摘要：針對車間產(chǎn)線異常停工，降低產(chǎn)品質(zhì)量和影響作業(yè)效率等問題，提出了安東系統(tǒng)的解決方案。車間現(xiàn)場使用LoRa網(wǎng)絡組件，實現(xiàn)了低成本快速靈活的部署，安東系統(tǒng)管理軟件通過C#軟件和TCP/lP協(xié)議就可實現(xiàn)對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。

關鍵詞：TCP/lP;C#;LoRa;安東系統(tǒng)

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）05-0094-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 背景

當前制造業(yè)面臨著巨大的競爭壓力，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)線的停工時間，時刻關注和控制產(chǎn)品質(zhì)量。安東系統(tǒng)作為精益生產(chǎn)制造管理的一個核心工具，在制造過程利用安東系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的設備、人員、品質(zhì)、物料等問題進行可視化管理，使員工和主管等相關人員能在第一時間發(fā)現(xiàn)問題的根源并解決問題。

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

2 系統(tǒng)設計及關鍵技術(shù)

基于TCP/IP的安東系統(tǒng)管理軟件包括兩個部分：一部分是使用基于LoRa技術(shù)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡部分，另一部分是C#語言開發(fā)的安東系統(tǒng)管理軟件。

系統(tǒng)采用了串口和LoRa網(wǎng)絡將先將現(xiàn)場操作盤的信號采集到LoRa集中器中，集中器和安東系統(tǒng)管理軟件安裝的服務器采用以太網(wǎng)技術(shù)相連接。LoRa集中器IP和服務器IP地址設定在相同的網(wǎng)段，保證LoRa集中器和服務器之間可以正常交換數(shù)據(jù)。在服務器上部署Visual Studi02015開發(fā)平臺和MySQL數(shù)據(jù)庫，使用C#編程語言編寫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)庫中，根據(jù)故障信號等級通過短信或微信發(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)絡結(jié)構(gòu)

LoRa整體網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分為終端和網(wǎng)關。終端節(jié)點可以同時發(fā)給多個基站，一般LoRa終端和網(wǎng)關之間可以通過LoRa無線技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，而網(wǎng)關和服務器之間的交互可以通過TCP/IP協(xié)議。物理連接可以是以太網(wǎng)、4G網(wǎng)和無線網(wǎng)絡等。

2.2 TCP/IP通信協(xié)議的實現(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)絡層、傳輸層和應用層詳見圖1。在安東系統(tǒng)管理軟件與LoRa通信過程中分別與之一一對應。鏈路層：使用LoRa集中器將各工位信號統(tǒng)一成工業(yè)以太網(wǎng)接口;網(wǎng)絡層：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，對不同子網(wǎng)的數(shù)據(jù)包進行路由;傳輸層：定義端口，標識應用程序身份，實現(xiàn)端口到端口的通信;應用層：與通信內(nèi)容有關，定義數(shù)據(jù)格式并按照對應的格式解讀數(shù)據(jù)。Socket是應用層與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，是一組接口，它把復雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面。

2.3 多線程

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

安東系統(tǒng)管理軟件作為服務器端在與LoRa集中器之間TCP[IP通訊就內(nèi)置了多個線程，可以通過多線程程序分別負責實現(xiàn)服務器端偵聽是否有連接的請求并接受客戶端的連接和負責服務器與客戶端通信。

3 LoRa網(wǎng)絡配置

LoRa網(wǎng)絡主要由多個串口轉(zhuǎn)換終端和一個集中器組成。串口轉(zhuǎn)換終端支持RS232和RS485連接方式，參數(shù)設置分為串口基本參數(shù)設置和LoRa參數(shù)設置。串口基本參數(shù)設置如波特率、數(shù)據(jù)位、校驗、停止位等和操作盤保持一致;LoRa參數(shù)設置包括通信速率，通信信道及身份識別的應用ID與集中器保持一致。集中器配置分為服務器參數(shù)和基本參數(shù)。服務器參數(shù)：協(xié)議類型選擇TCP client集中器配置為客戶端，服務器IP和端口與服務器參數(shù)一致;基本參數(shù)設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)點數(shù)量，輪詢的通信數(shù)據(jù)幀和輪詢的時間等。

4 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

安東系統(tǒng)管理軟件程序設計主要由：數(shù)據(jù)采集解析、數(shù)據(jù)業(yè)務邏輯處理和報警信息及處理結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫三部分組成。數(shù)據(jù)業(yè)務邏輯處理和數(shù)據(jù)庫部分根據(jù)客戶的要求會各不相同，這里主要講述TCP服務端通信的實現(xiàn)。

4.1 通信接口設計

TCP通信是面向連接的通信，所以在通信之前，客戶端與服務器端必須通過三次握手建立連接然后在通信完畢，還要通過四次揮手斷開連接。建立連接后首先安東系統(tǒng)管理軟件作為TCP服務器端需要申請一個socket綁定到服務器IP地址和一個端口上，負責監(jiān)聽客戶端的消息;然后客戶端LoRa集中器新建socket連接到服務器指定端口;最后安東系統(tǒng)管理軟件負責監(jiān)聽的socket，監(jiān)聽到客戶端有連接過來了，就創(chuàng)建一個負責和客戶端通信的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連接模式，所有讀寫請求都利用建立的公用通道來完成，這樣讀寫性能更高效，即使多線程調(diào)用情況下也不會受影響。安東系統(tǒng)管理軟件服務器端流程詳見圖2。

4.2 TCP服務器端軟件編程實現(xiàn)

1）服務器端定義用于監(jiān)聽的Socket對象：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）開啟新線程調(diào)用Listen方法進行監(jiān)聽：

Thread th= new Thread（Listen）;

th.IsBackground= true;

th.Start（socketw）;

3） Listen方法中循環(huán)監(jiān)聽，并新建一個socketS負責跟客戶端通信，新建一個線程調(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)、報警匯總、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和系統(tǒng)設置。工位狀態(tài)實時顯示每個工位運行的狀態(tài)，顯示當前報警信息、待處理的報警信息和已經(jīng)處理的報警信息;報警匯總顯示所有已經(jīng)發(fā)生并處理過的報警信息;數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示各工位報警發(fā)生的頻率統(tǒng)計等信息;系統(tǒng)設置可設置報警的延遲時間、報警發(fā)送的短信或微信賬號等。

5 結(jié)束語

隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)精益化管理勢在必行。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發(fā)出信號，可以充分暴露和改善生產(chǎn)現(xiàn)場的問題，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)絡組件實現(xiàn)了車間產(chǎn)線安東系統(tǒng)。同時使用C#語言開發(fā)的安東系統(tǒng)管理軟件，實時采集產(chǎn)線工位的故障信息，存儲故障及故障處理信息，提供短信或微信報警等功能。有效減少了由于設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)。

參考文獻：

[1]馮慶東，楊麗.C#項目開發(fā)全程實錄[M].3版.北京：清華大學出版社.2013.

[2] Karli Waston.C#入門經(jīng)典Christian Nagel[M].3版.北京：清華大學出版社，2006.

[3] Ben Forta.MySQL必知必會[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[4]史蒂文斯.TCP/IP詳解卷1：協(xié)議[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2019 -12 -15

作者簡介：趙勇（1974-），甘肅天水人，工程師，主要從事自動控制系統(tǒng)設計及應用工作。