溫控箱遠程監控系統軟件設計

鄧霖杰，任德均，盤 龍

（四川大學，成都 610065）

溫控箱遠程監控系統軟件設計

鄧霖杰，任德均，盤 龍

（四川大學，成都 610065）

某公司設備分散分布在不同的區域，距離較遠，環境干擾嚴重，且設備的控制系統種類繁多。本系統通過讀寫各類溫控箱的可編程控制器，實現對各類溫控箱運行狀態和數據的遠程集中監控與記錄。要求可靠地實現設備的聯網監控，且不能影響原系統的運行。介紹了以C#作為編程語言的系統軟件設計，采用串口通信進行數據傳輸并保存在數據庫中，實現了基本功能，且界面友好，運行穩定。

C#；Access數據庫；串行通信

0 引言

隨著計算機技術的快速發展，各行業技術的相互交流滲透，數據采集與控制系統廣泛的運用于傳統工業生產各領域。本系統采用RS232通訊接口與各類設備的可編程控制器交互，實現了各類數據的采集與記錄，并且可對溫控箱進行起停控制。由于使用Windows API編程非常繁瑣且不易調試，本系統采用C#語言在Visual Studio 2010環境下編程。Microsoft.NET平臺集成了大量的庫類，使得程序員可以快速地編寫各種基于Win?dows的應用程序，本文主要采用了SerialPort類與Thread類實現串口通訊編程與多線程處理[1]。

1 系統結構設計

1.1 系統框架

整個系統由接口及協議轉換模塊，上位機軟件模塊和后臺數據庫模塊三個模塊組成。

系統框圖由圖1所示。

1.2 工作方式

針對不同的PLC需要不同的讀寫指令格式，通過上位機負責編輯并發送各種指令來控制整個系統工作，接口及協議轉換模塊負責指令和數據的收集和分發以及上傳。通過CAN總線和串口通訊兩次協議轉換來傳遞指令到對應的PLC上。通過讀寫PLC的內存地址，實現對溫度和狀態數據的采集以及對溫控箱的運行狀態的控制。采集的數據經由上位機分析校驗后保存至數據庫并實時顯示于界面上。

1.3 自定義數據格式

由于所采集的數據和指令種類繁多，包含各監測點溫度、基本工作狀態、異常信息、以及控制指令和上位機與協議轉換器的內部交互指令，故通過自定義數據格式來承載所必要的信息標識。數據格式如圖2所示。

圖1 系統框架

所圖所示，數據幀類型代表該條數據幀的定義，以區分是溫度、狀態、控制指令或者其他指令；CAN總線地址代表與PLC相連的協議轉換器在CAN總線上的地址，由協議轉換模塊上的撥碼開關設定，實現對溫控箱的唯一標識；PLC數據地址代表需要讀取或者寫入的數據在PLC的內存地址；由于各類型PLC的數據存放地址長度不一致，故在PLC數據地址和數據值之間加入分隔符以區分地址與數據；數據值為所要讀取或者寫入的數據；最后，本數據幀采用兩位和校驗來檢驗數據的正確性。例如：數據幀$A01IR0400,0079#44，‘$’和‘#’分別作為起始和結束符，‘，’作為分隔符；第二位‘A’代表該幀數據為溫度數據幀，“01”代表是CAN總線地址為01號的溫控箱，“IR0400”代表該溫度數據所存放的PLC內存地址，“0079”代表當前該溫度值為79攝氏度，最后“44”為兩位和校驗碼。

2 上位機軟件設計

本軟件以Windows XP Embedded作為操作系統，數據庫采用Microsoft Access 2010。上位機軟件部分主要由數據庫模塊、數據采集功能模塊和設備控制功能模塊三部分構成。系統的主界面如圖3所示，分為控制區域、狀態區域和數據區域。

2.1 數據庫模塊

圖2 數據格式

圖3 系統的主界面

數據庫中建立了多張表，包括設備信息表、數據信息表、狀態信息表、數據記錄表、工作日期表以及用戶信息表等等。其中主要的設備信息表中包含了總線地址、所屬車間、溫控箱名稱、PLC型號等字段；數據信息表中包含CAN總線地址、數據名稱、內存區域、起始通道、位地址等字段；數據記錄表中包含總線地址、設備名稱、數據名稱、實際數值和采集時間等字段。同時利用微軟提供的OLEDB應用程序接口來讀寫、查詢數據庫實現對數據的讀取、保存、修改、查詢、輸出等[2]。

