CN107749890A - 基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统 - Google Patents

基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统 Download PDF

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尹戈
成海晖
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Abstract

本发明公开一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,包括现场数据采集单元、服务器数据通信服务单元、网站服务单元以及数据文件存储单元;每个现场设有一个所述现场数据采集单元,通过无线组网方式对现场电阻焊机设备的数据进行采集,经由互联网与所述服务器数据通信服务单元通信,将正确的现场数据直接传输到网站服务单元,实现网站的各项数据功能,同时接收网站服务单元的远程控制命令;所有数据同步传输并储存在数据文件存储单元。本发明用于解决当下现场焊接管控手段单一,系统扩展性差,集中管控难度大,焊接数据利用率低等问题。

Description

基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统
技术领域
[0001] 本发明属于焊装生产控制领域,特别是涉及到一种应用在汽车焊装生产线上点焊 机的基于互联网通信的远程集散控制系统。
背景技术
[0002] 随着国内汽车制造行业的蓬勃发展,电阻焊机在汽车行业得到了广泛应用。而随 着现场焊机设备的数量快速增长,为了解决设备使用中的各种监管问题,电阻焊机集中控 制系统则应运而生。目前国内普遍采用的解决方案是基于现场总线的第五代控制系统。这 类系统可以很好的实现对现场设备数据的实时采集以及对设备的集中控制。
[0003] 然而,为了应对近些年人们对于汽车的巨大需求量,各大车企不断增设新的焊装 生产线,并纷纷选择在各地增设新的汽车工厂。同时,也就直接导致现有的焊接生产管理系 统面对了许多新的挑战:首先,新生产线的增设对于现场总线系统来说不可避免的会存在 系统安装和维护成本高、更换升级不方便、线路和插接件故障率高、设备位置受限、故障排 查困难等问题。其次,出于成本控制、社会政策等原因,汽车制造现场往往相对偏远且散布 在各地,现场总线焊接系统无法满足企业对于各现场的集中管控需求,可能会出现监管成 本过高,故障排查不及时等问题。同时数据利用率低,企业和设备提供商无法将各现场的数 据进行集中比对分析,及时发现潜在的技术问题,为现场运营人员提供有效的技术支持。因 此,整个行业都亟待一种新型的电阻焊机管理系统来解决上述各类问题。
发明内容
[0004] 有鉴于此,本发明为焊机行业提供一种基于互联网通信技术的新型远程焊接管理 系统方案。用于解决当下现场焊接管控手段单一,系统扩展性差,集中管控难度大,焊接数 据利用率低等问题。
[0005] 为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
[0006] 一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,包括现场数据采集单元、服务器 数据通信服务单元、网站服务单元以及数据文件存储单元;
[0007] 每个现场设有一个所述现场数据采集单元,通过无线组网方式对现场电阻焊机设 备的数据进行采集,经由互联网与所述服务器数据通信服务单元通信,将正确的现场数据 直接传输到网站服务单元,实现网站的各项数据功能,同时接收网站服务单元的远程控制 命令;所有数据同步传输并储存在数据文件存储单兀。
[0008] 进一步的,所述现场数据采集单元包括中央控制单元和本地服务器,现场的焊机 终端通过CAN/Wi-Fi转换模块,由无线网接入所述中央控制单元;所述中央控制单元通过网 络接入所述本地服务器,所述本地服务器设有远程TCP通信模块,通过互联网与所述服务器 数据通信服务单元进行通信。
