基于Flash的遠程工業監控系統設計

孫曉波，王榮浩 ，張鵬舉

（1.解放軍理工大學 工程兵工程學院，江蘇 南京 210007；2.東華大學 機械工程學院，上海 201620）

目前，監控領域的產品普遍關注現場級別，即采用客戶端/服務器（C/S）模式，其目的是保證監控系統的穩定性和可靠性。但隨著計算機技術、網絡技術、控制技術的不斷發展，同時為了使現場總線、企業信息網、外部互聯網能夠充分的融合，提高企業自動化水平和設備的維護管理水平，基于網絡化的Web遠程監控將會在以后的監控系統中得到廣泛的應用。

1 現狀分析

當前，基于Web的遠程工業監控方案一般有3種：1）將OPC或其他通信方式采集的數據通過中間軟件存入到數據庫中，然后通過Web頁面與數據庫進行交互，以達到設備監控的目的；2）通過做插件嵌入到web瀏覽器中，實現與控制器的交互；3）通過Web service實現與控制器的交互，即將設備的控制接口以及數據信息通過部署Web service的方式發送出去，監控中心通過網絡發現并調用這些web service方法，完成現場設備的控制和數據采集。第一種方案，中間過程過于復雜，違背了監控系統的穩定性和可靠性的原則，中間環節的限制因素較多，并且不便于控制，監控的延時也非常明顯，時效性不足；第二種方案，在網頁中插入開發的監控設備的控件，則需要降低瀏覽器的安全性，同時針對每一臺監控的主機都要提前下載控件后才能使用，并且此類控件與Web瀏覽器的其他Web頁面的功能融合性以及監控頁面顯示效果等方面較差，較難實現B/S模式下豐富的顯示效果；第三種方案，通過Web service建立非實時連接的傳輸，就必須通過循環體來不斷的刷新數據[1]，不僅會增加設備的負擔，同時將會存在固定的延時問題。因此文中基于以上監控方案的不足，提出了基于Flash的遠程監控系統實現方案。該方案利用Flash的交互性強，本身導出的文件小，適合網絡傳輸，利用AS提高了與其他語言的交互性等特點，將會大大改進以上3種方案各自的不足，使基于Web的遠程監控系統在可靠性、穩定性、時效性、與Web的兼容性、頁面顯示效果和用戶交互的體驗效果大大改善。

2 基于Flash遠程工業監控系統體系結構

基于Flash遠程監控系統的體系結構可以分為4層：現場設備的檢測與控制、Web發布系統、客戶端數據的接收與命令的發送和數據存儲與轉發。現場設備檢測與控制一方面負責采集現場各個控制節點的運行數據，經過匯總、預處理后傳遞給中間層子系統；另一方面接收中間層子系統轉發來的控制命令，對命令進行解析、驗證，然后指導現場的各個控制節點采取相應的動作。Web發布系統主要是由Web服務器提供Web服務，實現客戶端的發布，Web服務器為中間環節，完成與客戶子系統以及現場子系統的交互[2]。客戶子系統是與用戶直接交互的部分，它接收用戶的輸入，從現場設備的檢測與控制子系統中獲取監測數據或向其發送命令。數據存儲與轉發系統主要由數據庫服務器和提供Web service的服務組成，數據庫服務器則完成采集數據的存儲功能。通過這4個過程的作用來實現設備的遠程監控。其體系結構如圖1所示。

圖1 基于flash的遠程設備監控系統體系結構Fig.1 Architecture of remote device control system based on flash

3 基于Flash遠程監控系統的設計

3.1 系統硬件連接設計

現場設備通過串口與數據采集模塊通訊，數據采集模塊通過工業以太網與Web服務器連接，Web服務器通過以太網與數據庫服務器連接。數據采集模塊采用PAC（可編程自動化控制器），支持Modbus/TCP通信協議。Web服務器和數據庫服務器采用HP服務器，安裝操作系統為Windows Server 2008 Enterprise。網絡拓撲結構采用星型拓撲結構，是為了能夠與現場采集設備建立更有效的連接。Web服務器存儲數據直接面向數據庫服務器，便于減輕整個網絡負擔，防止由于數據量過大而引起網絡阻塞。同時數據庫服務器實現雙機熱備，來提高系統的可靠性。將數據庫分為兩部分：中心數據庫和企業級數據庫，中心數據庫主要存放當前數據，企業級數據庫則存放歷史數據以及設備和用戶的管理數據，實現動態數據與靜態數據的隔離。網絡拓撲圖如圖2所示。

