)WebSocket服務器與數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)交換，為保證數(shù)據(jù)的唯一性和一致性，提高多用戶并發(fā)訪問效率，只創(chuàng)建唯一的Socket連接.數(shù)據(jù)倉庫模塊由手工采集數(shù)據(jù)、MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)組建而成，是基于B/S架構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源.實時數(shù)據(jù)推送模塊基于WebSocket即時通信技術(shù)，實現(xiàn)瀏覽器客戶端與WebSocket服務器之間的通信，采用廣播傳送方式通信，WebSocket服務器向所有客戶端發(fā)送同一份數(shù)據(jù)包，客戶端篩選對應的數(shù)據(jù)，保證實時監(jiān)測客戶端數(shù)據(jù)的唯一性和一致性.

數(shù)據(jù)推送結(jié)構(gòu)圖如圖7所示.首先，瀏覽器客戶端向WebSocket服務器發(fā)起連接請求，連接成功后創(chuàng)建WebSocket服務器與客戶端實時數(shù)據(jù)傳輸通道.然后，WebSocket服務器通過數(shù)據(jù)庫通信接口從數(shù)據(jù)庫中提取手工采集的數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)通信接口獲取MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù).最后，WebSocket服務器通過實時數(shù)據(jù)傳輸通道將實時數(shù)據(jù)推送到瀏覽器客戶端.

圖7 基于廣播式數(shù)據(jù)推送結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Structure diagram of data push based on broadcast

4 通信協(xié)議的設計

網(wǎng)絡通信協(xié)議三要素包括語法、語義及時序.語法規(guī)定信息的格式；語義規(guī)定通信雙方怎么去做；時序規(guī)定事件的先后順序.傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流以包的形式進行傳輸，包括發(fā)送方的請求包、普通數(shù)據(jù)包、結(jié)束包及接收方發(fā)出的響應數(shù)據(jù)包.

請求包是發(fā)送方發(fā)給接收方的協(xié)議包，并用于向接收方發(fā)出發(fā)送文件的請求.ENQ表示請求包的包標識，占用1個字節(jié)，值為5.Size表示傳送文件的長度，占用4個字節(jié).NameLength表示文件名的長度，占用1個字節(jié).Name表示傳送文件的名稱，占用長度有文件名長度字節(jié)內(nèi)容決定.校驗占用1個字節(jié)，是從ENQ開始到校驗前所有字節(jié)的異或運算和.

普通數(shù)據(jù)包是發(fā)送方向接收方發(fā)送具有固定長度的數(shù)據(jù)包，固定位1 028字節(jié)長度.STX是普通數(shù)據(jù)包的包標識，占用1個字節(jié)，值為2.Number用于標識當前數(shù)據(jù)包在整個傳輸過程中的順序號，占用2個字節(jié).Data為傳輸?shù)木唧w內(nèi)容，占用1 024個字節(jié).校驗占用1個字節(jié)，是從STX開始到校驗前所有字節(jié)的異或運算和.

結(jié)束包是發(fā)送方向接收方發(fā)送的最后一個數(shù)據(jù)包，長度不固定.ETX是結(jié)束包的包標識，占用1個字節(jié)，值為3.Length表示數(shù)據(jù)包傳送數(shù)據(jù)的長度，占用2個字節(jié).Data表示傳送的具體數(shù)據(jù)內(nèi)容，長度由數(shù)據(jù)長度的值決定.校驗占用1個字節(jié)，是從ETX開始到校驗前所有字節(jié)的異或運算和.

響應包是接收方發(fā)給發(fā)送方的應答信息，占用1個字節(jié)，有效的取值如表3所示.

表3 響應包取值及其含義

通信過程分為發(fā)送請求和發(fā)送文件兩個過程.發(fā)送方發(fā)送請求包，等待應答方響應.若發(fā)送方收到應答方的ACK響應，發(fā)送普通數(shù)據(jù)包；若收到應答方的NAK響應，重發(fā)請求包；若收到應答方的CAN響應，則取消本次發(fā)送請求.發(fā)送方將待發(fā)送的文件以1 024字節(jié)為單位拆分為N個數(shù)據(jù)片段，最后一個數(shù)據(jù)片段長度不定，小于或等于1 024字節(jié).當發(fā)送數(shù)據(jù)片段序號小于N-1時，使用普通數(shù)據(jù)包格式發(fā)送數(shù)據(jù)片段，若應答方接受正確，發(fā)送ACK響應，繼續(xù)發(fā)送下一個數(shù)據(jù)片段；若發(fā)送方收到NAK響應，則重發(fā)上一次發(fā)送的普通數(shù)據(jù)包.當發(fā)送數(shù)據(jù)片段序號為N時，使用結(jié)束包數(shù)據(jù)格式發(fā)送第N個數(shù)據(jù)片段.若接收方接受正確，發(fā)送ACK響應，則通信正常結(jié)束；若接收到響應NAK，則發(fā)送方重發(fā)第N個數(shù)據(jù)片段的結(jié)束包.

數(shù)據(jù)包采用JSON數(shù)據(jù)格式封裝，數(shù)據(jù)封裝格式如圖8所示.為了減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇笮?，提高傳輸?shù)男剩瑢⒉杉臄?shù)據(jù)根據(jù)開關量和模擬量進行分組，每組再將數(shù)據(jù)分為不同的數(shù)據(jù)塊.針對開關量，用一組0～255的數(shù)來表示8位狀態(tài)量.針對每一組的數(shù)據(jù)塊，用JSON數(shù)組進行封裝，減少JSON格式數(shù)據(jù)的鍵占用過多的數(shù)據(jù)空間.數(shù)據(jù)塊名稱即為JSON數(shù)組的鍵值，數(shù)據(jù)長度表示JSON格式數(shù)據(jù)的字節(jié)長度，鍵值為long，數(shù)據(jù)表示即為JSON格式數(shù)據(jù)，鍵值為data.

