网络化整经机生产监控系统的软件设计

第圆8卷第5期圆园园9年10月天津工业大学学报允韵哉砸晕粤蕴韵云栽陨粤晕允陨晕孕韵蕴再栽耘悦匀晕陨悦哉晕陨灾耘砸杂陨栽再Vol.28No.5October2009网络化整经机生产监控系统的软件设计邵景峰1，杨丽萍1，李永刚2，秦兰双1，宋鹏1（1援西安工程大学教务处，西安710048；2援嘉兴学院数学与信息工程学院，浙江嘉兴314001）摘要：为实现准备车间生产管理的信息化和生产数据在局域网内的共用，以及与纺织厂生产信息监控系统的有效集成，根据准备车间的实际需求，开发了一种新型的网络化监控系统.对系统开发的可行性进行了研究，对系统的体系结构和工作原理进行了分析，利用网络技术、通信技术和数据库技术对系统开发过程中的多机通信过程、数据采集技术、异构数据库集成技术进行了设计，并利用多线程技术对数据采集过程进行了优化.实践表明,该系统具有系统管理、参数设置、数据监控和数据处理功能.关键词：整经机；监控系统；数据采集；网络化管理中图分类号：TS108.8文献标识码：A文章编号：员远苑员原园圆源载（圆园园9）园5原园园64原园5DesignofnetworkproductionmonitoringandcontrolsystemofwarpingmachineSHAOJing-feng1，YANGLi-ping1，LIYong-gang2，QINLan-shuang1，SONGPeng1（1.Dean忆sOffice,Xi忆anPolytechnicUniversity，Xi忆an710048，China；2.CollegeofMathematicsandInformationEngineering，JiaxingUniversity，Jiaxing314001，China）Abstract：Anewnetworkmonitoringandcontrolsystemisdevelopedaccordingtotheactualrequirementsofthepreparationworkshopinordertorealizethewholeproductionmanagementinformationizationandproductiondatashareofpreparationworkshop，andachievetheeffectiveinformationintegrationwithproductionmonitoringandcontrolsystemofthetextileenterprise.Thedevelopmentfeasibilityofthesystemisstudied，andthenetworkstructureandworkingprincipleareanalyzed，andthedatabaselogicalstructure，datacollectiontechnology，multi-machinecommunicationtechnologyanddatabaseintegrationtechnologyaredesignedwiththenetworktechnology，communicationtechnologyanddatabasetechnology.Then，thedatacollectiontechnologyisoptimizedbyusingmulti-threadtechnology.Finally，thecorefunctionsofthesystemareintroduced.Keywords：warpingmachine；monitoringandcontrolsystem；datacollection；networkingmanagement收稿日期：2009-05-25基金项目：浙江省重大科技专项和优先主题项目（2008C11011）；西安工程大学校管科研项目（09XG15）作者简介：邵景峰（1980—），男，硕士，工程师.E-mail：[e-mail]随着纺织企业重组的不断推进，使越来越多的生产管理者开始关注每个车间的成本与利润、消耗与利用，并采取措施不断改进生产管理方式，加强生产过程的监控，以提高车间的工作效率，降低劳动力成本、增加企业利润.而且，随着越来越激烈的国内外纺织市场的竞争，企业和生产车间都非常重视利用信息技术来提高产品质量、降低生产成本，使企业处于竞争的有利地位[1].整经机作为棉纺企业的关键设备之一，在整个生产过程中起着举足轻重的作用，其产量、质量数据的正确性直接关系着生产制造过程的每一个环节，因此，对其进行生产过程的监控对纺织厂而言是非常重要的.然而，目前现状是大部分纺织厂使用的整经机相对比较陈旧，车间的生产管理仍旧处于单机台的人工抄表、手工统计的传统状态，很少使用计算机信息管理系统来管理，同时，现有的信息管理系统不能实现整个车间的生产监控，更不能实现生产信息的网络化管理[2].整经机监控系统正是在这个背景下提出的.