基于CS模式的企業(yè)局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)_圖文

1、第30卷第2期2004年6月北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)JoURNAL oF BEIJING l fNERS兀Y oF TECHNoLOGYVol_30_2Jun.2004基于C/S模式的企業(yè)局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)費(fèi)仁元1,王民1,徐洪安1,徐小力2,孫宏書2(1.北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院,北京100022;2.北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院機(jī)電系統(tǒng)測(cè)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100085摘要:為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備診斷與維護(hù),同時(shí)向制造設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)(、eb-Mollisen,ice的遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)中心提供有效的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)特征量,提出了Web-MoIliService的子系統(tǒng)基于dS(client/se

2、rver模式的制造設(shè)備企業(yè)局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,建立了系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)模型,探討了方案實(shí)現(xiàn)的技術(shù)策略,利用Labview快速搭建了原型系統(tǒng)并給出了系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)例.運(yùn)行測(cè)試結(jié)果表明,基于C/S模式的設(shè)備企業(yè)局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了制造設(shè)備在生產(chǎn)過程中的狀態(tài)監(jiān)控,具有強(qiáng)大的分析、查詢、診斷功能.關(guān)鍵詞:客戶/服務(wù)器模式;Labview;網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中圖分類號(hào):TH166;TH165.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):02540037(200402013905面向制造設(shè)備全生命周期的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)(WebMomservice是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為制造設(shè)備提供一個(gè)全生命周期的服務(wù),是設(shè)備安全運(yùn)行,提高加工產(chǎn)品質(zhì)量的根

3、本保證.它的主要目標(biāo)是在設(shè)備用戶、設(shè)備供應(yīng)商(制造商和科研院所之間,建立一個(gè)具有遠(yuǎn)程技術(shù)支持和設(shè)備工況信息傳輸、存儲(chǔ)、查詢和顯示,以及遠(yuǎn)程診斷功能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體系.基于C/S模式的企業(yè)局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是WebMomService的子系統(tǒng),目標(biāo)是在制造企業(yè)內(nèi)部建立一個(gè)對(duì)各臺(tái)制造設(shè)備監(jiān)控、診斷、維護(hù)的體系,同時(shí)將本地的設(shè)備監(jiān)控信息向Intemet范圍內(nèi)廣域開放,無限擴(kuò)展,真正做到設(shè)備監(jiān)控信息及診斷資源的共享.1系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架目前網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)按運(yùn)行模式分類,主要有C/S模式和B/S(browser/server模式.B/S模式由于所有應(yīng)用服務(wù)程序均在服務(wù)器端運(yùn)行,因此具有客戶端無須安裝應(yīng)用軟件,系統(tǒng)升級(jí)

4、更新方便,便于管理維護(hù)等優(yōu)點(diǎn).基金項(xiàng)目:北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(KP010*.作者簡介:費(fèi)仁元(194卜,男,浙江鎮(zhèn)海人,教授,博士生導(dǎo)師.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2004年遠(yuǎn)程監(jiān)控、TCP/IP 一造設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控服務(wù)網(wǎng)站f一一一二一開放式數(shù)控系2數(shù)控設(shè)備1現(xiàn)場(chǎng)采集端傳感器組電流/振動(dòng)/AE 開放式數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控設(shè)備2現(xiàn)場(chǎng)采集端傳感器組電流/振動(dòng)/AE圖l基于dS模式的企業(yè)局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖Fig.1111e fmmework of dS based in缸硼et mollitodng2系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)模型面向制造設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)是在企業(yè)局域網(wǎng)中進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行工況的信號(hào)采集

