基于Qt和Web的工業遠程控制系統

潘浩達，鄭 鵬，鄭 梁，秦會斌，秦惠民

（1.杭州電子科技大學 電子信息學院，浙江 杭州 310018；2.嘉善福尼電子有限公司，浙江 嘉善 314100）

基于Qt和Web的工業遠程控制系統

潘浩達1，鄭 鵬1，鄭 梁1，秦會斌1，秦惠民2

（1.杭州電子科技大學 電子信息學院，浙江 杭州 310018；2.嘉善福尼電子有限公司，浙江 嘉善 314100）

為解決基于Web的工業遠程控制中的無線傳輸短連接問題，設計了一種基于Qt和Web的工業遠程控制系統。該系統利用Qt中的信號和槽機制及socket通信套接字，使Qt后臺軟件與工業主控制器的WiFi通信模塊建立長連接數據收發功能；采用Web編程技術編寫網頁，以Ajax技術實現網頁的動態無刷新功能；將MySQL數據庫作為數據中轉站，為Web網頁提供數據顯示和控制功能。經測試，整個遠程控制系統運行正常，能夠在無線傳輸中適應頻繁的數據收發操作并保持長連接通信，實現了用戶通過瀏覽器對工業現場的遠程控制。

遠程控制；Qt后臺；長連接；Web網頁；MySQL數據庫

0 引言

隨著現代生產力的快速發展，企業規模不斷壯大，簡單的現場控制已經遠遠滿足不了工業自動化控制，企業對信息數據的需求量越來越大。為了解決企業在工業生產過程中的地域限制，方便企業管理控制和提高企業生產工藝水平，高效的遠程控制技術［1，2］成為當今企業的普遍要求。

基于Web的工業遠程控制是較常用的遠程控制技術。該遠程控制中工業設備和服務器大部分是通過有線連接的方式來通信的［3］。但是，由于有線連接方式往往會受到現場環境限制，基于無線網絡的Web遠程控制越來越受到人們的關注。然而，當前基于無線網絡［4］的Web遠程控制在穩定性和實時性方面還面臨著一些問題。因為，在單純的Web網頁控制中，客戶端瀏覽器訪問的服務器Web頁面只會執行當前頁面和其相關頁面程序，每個頁面執行的是短連接過程，因此跳轉到其他頁面時都需重新連接無線通信模塊。此外，無線模塊的連接需要一定的時間，因此每次跳轉到其他Web頁面時都會產生連接延時，影響實時數據的收發。

為了保證無線網絡下Web遠程控制的穩定性和實時性，本文在原有的工業生產系統下，在服務器端開發一個可以和工業設備保持長連接的Qt后臺軟件，以實現其與工業設備的實時數據交換。再結合Web編程技術［5］編寫Web頁面，實現遠程客戶端對工業設備的控制，設計一個基于Qt和Web的工業遠程控制系統。

1 系統結構

本系統采用LT232／485WiFi透傳模塊［6］來代替有線傳輸方式。遠程控制系統結構如圖1所示。

圖1 遠程控制系統結構圖

工業設備控制器經WiFi透傳模塊與遠程控制系統通信，用戶通過Internet訪問遠程控制系統，進而控制工業設備，實現遠程控制現場工業生產。

2 遠程控制系統設計

為了使工業設備控制器和外界進行數據交互，適應頻繁的數據收發，本系統通過WiFi模塊和服務器后臺軟件建立TCP長連接模式，以網絡通信套接字socket實現數據收發功能［7］。并將后臺軟件接收過來的數據存入MySQL數據庫，方便網頁數據的讀取和顯示。客戶端瀏覽器將網頁的控制命令通過socket套接字寫入后臺軟件，經后臺軟件將數據傳送到工業設備控制器，如圖2所示。

圖2 遠程控制系統軟件模塊

本系統選擇能夠跨平臺、易升級、支持多系統下的Qt開發環境開發后臺軟件，Qt以其特有的信號和槽機制方便了函數的中斷調用，而且擁有大量的庫函數，方便開發人員邏輯代碼編寫［8］。由于遠程控制系統軟件模塊和服務器都是安裝在同一臺計算機上，為了減輕服務器壓力，選擇功能強大的輕量級MySQL數據庫［9］。網頁部分采用html（超文本標記語言）嵌入php開源腳本語言的方式編寫，以Ajax技術實現網頁頁面的無刷新動態顯示［10］。

2.1 Qt后臺軟件

該軟件主要包括客戶端通信模塊、數據庫通信模塊、服務端通信模塊和自動連接WiFi模塊［11］。客戶端模塊和工業設備控制器連接通信，兩者通過WiFi透傳模塊接收和發送命令，控制設備的開機、關機，讀取現場數據到后臺界面軟件，然后存儲到數據庫；數據庫通信模塊是接收設備的數據信息去改變數據表中數據，為Web網頁提供數據；服務端通信模塊是接收來自網頁的消息，接收來自網頁的命令：如設備的開機、關機，連接、斷開網絡，參數設置等，去控制現場工作；自動連接WiFi模塊是用來保證無線信號的長連接工作狀態。

