齊沖 路進軍

摘? 要：該文根據(jù)工業(yè)監(jiān)控軟件的特點以及工控行業(yè)的現(xiàn)實需求，結合目前相關軟件技術的發(fā)展水平和趨勢，將虛擬現(xiàn)實技術融入工業(yè)監(jiān)控領域中，設計了一種基于Unity3D和Redis的成本低、可靠性強、自由度高的新型工業(yè)組態(tài)軟件。該文詳細闡述了該軟件的設計思想、系統(tǒng)結構與技術原理，并利用該軟件在典型的自動化生產(chǎn)線中進行了實際應用，取得了預期的效果。

關鍵詞：工業(yè)監(jiān)控? Unity3D? Redis

近年來，工業(yè)制造向精細化、智能化等高端方向的發(fā)展趨勢愈發(fā)明顯，這對企業(yè)生產(chǎn)自動化的管控能力以及各類過程信息的集成要求也越來越高。傳統(tǒng)的現(xiàn)場工業(yè)監(jiān)控軟件由于其廣泛的適配性及實施成本的限制，對部分有特殊需求如三維可視化能力的生產(chǎn)場合的支持能力明顯不足。與此同時，隨著信息化技術的廣泛普及和各類自動化軟件工具的開源推廣，使得監(jiān)控軟件的設計門檻正在下降，使得更多的行業(yè)專家基于本行業(yè)的實際特點自行設計適配性更高的工業(yè)監(jiān)控軟件。尤其是當前，虛擬現(xiàn)實技術的快速發(fā)展以及廣泛應用給各行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)帶來了新的啟示與技術體驗，這也為工控自動化行業(yè)帶了新的發(fā)展動力。

該文基于上述的工業(yè)監(jiān)控軟件的發(fā)展趨勢及背景，采用三維引擎Unity3d、REDIS開源內存數(shù)據(jù)庫、SQL server關系型數(shù)據(jù)庫以及亞控公司的King I/O server數(shù)據(jù)采集器，設計了一款能夠實現(xiàn)三維可視化監(jiān)控畫面的工業(yè)實時監(jiān)控軟件，并在某機械加工生產(chǎn)線上進線了實際的應用。

1? 系統(tǒng)結構設計

該文設計的監(jiān)控軟件基于模塊化思想，靈活組合各功能組件，將數(shù)據(jù)采集與過程控制融為一體，構成用戶的應用軟件。從軟件工程的角度出發(fā)以及軟件開發(fā)工作的需要，該文將軟件開發(fā)分為圖形組態(tài)模塊、實時管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)庫存儲與管理模塊。

在圖形化人機交互方面，該文主要利用Unity3D引擎的強大場景交互能力以及能與大部分相關應用程序協(xié)同工作的兼容性。Unity3D內置的物理引擎帶來能夠逼真的互動效果，具備完善的光影渲染系統(tǒng)[1]。在該文設計的軟件中，運行時的人機交互界面含場景漫游、設備運行監(jiān)控、圖文報表（報警及數(shù)據(jù)標簽）的展示均在Unity3D引擎的支持下實現(xiàn)。

在實時性數(shù)據(jù)處理方面，工業(yè)車間的實時數(shù)據(jù)量往往巨大且存在各種類型，為了保證軟件具備與傳統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫相同的高效性和穩(wěn)定性，平臺采用了Redis集群來處理實時數(shù)據(jù)。Redis是一個KEY-VALUE形式的緩存存儲系統(tǒng)，根據(jù)官方實驗數(shù)據(jù)，在操作系統(tǒng)Linux 2.6下，其50個并發(fā)進程執(zhí)行100000個請求，讀的速度是110000次/s，寫的速度是81000次/s[2]。尤其是Redis的各類操作具備原子性、一致性的特點，符合工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫的需求。