5、、數(shù)據(jù)傳輸及查詢、信號(hào)分析、診斷決策,使傳統(tǒng)意義上的設(shè)備監(jiān)測(cè)終端通過網(wǎng)絡(luò)從設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)延伸到企業(yè)總控室以及企業(yè)各個(gè)本地用戶的計(jì)算機(jī)上,為實(shí)現(xiàn)制造設(shè)備的全生命周期服務(wù)提供最底層的功能實(shí)現(xiàn)1.由此,將目標(biāo)細(xì)化后得到如圖2所示的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)模型.系統(tǒng)按各自所實(shí)現(xiàn)的不同功能可劃分為數(shù)據(jù)采集端、客戶監(jiān)控端和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端.各部分主要功能為:1數(shù)據(jù)采集端.根據(jù)監(jiān)控目標(biāo)的需要配置相應(yīng)的傳感器組,運(yùn)行數(shù)據(jù)采集軟件采集傳感器信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)特征量的提取;從開放數(shù)控單元中提取數(shù)控加工信息,包括數(shù)控加工代碼、系統(tǒng)故障代碼等.該節(jié)點(diǎn)具有雙重角色,既是服務(wù)器又是客戶端.對(duì)于客戶監(jiān)控端來說其作為服務(wù)器為多個(gè)客戶端提供在線監(jiān)

6、控服務(wù);而對(duì)于應(yīng)用服務(wù)器來說,各個(gè)數(shù)據(jù)采集端需要通過特定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議以連續(xù)發(fā)送或定時(shí)發(fā)送的方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用服務(wù)器中,所以它又充當(dāng)客戶端的角色.Web鏡像數(shù)據(jù)庫而數(shù)據(jù)庫r 以太網(wǎng)享登塑一i一一l圈圈國囪匿D她aSocket 控制信息數(shù)據(jù)采集端I 信息酬堂纛數(shù)懂固直酌粵數(shù)控加工設(shè)備圖2C,s模式的企業(yè)局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)模型Rg.2The function aIctlitecture module of(了S baSed inn硼1et mo血todng2客戶監(jiān)控端.該節(jié)點(diǎn)上安裝了一系列的應(yīng)用程序,提供在線監(jiān)控、狀態(tài)識(shí)別、歷史記錄查詢、設(shè)備運(yùn)行日志、狀態(tài)趨勢(shì)預(yù)測(cè)等功能.系統(tǒng)為客戶端登錄用戶

7、進(jìn)行了權(quán)限設(shè)定,授權(quán)用戶可對(duì)本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫以及webMoniService系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的本地鏡像直接進(jìn)行查詢、修改、更新等操作.還可以利用應(yīng)用程序提供的在線監(jiān)控功能直接同數(shù)據(jù)采集端進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的監(jiān)控操作,包括監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)波形,發(fā)送機(jī)床控制信息,對(duì)數(shù)據(jù)采集參數(shù)進(jìn)行設(shè)定等操作.此外還可以進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別操作,包括刀具狀態(tài)識(shí)別以及產(chǎn)品加工過程識(shí)別.第2期費(fèi)仁元等:基于aS模式的企業(yè)局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)策略aS模式的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具有美觀的用戶交互界面、良好的實(shí)時(shí)性和強(qiáng)大的信號(hào)分析處理功能以及靈活的可擴(kuò)充性.虛擬儀器(vimlal ins觚IInent,簡稱VI技術(shù)憑借其圖形化的界面、眾多的信號(hào)分

8、析函數(shù)庫、靈活的擴(kuò)展編程接口和強(qiáng)大的硬件驅(qū)動(dòng)為快速、高效地搭建信號(hào)采集及分析系統(tǒng)提供了徹底的解決方案.因此選用NI公司的LabView技術(shù)作為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)平臺(tái).3.1數(shù)據(jù)通訊方式的選擇數(shù)據(jù)通訊是決定監(jiān)控系統(tǒng)能否順暢穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵.NI公司提供的Datasocket數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議基于TCP/IP工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)底層進(jìn)行了高度封裝,大大簡化了同一計(jì)算機(jī)內(nèi)部或網(wǎng)絡(luò)中不同計(jì)算機(jī)間應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換過程,不用進(jìn)行底層TCP編程就可以很方便地在監(jiān)控系統(tǒng)中共享和發(fā)布現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),非常適合于海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸.通訊流程:首先在應(yīng)用服務(wù)器端啟動(dòng)DataSocketserver,然后在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集端設(shè)定應(yīng)用服務(wù)器端的IP