2.1.1 客戶端通信模塊

作為WiFi模塊的客戶端，首先要和WiFi模塊建立TCP連接，利用Qt庫函數與WiFi連接后，使用tcpsocket與設備控制器進行通信。

以顯示現場數據為例，函數執行順序如圖3所示。

圖3 客戶端通信過程圖

①首先為客戶端套接字tcpsocket寫入成批讀出軟元件命令

其中，Read_Command（ReadType type，QString str，int n）是讀取寄存器數據函數，參數分別表示讀取類型、寄存器名和讀取的個數。

②待寫入命令后，再執行函數

將之前讀取的數據放到字符串str中，其中handleStr函數表示將寄存器讀取出來的數據去除幀頭和幀尾；

③通過函數display（QString str）將數據顯示在Qt界面上。

2.1.2 數據庫通信模塊

在與數據庫通信之前，首先要和數據庫建立連接，Qt中的連接函數如下：

代碼的主要意思依次為連接MySQL數據庫，配置好主機名、數據庫名、用戶名和登錄密碼，最后打開數據庫，就可以實現對數據庫的操作。

2.1.3 服務器通信模塊

作為Web網頁的服務端，服務端對象tcpserver監聽網頁連接，并接收網頁傳輸過來的數據，經客戶端對象tcpsocket發送到設備控制器中，實現Web網頁控制工業設備。部分代碼如下：

以接收Web頁面控制命令為例，通信流程如圖4所示。

圖4 后臺軟件服務器模塊

當接收到網頁的socket消息時，Qt后臺軟件執行tcpserver信號所綁定的receiveFromWeb函數，進而控制設備。

2.1.4 自動連接WiFi模塊

由于現場工作環境惡劣，大功率設備上電瞬間會產生電流干擾和磁場干擾，WiFi模塊可能因此和后臺軟件斷開連接。就以上原因，利用Qt中的信號和槽機制，將tcpsocket的斷開連接信號綁定到連接WiFi模塊函數上，主要代碼如下：

在tcpsocket和WiFi模塊斷開瞬間執行link（）函數，重新連接WiFi模塊。

2.2 MySQL數據庫

根據所要設計的數據表字段名的不同類型來設計數據表，不同數據類型所占的字節和空間是不同的，盡量以高效分配存儲空間的原則來設計［12］。由工業控制系統現場工作需求，在數據庫中設計數據表，用來存儲設備數據。主要的數據表分別為：工藝曲線表（cruve）、溫度設定表（temset）、壓力設定表（preset）、開關表（switch）、控制表（onoff）和數據顯示表（display）。

例如對工藝曲線表（cruve）的創建如下：

create table cruve（date Time，microsecond Mediu-mint，data Float（M，D））；／／時間，毫秒數，數據其中字段Time表示當前時間，字段Mediumint表示存取的毫秒數，字段Float（M，D）表示一共顯示M位整數，D表示小數點后面的位數。這樣即保證了精確度，又節省了存儲空間，減輕服務器壓力。

2.3 Web網頁

2.3.1 安全登錄頁面

為了保證登錄數據信息的安全性，同時為防止用戶在沒有經過登錄系統的情況下非法登錄系統而采用session技術［13］。

在每個網頁頁面中加入session判斷語句，檢查服務器保存文件中有沒有客戶端相對應的session記錄，若有則通過身份認證，若沒有，則將網頁跳到登錄首頁面，需要客戶端重新登錄。部分代碼如下：

2.3.2 數據采集頁面

現場數據采集頁面采用Ajax技術實現頁面數據的無閃爍更新顯示，執行代碼為：

其中，display（）函數的執行過程為：采用Ajax技術將數據命令以POST的形式提交到后臺處理頁面showprocess.php，該頁面從數據庫中取出數據，返回到顯示頁面show.php，實現無刷新顯示。其工作模式如圖5所示。

圖5 Ajax工作模式

用戶發送請求給Ajax引擎，Ajax引擎向服務器發送HTTP請求，此時Web服務器運算操作Ajax引擎發送過來的請求。由于Ajax的異步操作特性，在此期間客戶端可以對其他邏輯事物進行操作，等到服務器端運算結束后，服務器將數據以Json格式響應到Ajax引擎，Ajax引擎將響應的結果返回給用戶。

2.3.3 控制頁面

控制頁面以下拉列表的方式實現現場設備的開和關，在html代碼中嵌入onchange事件，當下拉列表改變狀態時觸發onchange事件，執行javascript代碼，將命令傳到Qt后臺軟件，同圖5。

