CN112949095B - 一种工业液压系统工作动态远程监控方法 - Google Patents

一种工业液压系统工作动态远程监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业液压系统工作动态远程监控方法，采用电脑组态软件MCGS模拟仿真真实工业液压系统环境和运作逻辑，再通过MCGS与SQL数据库的连接，将组态软件的仿真数据导出；最后搭建后端服务器，将SQL数据库的存储数据实时传输给移动前端，实现远程数据监看；并在远程客户端添加控制逻辑函数，利用Websocket建立前后端长连接，实现双向数据传送，然后通过ODBC数据库函数，实现通过SQL反向控制MCGS组态软件的功能，实现远程控制。本发明实现了移动端随时随地对工业现场液压系统工作动态远程监视、报警和控制的功能。

Description

一种工业液压系统工作动态远程监控方法
技术领域
本发明属于工业液压系统远程监控技术领域，尤其涉及一种工业液压系统工作动态远程监控方法。
背景技术
当前的液压系统有着燃油能力差，对温度压强要求高，容易泄露等缺点。需要定期检测维护。然而现有的液压系统工作检测方式难以对整个系统进行实时监测，只能定期到现场读取有限的测量表值。但现场读表数据分析不够及时，且液压系统周围常会存在燃油蒸汽，会对人体造成众多不可逆伤害。此外还有一些特殊环境内的液压系统，如高温，密闭，可燃环境等，现场读数更为困难。同时，液压系统中的燃油介质一旦发生泄露，可能产生较大事故，因此检测系统还应有预警的功能。
首先建立合适的液压系统模型，选取各部分元件型号，然后利用MCGS软件模拟真实系统工作，在此之上建立动态可视化监控界面，最后加入预警算法，最终开发成可下载的互联网APP。
MCGS是一套基于Windows平台，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件。该系统通过可视化操控,对数据进行现场采集、监测、分析处理与控制，具有操作简便、可视性好、可靠性高等特点,广泛应用于自动化领域,向用户提供解决实际工程问题的方案。MCGS 软件中提供了多种不同功能、且各自独立的构件，在组态环境中,通过配置各种参数，像搭积木一样就能构造出一个功能丰富、可实际应用的工程系统。利用该软件可以实现对实际液压系统情况的模拟仿真。
但是，现有技术中，MCGS服务器端和客户端处在同一个局域网内，客户端访问MCGS服务器的方式为内网访问。网络拓扑结构如图1。或者MCGS服务器端和客户端不处在同一个局域网内，客户端访问MCGS服务器的方式为外网访问。其中一种网络拓扑结构如图2。
术语解释：
SQL server数据库：美国Microsoft公司推出的一种关系型数据库系统，是一个可扩展的、高性能的、为分布式客户机/服务器计算所设计的数据库管理系统。其具有易用性、适合分布式组织的可伸缩性等特性较强；同时SQL Server数据库用于决策支持的数据库功能具有明显优势；具有与其他服务器软件紧密关联的特性，它的性价比也比较高。第二，在数据挂目录与分析中，对于原始数据转化为商业智能信息具有非常重要的意义。对于MCGS组态软件， SQL server数据库是一种方便与之连接并实现双向数据传送的数据库，同时也方便服务器进行数据访问。
液压系统：液压系统的作用为通过改变压强增大作用力。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件(附件)和液压油。液压系统可分为两类：液压传动系统和液压控制系统。液压传动系统以传递动力和运动为主要功能。液压控制系统则要使液压系统输出满足特定的性能要求(特别是动态性能)，通常所说的液压系统主要指液压传动系统。
数据可视化：数据可视化，是关于数据视觉表现形式的科学技术研究。其中，这种数据的视觉表现形式被定义为，一种以某种概要形式抽提出来的信息，包括相应信息单位的各种属性和变量。它是一个处于不断演变之中的概念，其边界在不断地扩大。主要指的是技术上较为高级的技术方法，而这些技术方法允许利用图形、图像处理、计算机视觉以及用户界面，通过表达、建模以及对立体、表面、属性以及动画的显示，对数据加以可视化解释。与立体建模之类的特殊技术方法相比，数据可视化所涵盖的技术方法要广泛得多。
远程监控：远程监控从字面上理解可以分为“监”和“控”两部分，其中“监”是指通过网络获得信息为主：而“控”是指通过网络对远程计算机进行操作的方法，对远程计算机进行重新启动、关机等操作，还包括对远端计算机进行日常设置的工作。
发明内容
针对目前对MCGS网络版的监控只能通过电脑端实现，而不能通过移动端APP实现，操作人员可以实现远程控制，但是无法实现随时可操作性。本发明提供一种工业液压系统工作动态远程监控方法。
本发明的一种工业液压系统工作动态远程监控方法，包括以下步骤：
步骤1：采用电脑组态软件MCGS模拟仿真真实工业液压系统环境和运作逻辑。
在此基础上设计关键测量点测得数据参数的数据处理函数、设计动态变量、绘制数据表格，添加报警参数。
步骤2：将MCGS与SQL数据库连接，将仿真数据导出。
基于MCGS内部参数组对象，将组链接到数据库中的不同表格，将组对象中的不同对象链接到表中的不同列；此时，MCGS产生的仿真数据已经实时存储在SQL数据库。
步骤3：搭建移动后端服务器，与SQL数据库连接。
引入“mssql”包，将操作SQL数据库的sql语句移至后端，实现后端对SQL数据库中数据的增删改查功能，将最新的参数数据调取出来，以供移动前端实时显示。
步骤4：建立移动前端与后端服务器的联系。
利用websocket函数建立前端与后端的联系，从而获得各个状态的值并将它们赋给前端定义的数组，用于图表的建立以及预警功能所需的参数的输入。
步骤5：在移动前端远程监控工业液压系统工作动态。
通过ODBC数据库函数，实现通过SQL server反向控制组态软件MCGS的功能，实现远程控制。
步骤6：监测模拟液压系统工作的MCGS产生的数据是否超过正常值，是则在移动前端产生报警信号。
进一步的，远程控制具体为：在MCGS中将每一ODBC函数赋予每一应控物理量，并取相反值，随后通过在后端编写查表/删表语句，将该语句链接给移动前端的button，实现按钮控制功能。