3.2 系統軟件設計

軟件設計的核心內容為PAC編程和客戶端Flash編程。PAC編程語言為C語言，編輯環境為BC編譯器，Flash編程語言為Action Script，編輯環境為Flash builder 4.5。

圖2 系統總體架構圖Fig.2 Overall frame of system

本系統通過創建一個以TCP數據流方式建立的Socket從而實現PAC服務端與基于Web的Flash客戶端的數據傳輸。建立通信的過程為：首先PAC服務端通過Socket監聽自身的Modbus/TCP專用端口502[3]，客戶端程序則通過此端口及PAC服務端的IP地址作為連接Socket參數，創建一個Socket與PAC服務端建立連接。網絡無故障，則連接建立。客戶端通過 Flash 中 Socket的 SendMessage（）和 ReadBytes（）方法來發送和接收信息[4]。

利用Flash創建的基于Modbus/TCP套接字模型為如圖3所示。

圖3 Modbus/TCP套接字模型Fig.3 Socket model of Modbus/TCP

3.2.1 1PAC服務端程序實現

PAC服務端的實現主要分為通過Socket與上位機的通信和通過串口服務與外圍設備的通信兩大部分。

通過Socket與上位機的通信主要分為監聽和連接。在監聽狀態下負責監聽客戶端的請求連接，并負責接受此連接。本系統PAC端設計監聽類為ServerListen，監聽類首先通過int bind（int sockfd，struct sockaddr*my_addr，int addrlen）綁定了本地的502端口，然后通過函數int listen（int sockfd，int backlog）將客戶端的連接請求放入隊列中等待，直到函數int accept（int sockfd，void*addr，int*addrlen）處理它，然后返回一個全新的套接字文件來描述此單個連接。這樣，對于同一個連接就有兩個文件描述符，原先的一個文件描述符正在監聽你指定的端口，新的文件描述符可以用來調用send（）和recv（）。在連接狀態下負責與客戶端進行數據的接收和發送，通過數據傳輸類ServerCustom來實現。在此類中利用int send（SOCKET s，const char FAR*buf，int len，int flags）函數將 PAC服務端的數據發送到客戶端，如果網絡發生故障或待發送數據的長度len小于當前程序要發送數據的緩沖區的長度，則返回 SOCKET_ERROR， 利用 int recv （SOCKET s，char FAR*buf，int len，int flags）從客戶端接收數據。 函數先等待 s的發送緩沖中的數據被協議傳送完畢，如果協議在傳送s的發送緩沖中的數據時出現網絡錯誤，則函數返回SOCKET_ERROR錯誤，如果s的發送緩沖中沒有數據或者數據被協議成功發送完畢后，函數先檢查套接字s的接收緩沖區，如果s的接收緩沖區中沒有數據或者協議正在接收數據，那么函數就一直等待，直到協議把數據接收完畢。

對于外圍設備進行通信主要是通過串口服務，首先調用自己定義的COM口初始化函數InstallCom將端口初始化，然后通過build_REQ_Read函數實現根據ModBusRtu通訊協議將COM口讀取的外圍設備的數據放入自定義的數組中，并通過CRC16_modbus進行CRC校驗。接收的數據正確，則通過analyse_Read_Result分析從串口讀取的數據，并將讀取的數據位存放到Share_Mem[MaxShareMemNum]數組中。然后將Share_Mem數組作為REMOTCP_ModServer_Create參數與上位機進行通訊。對外圍設備發送指令，則是通過函數SendCommand選擇控制對象的COM后，將指令發送到外圍設備，外圍設備接收到指令后動作。

3.2.2 客戶端程序與PAC服務端通訊的實現

客戶端的實現主要分為3個部分：通過Flash的Socket與PAC服務端的數據交互，將接收的數據在頁面上動態顯示和將獲取的數據實時存入到數據庫，實現實時數據庫的歷史存儲功能。

客戶端Flash與PAC服務端的數據交互主要是通過Socket進行的。首先定義Socket，利用connect連接PAC服務器的地址和端口號502，利用mysocket.addEventListener（Event.CONNECT，OnConnect）監聽是否已建立連接，利用mysocket. addEventListener （IOErrorEvent. IO_ERROR，ioErrorHandler）來監聽連接過程中出現的錯誤，利用mysocket.addEventListener（Event.CLOSE，OnClose）監 聽 連 接是否關閉，利用 mysocket.addEventListener（ProgressEvent.SOCKET_DATA，receivedata） 中 的 mysocket.readMultiByte（mysocket.bytesAvailable，“utf8”） 接收 PAC 服務端發送過來的數據。添加控制功能則是通過flash頁面中的控件的觸發事件來完成。在觸發事件中添加mysocket.writeUTFBytes（data），并調用mysocket.flush（）方法將觸發的事件發送出去，從而完成了與服務端的數據交換。