9、地址,將數(shù)據(jù)以一定格式打包并發(fā)送到應(yīng)用服務(wù)器,應(yīng)用服務(wù)器上的服務(wù)程序?qū)?shù)據(jù)解包處理并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫.3.2Labview的擴(kuò)展編程接口LabView本身提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、分析和處理等功能,但是有些專業(yè)功能LabView無法提供,比如專家系統(tǒng)的推理算法,某些人工智能的模式識(shí)別方法等,而這些對(duì)于構(gòu)建設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)來說又是不可或缺的,因此有必要通過LabView提供的一些外部編程接口來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的外部調(diào)用.可以根據(jù)專業(yè)要求在vC+、MATLAB等軟件平臺(tái)下編好應(yīng)用程序,然后通過bbView中提供的CLF(callinte如ce node以動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL或程序代碼(code的方式調(diào)用這些1

10、ibrary flmction或者CIN(code應(yīng)用程序.作者通過CLF方式在Labview中調(diào)用MATLB中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DLL來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中的狀態(tài)識(shí)別模塊.3.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫以及Web鏡像數(shù)據(jù)庫.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫主要是存儲(chǔ)設(shè)備近期的運(yùn)行工況信息. Web鏡像數(shù)據(jù)庫是Web-MoniServiece系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的本地鏡像,它主要提供各級(jí)用戶身份驗(yàn)證、權(quán)限設(shè)定,以及設(shè)備歷史運(yùn)行記錄和設(shè)備運(yùn)行日志等操作.企業(yè)的本地用戶登錄時(shí),通過Web鏡像數(shù)據(jù)庫中的用戶身份表進(jìn)行身份驗(yàn)證,通過后可以根據(jù)相應(yīng)的授權(quán)直接操作Web_MoIliSen,iece系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,對(duì)指定設(shè)備的信息進(jìn)行維護(hù).由于待監(jiān)測(cè)信

11、號(hào)種類多,信號(hào)數(shù)據(jù)量龐大,因此采用間接存取法進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ):監(jiān)測(cè)波形文件以文件方式存儲(chǔ),文件信息由數(shù)據(jù)庫管理.要訪問采樣波形時(shí),只要訪問數(shù)據(jù)庫,得到文件的定位信息即可.這種方法存儲(chǔ)效率高,訪問速度快,適用于對(duì)海量數(shù)據(jù)訪問的場(chǎng)合1.4系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)例按照上述的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架及功能結(jié)構(gòu),搭建了基于C/S模式的制造設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的原型系統(tǒng).原型系統(tǒng)中的待監(jiān)控設(shè)備有M地15數(shù)控內(nèi)圓磨床和DMl007小型數(shù)控加工中心.實(shí)驗(yàn)采取多傳感器監(jiān)測(cè)方案:選用加速度傳感器采集機(jī)床電主軸的振動(dòng)信號(hào).選用電流互感器監(jiān)測(cè)主軸電機(jī)電流的變化.選用聲發(fā)射傳感器采集磨削過程以及金剛筆修銳砂輪過程中的聲發(fā)射信號(hào).各傳感器信號(hào)作如下

12、分析處理:加速度信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域和小波分析;聲發(fā)射信號(hào)經(jīng)過專用的信號(hào)處理裝置ASCOP處理后,信號(hào)為低頻緩變信號(hào),可以以較低的采樣頻率采集其輸出的ASL(avemge signal142北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2004年level信號(hào),以監(jiān)測(cè)砂輪磨鈍、金剛筆鈍化和工件燒傷等緩變現(xiàn)象.圖3是與MI215數(shù)控內(nèi)圓磨床相連的工控機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集界面,采集的信號(hào)是金剛筆修銳砂輪時(shí)的聲發(fā)射信號(hào),采樣頻率600kHz,選用定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)方式,采樣數(shù)據(jù)文件為1MB.圖4是客戶監(jiān)控端的在線監(jiān)控功能模塊,用戶在輸入現(xiàn)場(chǎng)采集端計(jì)算機(jī)的IP地址后,通過DataSocket 協(xié)議即可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控.Web