圖8 數(shù)據(jù)封裝格式Fig.8 The format of data encapsulation

5 系統(tǒng)實現(xiàn)

MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)采用C++語言，基于SIMATIC NET V12服務器，開發(fā)OPC數(shù)據(jù)采集客戶端，實現(xiàn)現(xiàn)場設備過程數(shù)據(jù)的實時采集；采用Java語言，基于Spring+Hibernate+Struts2框架，應用Socket和WebSocket實時通信技術(shù)，實現(xiàn)基于Web的實時監(jiān)測系統(tǒng)的設計與開發(fā).

模塊化柔性制造綜合實訓系統(tǒng)工作方式分為聯(lián)機工作和單機工作兩種方式，聯(lián)機工作方式是托盤傳送工料依次經(jīng)過每個生產(chǎn)單元的加工工藝，將工料加工為工件，合格工件放入倉庫，不合格工件分揀出來，托盤進入下一個循環(huán)生產(chǎn).單機工作方式是托盤傳送工料從單個單元加工工藝從開始到結(jié)束的工作流程.工料加工過程中單元工作狀態(tài)即為工料基本信息以及工料加工信息，代表了工料加工過程中的機器的工作狀態(tài)和工料加工為工件的質(zhì)量信息.模塊化柔性制造綜合實訓系統(tǒng)現(xiàn)場如圖9(a)所示.

MES實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)工作流程如圖10所示.實時監(jiān)測客戶端向WebSocket服務器發(fā)起連接請求或關閉請求，如果WebSocket服務器發(fā)起的是連接請求，則添加當客戶端連接，客戶端連接數(shù)N=N+1，若當前客戶端連接數(shù)N不為1，WebSocket服務器從數(shù)據(jù)采集終端獲取數(shù)據(jù)并且向所有客戶端推送數(shù)據(jù)，否則WebSocket服務器向數(shù)據(jù)采集終端發(fā)起Socket連接請求，創(chuàng)建Socket通信通道，并向所有客戶端推送數(shù)據(jù)；如果WebSocket服務器發(fā)起的是關閉請求，則刪除當前客戶端連接，客戶端連接數(shù)N=N-1，若當前連接數(shù)N為0，則關閉Socket連接.

圖9 模塊化柔性制造綜合實訓系統(tǒng)及監(jiān)測界面Fig.9 Integrated training system for modular flexible manufacturing

圖10 系統(tǒng)工作流程Fig.10 Working flow chart of the system

MES實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)同時包括聯(lián)機狀態(tài)和單機狀態(tài)兩種類型監(jiān)測界面.聯(lián)機狀態(tài)主要監(jiān)測產(chǎn)品在生產(chǎn)流水線上各個單元的工作情況以及產(chǎn)品所處于生產(chǎn)流水線的位置，如圖9(b)所示.單機狀態(tài)主要監(jiān)測每個單元脫離生產(chǎn)流水線自主運行過程中該單元運行的流程的動畫模擬以及該單元運行過程中各個狀態(tài)，如圖11所示.圖11依次表示上料、落料、噴涂烘干、圖像檢測、加蓋、穿銷、檢測、條形碼識別及分揀等單元單機運行時，設備的運行狀態(tài)和動作狀態(tài).

圖11 單機狀態(tài)監(jiān)測界面Fig.11 The interface of single condition monitoring

6 結(jié) 論

設計并開發(fā)一款MES實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的采集監(jiān)測系統(tǒng)相比，解決了上層計劃系統(tǒng)與下層控制系統(tǒng)之間的信息通信，將生產(chǎn)與管理有機地結(jié)合起來.同時系統(tǒng)長時間運行穩(wěn)定、開發(fā)成本較低且升級維護方便簡單.采用B/S架構(gòu)，基于互聯(lián)網(wǎng)、云服務，通過PC設備瀏覽器遠程監(jiān)測現(xiàn)場，可以替代傳統(tǒng)的崗位式的監(jiān)測方式，提高了作業(yè)效率.

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(責任編輯：陳石平)

Design and development of MES real-time data monitoring system

ZHANG Guijun, CHEN Kai, XU Jianming, YU Xinyi

(College of Information Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China)

To address the information islands problem in discrete manufacturing industry, which are caused by the independence of system to each other and lack of data sharing, MES real-time data monitoring system is designed and developed based on manufacturing execution system (MES) for manufacturing enterprise workshop. OPC Server, Socket and WebSocket are used for the real-time data acquisition of the state of field equipment, the exchange of network data, and real-time delivery of data between servers and browsers respectively. The reliable communication protocols are designed for transforming of network data, and the communication issues between the upper planning system and the lower control system can be effectively solved. The state of field equipment can be remotely monitored by users through the PC browser. Stable operation, low development costs, and easy maintenance are the advantages of the developed MES real-time data monitoring system which can replace the traditional monitoring method. It is of high value for research and application.

MES system; monitoring system; real-time data monitoring

2016-10-20

國家自然科學基金資助項目(61075062，61573317)；浙江省大學生科技創(chuàng)新活動計劃(新苗人才計劃)(2016R403083)

張貴軍(1974—)，男，山西陽泉人，教授，博士生導師，研究方向為智能信息處理、優(yōu)化理論與應用以及智能制造等，E-mail：zgj@zjut.edu.cn.

TP39

A

1006-4303(2017)04-0401-08