[0009] 更进一步的,所述本地服务器分为三层构架,第一层为数据访问层,该层负责与中 央控制器进行TCP数据通信,同时采用ODBC类库对上位机数据库进行访问;
[0010] 第二层为业务处理层,其主要业务逻辑包括四个部分:第一部分为周期性的对各 个设备网络发送状态查询命令,获取焊机的实时数据,将获取的数据包进行解析并储存;第 二部分为提供数据查询业务功能,对现场所有设备的焊机参数进行查询、修改和更新;第三 部分为数据的远程通彳目业务,控制远程通彳目是否打开,并主动与服务器建立连接,然后周期 性的对本地数据进行发送;第四部分主要负责现场额外的业务需求;
[0011] 第三层为显示逻辑层,主要采用MFC应用程序框架进行开发,具备功能包括设备查 询,参数控制,状态监测,同时还用于设置远程服务器的IP和端口号以及心跳包发送时间, 对远程通信状态进行提示。
[0012] 更进一步的,所述远程TCP通信模块为4G物联网模块。
[0013] 进一步的,所述服务器数据通信服务单元为远程数据通信服务器,所述远程数据 通信服务器包括远程TCP通信模块、面向服务数据通信模块;所述远程TCP通信模块用于通 过互联网与所述本地服务器进行通信;所述面向服务数据通信模块为为基于WAS (Windows Activation Service)部署的WCF (Windows Communication Foundation)通信服务。
[0014] 更进一步的,所述面向服务数据通信模块主要包括通信功能模块和业务处理模块 两部分;
[0015] 所述通信功能模块包括现场通信功能接口和数据应用通信接口,所述现场通信功 能接口用于与本机的远程TCP通信模块通信,数据应用通信接口用于与网站服务单元通信;
[0016] 所述业务处理模块用于接收到的现场数据的处理,以及接收到的网站服务单元发 来的远程控制命令的处理。
[0017] 进一步的,所述网站处理单元为网站服务器,所述网站服务器按照MVC三层结构进 行设计,模型层负责建立数据模型,控制层负责响应并处理用户请求,视图层则做为最终呈 现的用户界面回发给浏览器客户端;此外还引入数据访问层和业务逻辑层来对数据进行处 理,数据访问层主要负责访问WCF服务和与数据库建立连接,而业务逻辑层则负责针对具体 的用户请求对数据业务逻辑进行处理。
[0018] 更进一步的,所述网站处理单元与所述服务器数据通信服务单元部署在同一台服 务器上。
[0019] 进一步的,所述数据文件存储单元包括本地数据库服务器和远程数据库服务器, 用于对历史数据进行存储,每个现场都设有一个本地数据库服务器。
[0020] 更进一步的,所述本地数据库服务器部署在所述本地服务器上。
[0021] 相对于现有技术,本发明所述的基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统具有以 下优势:
[0022] 本发明在焊机监控领域具有一定的独创性,具有跨平台性、分布式架构、模块化、 性能高效等优点。服务器端的焊接数据由于采用了 WCF接口化的方式进行采集,可以同时为 多种编程语言和应用程序提供服务,同时分布式的实际结构,充分考量了系统安全稳定性, 也增强了整个系统的可扩展性。
附图说明
[0023] 图1为本发明系统的完整结构框图;
[0024] 图2为本发明网站的用户分角色管理系统的示意流程图。
具体实施方式
[0025] 需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。
[0026] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0027] 如图1所示为系统的完整结构框图,按功能主要划分为现场数据采集单元、服务器 数据通信服务单元、网站服务单元、数据文件存储单元。现场数据采集单元对应图中的工业 现场系统+本地服务器,服务器数据通信服务单元对应图中的远程数据通信服务器,网站服 务单元则对应图中的网站服务器。数据文件存储单元,即图中的本数据服务器和远程数据 服务器相配合。