进一步的，后端开发环境为Node.js，将SQL数据库中MCGS的变量与移动前端连接。
进一步的，利用花生壳内网穿透软件，把内网IP的端口映射到外网，实现局域网IP端口与公网域名绑定，从而达到远程访问局域网的目的。
本发明的有益技术效果为：
本发明依托MCGS网络版组态软件搭建了流量、温度、压力等数据具有完整算法，流量计、电磁换向阀等设备非常完善的液压系统。可以通过移动前端APP，远程监控工业现场液压系统工作，具有监视、报警和控制功能。将监测人员的工作环境移至相对安全的监控室，实现远程监控，大大降低了测试人员的劳动强度，同时也增强了数据共享性、透明性、及时性。对于燃油系统检测的应用也具有广泛前景。
附图说明
图1为现有MCGS服务器端和客户端处在同一个局域网内网络拓扑结构。
图2为现有MCGS服务器端和客户端不处在同一个局域网内网络拓扑结构。
图3为本发明远程监控方法数据流程示意图。
图4为本发明采用电脑组态软件MCGS模拟仿真真实工业液压系统环境。
图5为本发明APP前端主界面、控制界面以及压力监控界面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
本发明的一种工业液压系统工作动态远程监控方法数据流程如图3所示，包括以下步骤：
1、采用电脑组态软件MCGS模拟仿真真实工业液压系统环境和运作逻辑。如图4所示，模拟仿真真实液压系统的结构和设备功能，搭建出一个完整的液压系统，并添加各个功能部件，如电机、溢流阀、电磁换向阀等元件，完善其对应的功能逻辑函数，使系统接近真实液压系统的控制连接逻辑。在此基础上设计关键测量点测得数据参数的数据处理函数、设计动态变量、绘制数据表格，添加报警参数。
2、将MCGS与SQL数据库连接，将仿真数据导出。
在MCGS中选择数据库连接设置，与SQL server数据库中已有数据库相连接。基于MCGS内部参数组对象，将组链接到数据库中的不同表格，如流量组、温度组、压力组、系统环境参数组等，将组对象中的不同对象链接到表中的不同列。此时，MCGS产生的数据已经实时存储在数据库，方便后端服务器调用数据和前端客户端处理数据。
3、搭建移动后端服务器，与SQL数据库连接。
在后端开发中，用到的开发环境是Node.js。引入“mssql”包，将操作SQL数据库的sql 语句移至后端，实现后端对SQL数据库中数据的增删改查功能，将最新的参数数据调取出来，以供移动前端实时显示。
Node.js是基于Chrome V8引擎的JavaScript运行，使用高效、轻量级的事件驱动、非阻塞I/O模型，它的包生态系统npm是目前世界上最大的开源库生态系统。Node.js使JavaScript 不仅可以应用在浏览器端，也可以运行在服务器端。目前，Node.js凭借其优秀的性能受到全球各大公司的重视，如eBay、Microsoft、PayPal、Uber、Yahoo等，国内阿里巴巴、百度、腾讯等也在很多项目中应用，可见Node.js的发展已经成熟，它能快速创建大规模的网络应用，处理高吞吐量的实时连接。使用Nodejs开发服务器后台，相应的设计API数据传输接口，将数据传输给前端。
4、建立移动前端与后端服务器的联系。
要实现移动前端APP对于电脑端模拟的液压系统的监视(如图5所示为前端主界面、控制界面以及压力监控界面)，就要实现前端对于后端的数据访问，如何实现前后端的联系是首要问题。利用websocket函数建立前端与后端的联系，从而获得各个状态的值并将它们赋给前端定义的数组，用于图表的建立以及预警功能所需的参数的输入。
5、在移动前端远程监控工业液压系统工作动态。
前面我们已经利用websocket函数建立了前后端的连接，但是前端发出的数据请求传送给后端后，无法改变数据库数据和MCGS组态软件数据，即无法控制实际液压元件。
利用ODBC数据库函数，此函数通过判断SQL sever数据库中表格数据来发送-1/0的信号。我们在MCGS中将每一ODBC函数赋予每一应控物理量，并取相反值(因为MCGS中开关变量只有0和1，没有负数值，所以需要取相反值来实现开关对应)，随后通过在后端编写查表/删表语句，将该语句链接给前端的button，实现按钮控制功能(按下button改变应控物理量的0/-1状态)。
移动前端的功能的实现，前端采用hbuilderx开发工具设计APP的具体界面，后端则采用vscode设计工具建立与前端以及数据库的联系。
采用hbuilderx开发工具设计远程可监控的动态可视化APP前端具体界面，结合使用 HTML语言搭建界面框架、CSS语言设计界面样式、Javascript语言设计页面处理脚本。对于可视化表格的设计主要通过引用echart表格图像处理第三方包，设计所需的压力、流量、温度数据显示折线图。采用hbuilderx开发工具设计远程可监控的动态可视化APP前端具体界面，并利用WebSocket函数建立起主界面与后端的联系，获得各个状态的值并将它们赋给定义的yDataArr1等。获得各状态的数值后，利用if语句进行判断，并利用toast函数进行弹窗警告。采用hbuilderx开发工具设计远程可监控的动态可视化APP前端具体界面，也是利用 WebSocket函数获得与后端关系的建立通过JavaScript脚本添加按键函数，使其在按下按键时，可以发送控制信号给后端，然后传输给MCGS，实现远程控制。
同时，利用花生壳内网穿透软件进行域名绑定，具体的：利用花生壳内网穿透软件，把内网IP的端口映射到外网，实现局域网IP端口与公网域名绑定，从而达到远程访问局域网的目的。由此远程可监控的动态可视化APP前端便可以脱离局域网的束缚在公网上使用。
最终本发明可实现三功能：
(1)监视功能，移动前端获得后端数据后，移动前端能够把模拟液压系统工作的MCGS 软件工程项目产生的数据进行可视化；
(2)报警功能，当模拟液压系统工作的MCGS软件工程项目产生的数据超过正常值时，移动前端即产生报警显示弹窗；
(3)控制功能，当电脑服务器允许移动前端进行改变液压系统工作时，移动前端便可以通过控制界面按钮实现远程控制。