13、-MoniSeice的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中對(duì)各級(jí)用戶的身份及權(quán)限作了相應(yīng)設(shè)定,因此當(dāng)用戶在企業(yè)客戶端登錄,對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作時(shí),首先要通過Web本地鏡像數(shù)據(jù)庫身份驗(yàn)證,才能進(jìn)行設(shè)備歷史運(yùn)行記錄查詢、設(shè)備運(yùn)行日志查詢等操作.圖5是歷史記錄查詢模塊,用戶選擇待查詢?cè)O(shè)備的ID號(hào)以及監(jiān)測(cè)通道號(hào),再選擇要查詢的起始日期,便可以從Web鏡像數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)文件;用戶還可以通過LabView中提供的強(qiáng)大的信號(hào)分析處理子VI進(jìn)行相關(guān)分析,如功率譜分析、倒頻譜分析、小波分析和高階譜分析,從而為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的診斷決策提供依據(jù).此外,系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行日志查詢模塊提供了設(shè)備的運(yùn)行日志,比如設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)

14、故障代碼的歷史記錄等,用戶只需選擇待查詢?cè)O(shè)備ID號(hào)和查詢?nèi)掌诤蠹纯色@得.如果該用戶是系統(tǒng)級(jí)用戶,還可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行日志進(jìn)行更新操作. 圖3現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集端Fig.3n婦acquisidon圖4客戶監(jiān)控端Fig.4Real一血ne monit0打ng and control圖5歷史記錄查詢Fig.5Worl(ing Iecords query ofmaclline tools客戶監(jiān)控端的狀態(tài)識(shí)別模塊通過LabView的擴(kuò)展編程接口CFL調(diào)用MATLB的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DLL進(jìn)行基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能識(shí)別,通過CIN接口調(diào)用在VC+下編寫的KL信息距離識(shí)別代碼塊.比如在進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別時(shí),用戶通過交互界面選擇好待

15、訓(xùn)練樣本,并設(shè)置好神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各結(jié)構(gòu)參數(shù),給出最終訓(xùn)練誤差限,即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練.網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練好后,調(diào)人待識(shí)別樣本進(jìn)行識(shí)別即可.5結(jié)束語面向制造設(shè)備全生命周期的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)的核心是由遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)中心和在企業(yè)端運(yùn)行的數(shù)個(gè)基于C/S模式的企業(yè)局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)組成61.各個(gè)企業(yè)端的監(jiān)控系統(tǒng)通過Intemet連接在一起,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備診斷查詢的網(wǎng)絡(luò)化,作者提出的基于C/S模式的制造設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了制造設(shè)備在生產(chǎn)過程中的狀態(tài)監(jiān)控,具有強(qiáng)大的分析、查詢、診斷功能,使用效果良好.參考文獻(xiàn):1】徐洪安,費(fèi)仁元.C設(shè)計(jì)模式在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究J】.現(xiàn)代制造工程,2003(12:23.25.xU H

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20、2,SUN Hong.shu2(1.College of MechaIlical Engineering aJld Applied日econics TecllIlology,Beijing U面vers時(shí)of TeclIlology,Beijing 100022,CliIla;2.Beijing l(ey hb for Test aIld Con.ol of Mechano-elec伍cal System,Beijing InSdtute of MechaIlical Engineering,Beijing l00085,CtlinaAbstract:To realize diagnosis aIld maintenance fbr maclline tools a11d proVide efI.ecnVe char