[0028] 在现场数据采集单元中主要包括电阻焊机设备,CAN/Wi-Fi转换模块,工业无线AP 及网络交换机,中央控制单元和本地服务器,电阻焊机设备通过连接CAN转Wi-Fi模块接入 局域网发送数据。Can转Wi-Fi模块设备端采用CAN-bus接口,按照IEEE802 • 11标准对设备数 据进行透明传输。为了实现无线网络传输,首先需要依据现场实际情况设计AP组网方案,常 用的组网方式主要分为三种:单、双AP方案,采用以P0E交换机为桥梁的多AP布线方案,超级 AP方案。其中单、双AP方案主要用于中小现场无线范围覆盖,带机量约为100-120台。双AP采 用网线直连方式进行数据交换。多AP布局则主要用于大中范围无线网络,可以对大部分现 场实现无死角网络覆盖,数据交换及设备供电主要依靠P0E交换机器完成。对于一些成本要 求不严格的超大车间,则可以使用多个超级AP实现网络覆盖。
[0029] 如图1所示,在网络覆盖正常的情况下,焊机设备和中央控制单元通过CAN/Wi-Fi 转换模块进行通信。中央控制单元为PLC设备,可组成4个设备通信网络,每个设备网络最多 64台焊机设备。本地服务器作为现场数据采集系统的数据控制终端通过网线直连形式与 PLC进行通信,接收焊机数据并发送控制指令。本地服务器的上位机控制软件具有数据查 询,实时监控,参数修改,电网限容等多项功能。上位机控制软件的控制优先级高于远程数 据通信平台,只有在本地服务器的上位机控制软件处于监控状态下且远程控制许可选项打 开时,网站客户端才有权限对现场设备进行控制。对于焊接的参数设定和故障记录等信息, 当出现改动后,本地服务器将立即与本地数据库建立连接并保存修改。
[0030] 本地服务器采用基于Windows平台的工控机系统,上位机软件为MFC编写的桌面应 用程序,软件分为三层构架:
[0031] 第一层为数据访问层,该层负责与中央控制单元进行TCP数据通信,同时采用㈤BC 类库对数据库进行访问。数据库采用MS SQL Server 2008,该版本可以稳定运行在各类主 流Windows平台下,具备数据库实时发布订阅功能可以用于数据库远程同步。
[0032]第二层为业务处理层,其主要业务逻辑包括四个部分:第一部分为周期性的对各 个设备网络发送状态查询命令,获取焊机的实时数据,将获取的数据包进行解析并储存。第 二部分为提供数据查询业务功能,可以对现场所有设备的焊机参数进行查询,参数包括焊 机参数、修磨参数、焊机信息等,同时可以对各项参数进行修改和更新。此外还可以从本地 数据库进行历史数据查询。第三部分则为数据的远程通信业务,上位机软件可以控制远程 通信是否打开,并主动与服务器建立连接,然后周期性的对本地数据进行发送。第四部分则 主要负责一些现场额外的业务需求,如工频电阻焊机的限容功能等。
[0033]第三层为显示逻辑层,主要采用MFC应用程序框架进行开发,具备设备查询,参数 控制,状态监测等多种功能,同时也可以设置远程服务器的IP和端口号以及心跳包发送时 间等,程序状态栏还会对远程通信状态进行提示。
[0034] 本地服务器借助4G物联网模块接入互联网,通过套接字编程方式与远程数据通信 服务器建立连接并保持会话。每当本地服务器接收到一个完整网络内的所有焊机数据时, 立即对数据进行封包并上传。该数据包的通信协议包含以下内容:帧头、地址信息、数据类 型、数据长度、数据块、校验码、帧尾。其中地址信息用来标识数据来源包括企业现场的标识 ID,控制单元ID,网络号各一个字节。企业现场的标识ID作为识别每个现场的唯一方式,需 要预先进行分配并写到对应的上位机软件和服务器通信端。数据类型用来区分数据包是控 制命令还是设备信息,数据长度采用大端模式占用两个字节。数据块为焊机所在网络的全 部焊接信息,每台焊机包括:焊机号、规范号、焊接电流、焊接时间、控制角、导通角、焊钳号、 焊点数、占空比、入库时间等十个字节数据。此外,用于检测网络状态的心跳包则为数据长 度为零的空包。