2.3.4 工藝設定頁面

工藝設定頁面首先讀取設備控制器原始設定數據，將數據顯示在表格中。若生產中需要更改參數設定，經更改按回車后觸發onchange事件，跳轉到后臺process.php執行代碼，經socket將數據傳送到Qt后臺軟件為設備控制器提供數據，如圖5所示。

3 測試及分析

在網頁短連接方式和Qt長連接方式下操作網頁，程序中分別以1 s、100 ms和10 ms的采樣周期采集時間，對采集時間的連續性作對比。圖6、圖7和圖8中的縱坐標0代表無采集點，1代表有采集點，在不同的采樣周期下，可以表明采集點是否具有連續性。

采樣周期為1 s時得出的時間對比如圖6所示，從圖中看出短連接和長連接得到的時間都具有良好的連續性。

圖6 采樣周期1s的采集對比圖

采樣周期為100 ms時得出的時間對比如圖7所示，從圖中看出長連接得到的時間具有連續性，短連接下丟失了1個時間數據，并且丟失點后面的時間數據有一定的延時。

圖7 采樣周期100 ms的采集對比圖

采樣周期為10 ms時得出的時間對比如圖8所示，從圖中看出長連接得到的時間具有連續性，短連接下丟失了7個時間數據，丟失點后面的時間數據有一定的延時。

圖8 采樣周期10 ms的采集對比圖

經Comm View測試，本系統服務器與WiFi模塊連接的平均時間為70 ms。在短連接情況下，從圖7和圖8可以看出，跳轉到其他頁面時，需重新連接WiFi通信模塊（即經過70 ms）后才能取得數據，而且取得的數據有一定的延時，采樣周期為10 ms時丟失的數據多于100 ms下丟失的數據；在長連接情況下，從圖6、圖7和圖8可以看出，服務器端的Qt后臺軟件與WiFi模塊處于長時間連接狀態，操作其他頁面時沒有數據丟失。從中可以看出，當采樣周期遠遠大于WiFi模塊的連接時間時，在相同情況下短連接和長連接得到的數據都具有良好的連續性，采樣周期會忽略WiFi模塊的毫秒級連接時間，不會影響數據的采集。

當采樣周期與WiFi模塊連接時間在同一數量級時，短連接情況下會丟失采集點，并且會隨著采樣周期的減小而丟失更多數據，而長連接情況下不會丟失采集點。因此Qt長連接方式不會因為采集周期的長短而失去采集點，能使服務器和工業設備建立長連接數據收發功能。

4 結束語

基于Qt和Web的工業遠程控制系統中的Qt后臺軟件實現了與工業設備的頻繁數據收發功能，并與數據中轉站MySQL數據庫協同操作，為網頁模塊提供數據顯示功能，最后通過網頁模塊與Qt后臺軟件通信，實現遠程控制系統人機交互功能。總體來說，該系統解決了基于Web的工業遠程控制中服務器與工業設備短連接的問題，測試數據體現了良好的數據連續性和長連接功能，表明Qt后臺長連接數據收發和Web網頁操作的可行性。

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Industrial Remote Control System Based on Qt and Web

PAN Hao-da1，ZHENG Peng1，ZHENG Liang1，QIN Hui-bin1，QIN Hui-min2
（1.School of Electronic＆Information，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou Zhejiang 310018，China；2.Jiashan Funi Electronics Co.，Ltd.，Jiashan Zhejiang 314100，China）

In order to solve the problem of short connection of wireless transmission in industrial remote control based on Web，an industrial remote control system based on Qt and Web is designed.The system uses the mechanism of signal and slot in Qt and socket communication to make the Qt software and the WiFi module of the main controller establish a long connection of data transmitting and receiving；the system uses Web programming to write the Web page and uses Ajax to achieve the dynamic function without refreshing；It uses MySQL database as the data transfer station for the function of data display and control in Web page.It is indicated by test that the remote control system is in normal operation.It can adapt to the frequent operations of data transfer and maintain long connection communication in wireless transmission，and it allows users to control the industrial site by a browser.

remote control；Qt backstage；long connection；Web page；MySQL database

TN108.4

A

1003－3114（2015）06－88－4

10.3969／j.issn.1003－3114.2015.06.23

潘浩達，鄭 鵬，鄭 梁，等.基于Qt和Web的工業遠程控制系統［J］.無線電通信技術，2015，41（6）：88－91，96.

2015－06－04

浙江省科技計劃公益性項目（2013C31064）

潘浩達（1988—），男，碩士研究生，主要研究方向：網絡通信。秦會斌（1961—），男，教授，主要研究方向：新型電子器件設計與系統應用。