基于TCP/IP的安東系統管理軟件設計與實現

摘要：針對車間產線異常停工，降低產品質量和影響作業效率等問題，提出了安東系統的解決方案。車間現場使用LoRa網絡組件，實現了低成本快速靈活的部署，安東系統管理軟件通過C#軟件和TCP/lP協議就可實現對車間工位信息的采集和管理。有效地提高了產線的效率，為公司的精益管理提供了技術支撐。

關鍵詞：TCP/lP;C#;LoRa;安東系統

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）05-0094-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 背景

當前制造業面臨著巨大的競爭壓力，必須不斷地提高生產效率，降低生產成本。為了提高生產效率，必須減少生產線的停工時間，時刻關注和控制產品質量。安東系統作為精益生產制造管理的一個核心工具，在制造過程利用安東系統可對生產現場的設備、人員、品質、物料等問題進行可視化管理，使員工和主管等相關人員能在第一時間發現問題的根源并解決問題。

本文采用LoRa技術，在產線的各個工位布置RS485終端采集安東系統按鍵操作盤信號，各工位信號通過LoRa網絡將信號傳輸到集中器，集中器按照固定時間輪詢產線工位，安東系統管理軟件通過TCP/IP與集中器通訊，采集工位信號，并將實時數據和異常處理過程的完整信息記錄在MySQL數據庫中。

2 系統設計及關鍵技術

基于TCP/IP的安東系統管理軟件包括兩個部分：一部分是使用基于LoRa技術采集現場數據的網絡部分，另一部分是C#語言開發的安東系統管理軟件。

系統采用了串口和LoRa網絡將先將現場操作盤的信號采集到LoRa集中器中，集中器和安東系統管理軟件安裝的服務器采用以太網技術相連接。LoRa集中器IP和服務器IP地址設定在相同的網段，保證LoRa集中器和服務器之間可以正常交換數據。在服務器上部署Visual Studi02015開發平臺和MySQL數據庫，使用C#編程語言編寫TCP/IP通訊程序，采集數據并將數據和處理結果插入數據庫中，根據故障信號等級通過短信或微信發送故障信息。利用多線程技術完成TCP/IP通訊

2.1 LoRa網絡結構

LoRa整體網絡結構分為終端和網關。終端節點可以同時發給多個基站，一般LoRa終端和網關之間可以通過LoRa無線技術進行數據傳輸，而網關和服務器之間的交互可以通過TCP/IP協議。物理連接可以是以太網、4G網和無線網絡等。

2.2 TCP/IP通信協議的實現

TCP/IP協議概念層模型中分為四層自下而上分別為鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層詳見圖1。在安東系統管理軟件與LoRa通信過程中分別與之一一對應。鏈路層：使用LoRa集中器將各工位信號統一成工業以太網接口;網絡層：使用TCP/IP協議中的IP協議定義了網段地址，區分網段，對不同子網的數據包進行路由;傳輸層：定義端口，標識應用程序身份，實現端口到端口的通信;應用層：與通信內容有關，定義數據格式并按照對應的格式解讀數據。Socket是應用層與TCP/IP協議族通信的中間軟件抽象層，是一組接口，它把復雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口后面。

2.3 多線程

一個正在運行的應用程序在操作系統中被視為一個進程。線程是進程中的基本執行單元，是操作系統分配CPU時間的基本單位，一個進程可以包含若干個線程，在進程入口執行的第一個線程被視為這個進程的主線程。在.NET應用中，都是以Main（）方法作為入口的。

安東系統管理軟件作為服務器端在與LoRa集中器之間TCP[IP通訊就內置了多個線程，可以通過多線程程序分別負責實現服務器端偵聽是否有連接的請求并接受客戶端的連接和負責服務器與客戶端通信。

3 LoRa網絡配置

LoRa網絡主要由多個串口轉換終端和一個集中器組成。串口轉換終端支持RS232和RS485連接方式，參數設置分為串口基本參數設置和LoRa參數設置。串口基本參數設置如波特率、數據位、校驗、停止位等和操作盤保持一致;LoRa參數設置包括通信速率，通信信道及身份識別的應用ID與集中器保持一致。集中器配置分為服務器參數和基本參數。服務器參數：協議類型選擇TCP client集中器配置為客戶端，服務器IP和端口與服務器參數一致;基本參數設置集中器工作在輪詢喚醒模式，通信的串口轉換終端節點數量，輪詢的通信數據幀和輪詢的時間等。