[0035] 远程数据通信服务器选择Windows Server 2012R2版本,服务器端的各项应用程 序均采用C#语言开发。服务器的数据通信服务单元中现场数据通信模块作为TCP Server与 本地服务器的上位机软件通信。该模块是一fWindows服务应用程序,Windows服务可以在 服务器启动时自动启动,可以暂停和重新启动而不必显示任何用户界面。该模块采用异步 套接字编程技术实现。为了实现数据的双向通信,每一个本地服务器所上传的网络数据包 的包头都会包含一个唯一的企业标识ID,用以区别各个现场。当服务器建立TCP监听接口后 会建立一个用于存放套接字客户端的词典。在每次与TCP客户端建立连接,并第一次接收到 数据包时,会将该数据包中的ID以及当前的套接字连接作为一对键值保存到词典中。对于 长时间未收到数据包或心跳包的客户端,则由服务端主动关闭连接,并从词典中删除客户 端对象。
[0036] 远程TCP通信模块作为协调现场与服务器端的中转模块,在采集到焊机数据后,通 过面向服务的数据通信单元将数据传递到网站服务应用程序。面向服务的数据通信单元为 基于WAS部署的WCF通信服务。Windows Communication Foundation (WCF)是由微软发展的 一组数据通信的应用程序开发接口,它的目标是通过进程或不同的系统、通过本地网络或 是通过Internet收发客户和服务之间的消息。Windows Activation Service (WAS)则是 IIS7.0及后续版本所特有的新功能,专门用于提供并支持除Http之外的更多协议绑定功 能,同时作为WCF的宿主,WAS可以为服务端程序提供一个灵活、稳定、高效的宿主环境。
[0037] 面向服务的数据通信单元主要包括通信功能模块和业务处理模块两部分。其中通 信功能主要负责通过暴露通信地址和功能接口的方式分别与网站服务器和远程TCP通信模 块通信。远程TCP通信模块通过调用上传数据和连接关闭这两个接口函数与WCF程序通信, WCF程序内预先定义各现场的数据列表,当接收到数据时,根据数据来源的标识1D判断该现 场是否存在列表中,若不存在则创建新的列表元素,同时存储数据,并将该现场标记为在线 状态;当远程TCP通信模块检测到某个连接中断时,则通过调用连接关闭函数,提示WCF程序 修改对应现场的在线状态。其通信过程采用的绑定协议为netTcPbinding。同时,为了实现 远程控制功能,WCF端采用回调方式将控制命令回发给远程TCP通信模块。远程TCP通信^块 和WCF程序可以采用分布式架构设计,同时也WCF服务也支持同时与多个TCP Server进行通 信。为了将数据在传递给网站应用服务器,WCF服务和网站程序间采用发布-订阅模式处理, 具体流程为:当Web客户端启用实时监控功能后,Web服务器调用注册接口函数来通知WCF程 序,一旦WCF程序接收到来自指定现场的焊机数据后将主动推送给向其订阅的网站服务器 模块。当ffeb客户端停止监视时,Web服务器调用注销接口函数,通知WCF服务关闭指定订阅。 对于远程参数的修改和控制则,WCF则开放了对应的接口函数,为网站服务器提供支持。绑 定协议也采用netTcpbinding。 t〇〇38]进一步的说,远程数据通信服务器的远程TCP通信模块在接受到数据包后,对其进 行解析,将校验无误的数据包中的地址信息、数据长度和数据块交由WCF程序存储,存储时 还需记录数据接收到的具体时间。为了解决通信过程中存在的数据高吞吐量和连接并发数 多等问题,服务端的套接字编程采用SocketAsyncEventArgs类实现,该类为微软提供的高 性能异步Socket实现类,专为高性能网络服务器应用程序而设计。
[0039] WCF程序的通信服务全部基于netTcpbinding协议,接口函数主要分为两类,分别 用于为现场和远程用户提供服务。其中与现场的通信服务用到的接口函数包括:数据上传 函数、连接关闭函数以及用于远程控制的回调函数。面向用户的服务接口函数则包括:订阅 和注销函数、控制命令发送函数等。采用WCF服务程序不仅可以向本发明中基于C#编写的网 站程序提供服务,同时也可以用于向其他语言编写的网站程序或服务以及移动设备APP提 供数据服务。
[0040] 网站服务器基于Windows平台采用C#MVC框架构建。采用分角色的用户管理模式对 不同的用户权限进行区分,用户信息采用MD5加密后存储在服务器数据库中。网站的核心业 务功能为实时监控模块,历史数据查询模块和远程控制模块。