在發送與接收數據的過程中由于遵循的為Modbus/TCP協議，發送和接收的數據要遵循Modbus標準的數據幀格式，因此需要根據Modbus協議的標準格式對所接收和發送的數據幀進行轉化。在接收的數據中，要對接收的數據進行分析，根據自己的定義，將地址與監控終端的信息取出，并轉換為String類型，在頁面上對應顯示。

3.2.3 客戶端與數據庫的交互

對采集來的數據除了在頁面上顯示，需要存入數據庫作為歷史備份。客戶端Flash與Oracle數據庫無法直接交互[5]，可以通過服務器端技術連接數據庫，這3種連接方式為：HttpService、WebService和 RemoteObject。 3種通訊方式比較如表1所示。

表1 Flash與Oracle數據庫3種交互方式比較Tab.1 Comparison of three kind of interactive modes between Flash and Oracle database

從上表中可以看出，前兩種通信數據量較小，要傳輸大量的數據或是實現不同對象的序列化傳輸，需要利用高效的傳輸協議 AMF（ActionScript Message Format）來代替 SOAP協議傳輸的方案。

開源項目FluorineFx就是專門針對.net平臺與Flex通信提供的AMF協議通信網關，筆者可以通過FluorineFx方便地完成與.net的通信。

要使用開源項目FluorineFx需要使用FluroineFx通信的.net和Flex配置，分為以下3步：

1）NET服務端的開發

建立解決方案，并添加FluroineFx服務器庫。添加成功后項目模板會自動創建一個Sample類和Echo方法。接著添加FluorineFx網站到解決方案，添加成功后網站會自動引用FluorineFx服務庫的DLL。

2）Flex開發

在Flex開發中需要根據以上的參數進行配置。首先創建Flex項目，并將項目路徑指向先前建立的FluorineFx網站的根路徑。項目創建完畢后，可以通過FluorineFx與.net進行通信。

3）遠程訪問

在Flex的mxml文件下通過＜mx:RemoteObject＞標簽來訪問遠程對象[6]，如下所示：

＜mx:RemoteObject id= ”Service” destination= ”fluorine”source=”FlexDotNet.ServiceLibrary.Sample”＞

＜mx:method name=”Echo” result=”onResult（event）”＞＜/mx:method＞

＜/mx:RemoteObject＞

下面通過ID調用遠程方法，利用.net的服務端與數據庫進行交互，定時存儲和讀取數據庫中的內容：

＜mx:Script＞

Import mx.rpc.events.ResultEvent；

Internal function onClick（）:void

{

Service.Echo（txtTest.text）；

}

Internal function onResult（evt:ResultEvent）:void

{

txtTest.text=evt.result.toString（）；

}

＜/mx:Script＞

4 結 論

本文提出的基于Flash的遠程設備監控系統的設計，對于當前的基于Web的遠程設備監控提供了一種新的方式。利用了Flash的Socket實現了與PAC的Modbus/TCP協議的數據通信。由于Flash的限制，當前還無法實現Flash與Oracle數據庫直接的數據交互，在本設計中由于只存取歷史數據和操作日志，數據傳輸頻率不是很高，因此對本設計并沒有太多影響。但ActionScript3可以獨立實現與MySQL進行數據交互，因此我們相信在AS下一版本的推出將會實現與Oracle的獨立交互。本系統中利用Flash的各種特性，在可靠性、穩定性、時效性、與Web的兼容性、頁面顯示效果和用戶交互的體驗效果上將會有很大的改善。如果在現有的開發環境中，對數據交互和Flash頁面的動畫展示部分進行封裝，將會大大減少軟件的開發強度，具有實際的應用價值。

[1]Karli W，Christian N.Beginning Visual C#[M].Wiley Publishing，Inc，2010.

[2]Stephen W.ASP.NET 3.5 Unleashed[M].Pearson Education，Inc，2008.

[3]陳碩，李春龍，韓順成，等.基于WinCE平臺的Modbus/TCP通信設計與實現[C]//第30屆中國控制會議，2011，4710－4713.

[4]Stanley B L，Josee L，Barbara E M.C++Primer[M].Pearson Education， Inc，2005.

[5]Kevin L.Oracle Datebase 11g完全參考手冊 [M].劉偉琴，張格仙，譯.北京:清華大學出版社，2010.

[6]David G.Flash Builder 4 and Flex 4Bible[M].Wiley Publishing，Inc，2010.