4 系統軟件實現

安東系統管理軟件程序設計主要由：數據采集解析、數據業務邏輯處理和報警信息及處理結果寫入數據庫三部分組成。數據業務邏輯處理和數據庫部分根據客戶的要求會各不相同，這里主要講述TCP服務端通信的實現。

4.1 通信接口設計

TCP通信是面向連接的通信，所以在通信之前，客戶端與服務器端必須通過三次握手建立連接然后在通信完畢，還要通過四次揮手斷開連接。建立連接后首先安東系統管理軟件作為TCP服務器端需要申請一個socket綁定到服務器IP地址和一個端口上，負責監聽客戶端的消息;然后客戶端LoRa集中器新建socket連接到服務器指定端口;最后安東系統管理軟件負責監聽的socket，監聽到客戶端有連接過來了，就創建一個負責和客戶端通信的socket，等待接收連接程序和發送數據等。安東系統管理軟件需要不斷的讀取LoRa集中器的信息所以建立長連接模式，所有讀寫請求都利用建立的公用通道來完成，這樣讀寫性能更高效，即使多線程調用情況下也不會受影響。安東系統管理軟件服務器端流程詳見圖2。

4.2 TCP服務器端軟件編程實現

1）服務器端定義用于監聽的Socket對象：把IP和端口綁定到Socket上：

Socket socketw= new Socket（AddressFamily.InterNetwork，

SocketType.Stream， Protoc olType.Tcp）;

IPAddress ip= IPAddress.Parse（" 192. 168.1.208”）;

IPEndPoint point= new IPEndPoint（ip， 1883）;

socketw.Bind（point）;

socketw.Listen（10）;

2）開啟新線程調用Listen方法進行監聽：

Thread th= new Thread（Listen）;

th.IsBackground= true;

th.Start（socketw）;

3） Listen方法中循環監聽，并新建一個socketS負責跟客戶端通信，新建一個線程調用Receive方法用于接收消息：

Socket socketS;

void Listen（object o）

f Socket socketWatch=o as Socket;

while （true）

{ socketS= socketWatch.Accept0;

dicSocket.Add（socketS.RemoteEndPoint.ToString0， socketS）;

while （true）

{Thread th= new Thread（Receive）;

th.IsBackground= true;

th.Start（socketS）;）】】

Dictionary dicSocket = new Dictionarv0;

4） Receive方法中循環處理接收的消息：

void Receive（object o）

{Socket socketSend=o as Socket;

while （true）

{ try

{byteo buffer= new byte[36];

int len= socketSend.Receive（buffer）;

if （len==0）{break;）

string str= Encoding.UTF8.GetString（buffer，0， len）;）

catch{¨

4.3 系統界面

安東系統管理軟件界面包括工位狀態、報警匯總、數據統計和系統設置。工位狀態實時顯示每個工位運行的狀態，顯示當前報警信息、待處理的報警信息和已經處理的報警信息;報警匯總顯示所有已經發生并處理過的報警信息;數據統計顯示各工位報警發生的頻率統計等信息;系統設置可設置報警的延遲時間、報警發送的短信或微信賬號等。

5 結束語

隨著制造業的快速發展，企業精益化管理勢在必行。安東系統將生產線工位與管理者相連，在任何有異常狀況時發出信號，可以充分暴露和改善生產現場的問題，有效地提高作業效率，為企業的精益化管理提供了有效的技術支撐。

本文基于TCP/IP通訊技術，使用LoRa網絡組件實現了車間產線安東系統。同時使用C#語言開發的安東系統管理軟件，實時采集產線工位的故障信息，存儲故障及故障處理信息，提供短信或微信報警等功能。有效減少了由于設備故障或物料不足而造成的生產線的停線情況，為企業生產和管理提供了技術依據。

參考文獻：

[1]馮慶東，楊麗.C#項目開發全程實錄[M].3版.北京：清華大學出版社.2013.

[2] Karli Waston.C#入門經典Christian Nagel[M].3版.北京：清華大學出版社，2006.

[3] Ben Forta.MySQL必知必會[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[4]史蒂文斯.TCP/IP詳解卷1：協議[M].北京：機械工業出版社，2000.

【通聯編輯：謝媛媛】

收稿日期：2019 -12 -15

作者簡介：趙勇（1974-），甘肅天水人，工程師，主要從事自動控制系統設計及應用工作。