[0041]该网站的实时监控功能通过引用SignalR类库,创建一个Hub对象来为Web客户端 提供注册服务。如前文所述,当数据经由WCF服务推送到数据服务器后,所有web客户端便可 以与其实时共享焊机数据。客户端和服务器间采用J0SN格式来完成数据交换。
[0042]本网站的历史数据查询功能包括焊机信息,焊接参数,修磨参数,焊接结果和故障 记录五项内容,查询时按照所属现场,控制器ID和网络号以及起止时间作为筛选信息进行 查询。同时数据结果可以导出到Excel文件中,用于进一步的数据分析处理。
[0043]远程控制功能主要包括:焊接参数及修磨参数设置,部分故障手动复位以及数据 采集参数设置等。远程控制功能只有在现场数据采集程序的远程控制功能选项打开时方可 使用。当现场上位机不在线时,远程控制功能则不可用。
[0044]除了上述业务功能,网站还具备用户管理功能,将用户分为普通用户、企业管理员 和网站管理员三类。其中普通用户和企业管理员具有使用核心业务的权限,而网站管理员 则负责对整个全部用户和企业系统进行管理和企业管理员的授权工作。
[0045] 更进一步的说,网站服务应用程序按照MVC三层结构进行设计,模型层负责建立数 据模型,控制层负责响应并处理用户请求,视图层则做为最终呈现的用户界面回发给浏览 器客户端。此外还需要引入数据访问层和业务逻辑层来对数据进行处理。数据访问层主要 负责访问WCF服务和与数据库建立连接。而业务逻辑层则负责针对具体的用户请求对数据 业务逻辑进行处理。
[0046]网站服务按图2所示,将用户分为了三个等级,企业用户,企业管理员以及系统管 理员。当某一企业现场接入该远程控制系统后,系统管理员会为系统添加该企业的有关信 息和标识ID,并为企业建立管理员账号。企业管理员在获得账号后需要立即修改默认密码, 方可使用权限。普通用户在使用前需要进行注册,在注册时必须填写企业的标识码,而后需 要等候对应的企业管理员进行授权,才可以登录系统。企业管理员可以同时对企业的多个 现场系统进行监控,而企业用户则只能监控指定的现场系统。系统管理员不具备网站的各 项数据业务使用权限。
[0047]由于远程数据通信服务器和网站服务器均采用基于Windows平台的服务器系统, 目前我们将两个服务器单元部署在同一台服务器上,在同时监控1〇个现场的的情况下可以 稳定运行。为了减轻服务器压力也可以引入分布式架构,将二者部署在两台服务器上运行。 [0048]由于远程数据库服务器需要同时存储多个现场的数据库信息,我们采用了独立的 数据库服务器进行存储。而本地数据库服务器则直接安装在现场上位机中。
[0049] 此外,远程控制的流程具体如下:用户通过web浏览器客户端访问远程控制页面, 并向网站服务器发送一个包含命令数据的Ajax请求。网站服务器在接收到对应的Ajax请求 后,将命令发送到远程数据通信服务器,远程数据通信服务器在接收到命令后将其回发给 本地服务器,,实现控制。如其所述,当用户进行远程控制时,需要使用回调机制等手段进行 实现。当现场上位机收到控制命令后,需要判断是否可以执行该命令,若正在焊接或禁止远 程控制,则不可执行。若可以执行,则交由现场上位机软件的业务逻辑层进行处理。同时现 场会向远程服务器会发一个数据类型为控制命令的数据包,其数据位为一个字节,表示控 制命令是否执行成功,从而提示用户控制命令是否正确执行。
[0050] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精 神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,其特征在于,包括现场数据采集单 元、服务器数据通信服务单元、网站服务单元以及数据文件存储单元; 每个现场设有一个所述现场数据采集单元,通过无线组网方式对现场电阻焊机设备的 数据进行采集,经由互联网与所述服务器数据通信服务单元通信,将正确的现场数据直接 传输到网站服务单元,实现网站的各项数据功能,同时接收网站服务单元的远程控制命令; 所有数据同步传输并储存在数据文件存储单元。