在歷史數(shù)據(jù)處理方面，該文考慮采用SQL server關系型數(shù)據(jù)庫來處理歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)對系統(tǒng)應用人員有極其重要的參考價值。它從實時數(shù)據(jù)庫中得到且與時間有關，反映了實體在某一特定時刻的狀態(tài)[3]。該文主要考慮SQL SERVER有易用性強的特點，特別是近年來在并發(fā)存儲與查詢方面的能力不斷增強，且與許多其他服務器軟件緊密關聯(lián)的集成性、良好的性價比以及更為完整的表結構[4]，在一定程度上比傳統(tǒng)的實時歷史庫更能滿足該文的需求，因此使用SQL SERVER來進行歷史數(shù)據(jù)的存儲和管理。

在數(shù)據(jù)采集方面，該文利用北京亞控科技公司的KingIOServer的工業(yè)通用IO數(shù)據(jù)通信平臺，其支持主流通訊協(xié)議及各類數(shù)據(jù)庫，尤其是其多語言的API接口為該文軟件的數(shù)據(jù)采集服務模塊的開發(fā)及應用提供了便利條件。

2? 關鍵技術

在工業(yè)監(jiān)控軟件中，實時性及高可用性是軟件設計開發(fā)的重點考慮部分同時也是關鍵技術。在該軟件開發(fā)結構中，利用KingIOServer內部通信API的SDK，快速高效地與KingIOServer進行通信，同時把數(shù)據(jù)采集與Redis服務連接到一起，在內存中完成對數(shù)據(jù)的格式處理、操作、發(fā)送，從而保證數(shù)據(jù)的處理時效性。

Redis集群設計為6個節(jié)點、3個主節(jié)點、3個從節(jié)點，分布在3臺物理服務器，每臺服務器上1個主節(jié)點、1個從節(jié)點，將Redis的主節(jié)點與從節(jié)點相互錯開，若是有一臺服務器故障，Redis服務仍然有效。

3? 應用實例

為了檢驗對該文監(jiān)控軟件的實際應用能力，該文結合行業(yè)內某機械加工生產(chǎn)線進行了基于該平臺的監(jiān)控系統(tǒng)的設計。

該生產(chǎn)線屬于典型的離散型全自動機加生產(chǎn)線，雖然實現(xiàn)了全自動化，但信息該文設計的監(jiān)控軟件，對原生產(chǎn)線的監(jiān)控系統(tǒng)進行了改造設計。

通過3D場景建立、數(shù)據(jù)集成及人機交互與功能的設計，實現(xiàn)了利用現(xiàn)場的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)驅動三維模型，動態(tài)展現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的設備狀態(tài)、工藝流程、技術參數(shù)，實現(xiàn)了生產(chǎn)線監(jiān)控三維可視化，提高了人機交互的效率及準確性。

4? 結語

該文基于UNITY開發(fā)的工業(yè)實時監(jiān)控軟件具備良好的三維可視化展示能力，其監(jiān)控自由度高，人機交互體驗性好，功能適配性強，外部接口豐富，可以與廠區(qū)內其他信息系統(tǒng)進行交互關聯(lián)，實現(xiàn)信息的集中采集、集中分析與集中應用管理等，解決信息孤島問題，為生產(chǎn)現(xiàn)場提供了有效的管控手段，較市場上傳統(tǒng)的組態(tài)軟件而言，其可視化、信息化的能力都得到了顯著提高，具備良好的推廣價值。

參考文獻

[1] 倪樂波，戚鵬，遇麗娜，等.Unity3d產(chǎn)品虛擬展示技術的研究與應用[J].數(shù)字技術與應用，2010（9）：1.

[2] 邱書洋.Redis緩存技術研究及應用[D].鄭州大學，2015.

[3] 王琳，喻成，李昌一.實時數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].河北理工學院學報，2003，25（4）：2.

[4] 郭珺.基于SQL Server的主動式數(shù)據(jù)轉儲技術研究[D].哈爾濱工程大學，2017.