2.2 數據采集功能模塊

數據處理流程如圖4所示。

圖4 數據處理流程圖

軟件啟動后，先從數據庫中的設備信息表和數據信息表中讀取設備信息以及所要采集的數據的信息，包括PLC型號和各數據地址以及通道長度等，同時針對不同型號的PLC將數據信息表中的各個字段用事先定義好的方式組合成的各種控制命令，將各類數據初始化為設備對象的成員變量，方便快速地調用。然后利用SerialPort類初始化一個串口對象，串口參數默認從配置文件中讀取，用戶也可修改串口參數，以滿足通信要求。本軟件采用多線程編程技術，將數據接收與數據處理過程分離。數據接收線程負責讀取串口緩存區的數據并轉移到數據隊列中[3]。數據處理線程將數據隊列的中的數據提取出來處理，數據通過完整性校驗后，通過對數據幀中包含的總線地址和內存地址的信息與設備對象的成員變量的數據信息匹配，通過后分別調用各對象實例的數據處理函數，實現對不同設備不同的數據的顯示和保存。采用多線程處理技術，極大的提高了數據處理能力，提高了運行效率。

2.3 設備控制功能模塊

系統的控制功能主要是通過對PLC的內存寫入來實現控制溫控箱的運行狀態。由于各溫控箱使用的PLC型號各異，控制指令的內容也大不相同。本軟件通過讀數據庫中的指令信息表，針對不同的PLC類型通過函數編寫出各自的控制指令[4]。為確保在傳輸過程中控制指令的正確性，采用上位機將控制指令通過自定義協議打包后發送至協議轉換器，轉換器校驗通過后只需將起始結束符以及校驗碼拆包后即可直接轉發給PLC。為確保控制指令正確執行，系統建立了控制反饋機制。在發送完指令后，上位機將立即讀取相應的設備狀態，檢測PLC是否做出相應的動作，若未正確執行，上位機將再一次做出控制動作，以確保指令執行到位。若多次控制無效，則會做出相應的提示并記錄保存。

3 擴展功能

3.1 定時啟動

工廠車間傳統的工作方式是將溫控箱24小時不間斷工作，以保持溫控箱供熱使設備達到最佳的工作溫度，但在流水線停止工作時段，繼續恒溫便造成了能源的浪費與設備的額外損耗。本系統加入定時啟停功能，可以根據預先設定好的工作計劃表，做出定時啟動的動作。在流水線開始生產前，啟動溫控箱，提前將溫度加熱到最佳工作溫度，確保不耽誤正常生產，并且在流水線停止生產后定時停機，達到延時關閉溫控箱的目的，實現了能源的節約以及減少設備損耗，降低了生產成本，帶來了良好的經濟效益。

3.2 數據分析

通過系統不間斷的采集生產系統的各類數據，并人為預先的輸入一些規則，比如設定各類數據的正常范圍，軟件可以分析和記錄下異常數據的類型以及發生的時間，并且通過各類數據的圖標導出，可以方便直觀的幫助維護人員分析和診斷故障，以便快速的解決異常現象。

4 結論

通過更改在數據庫中所保存的數據信息，輸入正確的數據內存地址與通道長度，可實現對溫控箱內部任意數據的采集，使得系統的擴展性和靈活性得到增強。同時建立異常處理機制和使用軟件看門狗[5]，對整個監測系統各功能模塊可能會出現的異常采取自恢復處理或者錯誤消息保存方案，極大的提高了整個系統的穩定性與安全性。本軟件經過長期現場測試，結果表明系統各項功能運行正常，較好的滿足了數據采集系統對上位機軟件的要求。

［1］Christian Nagel等著：李銘譯.C#高級編程.北京：清華大學出版社，2010.11.

［2］曾建華.Visual Studio 2010（C#）Windows數據庫項目開發［M］.北京：電子工業出版社，2012.

［3］劉凱，周云耀.C#串口通訊時丟失數據的一種解決方法［EB/OL］.中國科技論文在線，2008.

［4］范永勝，徐鹿眉.可編程控制器應用技術［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［5］葉幫利.用于工控監測系統的多進程軟件看門狗［J］.微計算機信息，2008（6）：304-305.

Design for PC Software of Remote Temperature Monitor and Control System

DENG Lin-Jie，REN De-jun，PAN Long
（Sichuan University，Chengdu610065，China）

The on-site device of a company are scattered in different areas with long distance and serious environmental interference.The system remote centralized monitor and control of the temperature control box’s status and data by reading and writing various types of devices’PLC.Requires reliable interconnection between devices monitoring，and can’t affect the operation of the original system.This article describes the system PC software design based on C#，use serial port communication to transfer data and save data in database，actualizing basic functions with user-friendly and stable operation.

C#；Access database；serial communication

TP277

A

1009－9492(2014)07－0105－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.031

鄧霖杰，男，1988年生，四川成都人，碩士研究生。研究領域：機器視覺。

(編輯：向 飛)

2014－01－19