Claims (3)

1.一种工业液压系统工作动态远程监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用电脑组态软件MCGS模拟仿真真实工业液压系统环境和运作逻辑；
在此基础上设计关键测量点测得数据参数的数据处理函数、设计动态变量、绘制数据表格，添加报警参数，模拟仿真真实液压系统的结构和设备功能，搭建出一个完整的液压系统，并添加各个功能部件，包括电机、溢流阀、电磁换向阀，完善其对应的功能逻辑函数，使系统接近真实液压系统的控制连接逻辑；
步骤2：将MCGS与SQL数据库连接，将仿真数据导出；
基于MCGS内部参数组对象，将组链接到数据库中的不同表格，将组对象中的不同对象链接到表中的不同列；此时，MCGS产生的仿真数据已经实时存储在SQL数据库；
步骤3：搭建移动后端服务器，与SQL数据库连接；
引入“mssql”包，将操作SQL数据库的sql语句移至后端，实现后端对SQL数据库中数据的增删改查功能，将最新的参数数据调取出来，以供移动前端实时显示；
步骤4：建立移动前端与后端服务器的联系；
利用websocket函数建立前端与后端的联系，从而获得各个状态的值并将它们赋给前端定义的数组，用于图表的建立以及预警功能所需的参数的输入；
步骤5：在移动前端远程监控工业液压系统工作动态；
通过ODBC数据库函数，实现通过SQL server反向控制组态软件MCGS的功能，实现远程控制，远程控制具体为：在MCGS中将每一ODBC函数赋予每一应控物理量，并取相反值，随后通过在后端编写查表/删表语句，将该语句链接给移动前端的button，实现按钮控制功能；
步骤6：监测模拟液压系统工作的MCGS产生的数据是否超过正常值，是则在移动前端产生报警信号。
2.根据权利要求1所述的一种工业液压系统工作动态远程监控方法，其特征在于，所述步骤3中，后端开发环境为Node.js，将SQL数据库中MCGS的变量与移动前端连接。
3.根据权利要求1所述的一种工业液压系统工作动态远程监控方法，其特征在于，还包括利用花生壳内网穿透软件，把内网IP的端口映射到外网，实现局域网IP端口与公网域名绑定，从而达到远程访问局域网的目的。
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