2. 根据权利要求1所述的一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,其特征在于, 所述现场数据采集单元包括中央控制单元和本地服务器,现场的焊机终端通#CAN/W卜Fi 转换模块,由无线网接入所述中央控制单元;所述中央控制单元通过网络接入所述本地服 务器,所述本地服务器设有远程TCP通信模块,通过互联网与所述服务器数据通信服务单元 进行通信。
3. 根据权利要求2所述的一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,其特征在于, 所述本地服务器分为三层构架,第一层为数据访问层,该层负责与中央控制器进行TCP数据 通信,同时采用ODBC类库对上位机数据库进行访问; 第二层为业务处理层,其主要业务逻辑包括四个部分:第一部分为周期性的对各个设 备网络发送状态查询命令,获取焊机的实时数据,将获取的数据包进行解析并储存;第二部 分为提供数据查询业务功能,对现场所有设备的焊机参数进行查询、修改和更新;第三部分 为数据的远程通信业务,控制远程通信是否打开,并主动与服务器建立连接,然后周期性的 对本地数据进行发送;第四部分主要负责现场额外的业务需求; 第三层为显示逻辑层,主要采用MFC应用程序框架进行开发,具备功能包括设备查询, 参数控制,状态监测,同时还用于设置远程服务器的IP和端口号以及心跳包发送时间,对远 程通信状态进行提示。
4. 根据权利要求2所述的一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,其特征在于, 所述远程TCP通信模块为4G物联网模块。
5. 根据权利要求1所述的一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,其特征在于, 所述服务器数据通信服务单元为远程数据通信服务器,所述远程数据通信服务器包括远程 TCP通信模块、面向服务数据通信模块;所述远程TCP通信模块用于通过互联网与所述本地 服务器进行通信;所述面向服务数据通信模块为为基于WAS (Windows Activation Service)部署的WCF (Windows Communication Foundation)通信服务。
6. 根据权利要求5所述的一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,其特征在于, 所述面向服务数据通信模块主要包括通信功能模块和业务处理模块两部分; 所述通信功能模块包括现场通信功能接口和数据应用通信接口,所述现场通信功能接 口用于与本机的远程TCP通信模块通信,数据应用通信接口用于与网站服务单元通信; 所述业务处理模块用于接收到的现场数据的处理,以及接收到的网站服务单元发来的 远程控制命令的处理。
7. 根据权利要求1所述的一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,其特征在于, 所述网站处理单元为网站服务器,所述网站服务器按照MVC三层结构进行设计,模型层负责 建立数据模型,控制层负责响应并处理用户请求,视图层则做为最终呈现的用户界面回发 给浏览器客户端;此外还引入数据访问层和业务逻辑层来对数据进行处理,数据访问层主 要负责访问WCF服务和与数据库建立连接,而业务逻辑层则负责针对具体的用户请求对数 据业务逻辑进行处理。 _
8. 根据权利要求7所述的一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,其特征在于, 所述网站处理单元与所述服务器数据通信服务单兀部署在同—台服务器上。
9. 根据权利要求1所述的一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,其特征在于, 所述数据文件存储单元包括本地数据库服务器和远程数据库服务器,用于对历史数据进行 存储,每个现场都设有一个本地数据库服务器。
10.根据权利要求9所述的一种基于互联网技术的电阻焊机远程监控系统,其特征在 于,所述本地数据库服务器部署在所述本地服务器上。
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