整经机网络化监控系统是纺织厂生产信息监控系统（productioninformationmonitoringsystemofthetextilemill，PIMSTM）的子系统,其利用先进的自动化技术和信息化技术对车间设备进行信息化改造，完成对准备车间生产设备各种实时信息的采集、整理、第5期图1监控系统体系结构Fig.1Systemnetworkarchitecture存储、监控和分析，能为企业的生产决策提供准确、及时、全面的数据分析和信息管理平台，也为企业的ERP系统提供基础生产数据，便于企业对生产过程的综合管理.1系统结构与工作原理监控系统主要由车间的主服务器、下位机监测器组成，相互之间经RS-485通信网络相连，形成二级集散式结构，其模型如图1所示.客户端用户可通过企业内部局域网与车间主服务器实现数据交换，相互通信，形成安全可靠的C/S模式结构[3].上位机监控系统的主要任务是按照规定的通信协议，对下位机监测器中的数据进行实时采集，然后对数据进行预处理、计算、显示，并以规定格式存储在本地的监测信息库中；监测器（Monitor）的核心功能是，一方面对生产现场的机台设备数据进行采集，经预处理后存储到本地寄存器中；另一方面接受车间主服务器发送的各种控制命令，按照指令要求对各种机台进行监控，并进行初步的处理，最终通过串口回送相应的数据到服务器；客户端既可以向车间服务器的监控系统提供系统生产参数（诸如品种月计划（PZYJH），轮班信息（LBXX），机台信息（JTXX），生产日计划（SCRJH），端口信息（DKXX），组岗信息（ZGXX），产量指标（CLZB），质量指标（ZLZB），指标系数（ZBXS）等），也可以实现机台运转状态的远程在线监控，以及生产数据的统计分析、各类报表的产生、打印等功能.2总体设计2.1异构数据库的集成SQLServer2005关系数据库在完整性、安全性、标准化、开放性、可扩充性方面比较完善，得到广泛的应用，它不但在一定程度上减少了系统的开发周期，而且可以通过ODBC、DAO、OLEDB、ADO等多种数据接口方式对数据进行访问，为此，在软件设计过程中采用SQLServer2005为监控系统的数据库管理系统.数据库结构设计的合理与否在系统开发中占有重要地位，其总体任务是实现生产数据管理的规范化和自动化，因此，在数据库概念设计阶段，使用实体原联系模型作为概念设计的工具，得出E-R（Entity-Re原lation）图.进入数据库逻辑设计阶段，其首要任务是把E-R图转化成初始的关系数据库模式，然后用关系规范化理论，对关系模式间由函数依赖引起的更新异常进行规范化处理，使静态关系应至少满足1NF，动态关系应至少满足3NF[4]，所以在数据库逻辑结构设计时采取了以下原则：淤删除不必要的数据冗余，实现数据库中相关数据表的规范化、科学化；于数据表中字段的命名应统一化，有利于数据库的集成和后期维护；盂适当引入数据冗余，提高数据库中数据的检索效率；榆尽量为各个数据表设计相应的视图，满足不同用户的需要，有利于保护重要数据的安全性.监控系统采用开放式体系结构，以大型关系型数据库技术为基础，采用构件技术、面向对象技术、总线技术，建立以工厂数据模型为核心的数据集成平台，经过数据整合形成高质量的生产过程数据，并通过企业内部局域网与纺织厂生产信息监控系统和底层控制系统沟通，起到上传下达的双向信息传递作用，从而实现整个车间的“管控一体化”.这样纺织厂生产信息监控能够为监控系统提供厂级计划、设备、工艺、人力资源等生产基础信息及制定生产计划，主要负责企业活动的计划与决策，而整经机监控系统主要提供包括资源分配与状态管理、工序级作业计划、生产动态调度、制造成本动态管理、生产作业统计与分析等功能，其管理的重点是产品的执行过程，对产品的制造过程进行跟踪.因此，根据纺织厂生产信息化建设的要求，除在数据库设计过程中保证数据库的表结构与PIMSTM表结构具有相集成外，并在数据表的字段命名上应相互继承，为进一步实现数据库的有效整合提供方便.故在设计过程中，所采取的原则是对生产相关的业务流程进行优化，通过数据流程来把监控系统和PIM原STM整合到一起，其结构原理如图2所示.其采用MFCODBC访问技术和SQL语句，将数据库进行连接，再通过嵌入的SQL语句对异构数据库进行转换[5].在系统设计过程中，主要采取了2种方法：淤将监控系统与PIMSTM相关联的信息分别通过ODBC数据邵景峰袁等院网络化整经机生产监控系统的软件设计……机台2机台1监测器1客户机1信息管理系统ERP系统总线LAN监测器2车间主计算机（MonitorServer）打印机车间显示屏RS485口总线……监测器N机台N系统数据库RMCIDB监测器3机台365——天津工业大学学报第28卷源从监控系统数据库和PIMSTM数据库中提取出来，让其暂住内存缓冲区中，经过校验、计算和分析后，将数据结果存放于一个新的关联共享数据库的临时数据表中，这样不同的服务要求就能从不同的数据库中提取信息[6]；于将关联信息不需要从监控系统数据库和PIMSTM数据库中提取出来，而是仍然存放在监控系统数据库和PIMSTM数据库中，当有关联服务时，分别从监控系统数据库和PIMSTM数据库提取信息，再将提取的信息按照分品种的原则组合在一起，供关联服务使用，减少了不必要的数据冗余计算和系统资源开销.2.2基于多线程的数据采集技术在VisualC++.NET的编程环境中，将线程划分为2种：工作者线程（WorkerThread）和用户界面线程（UserInterfaceThread），它们都是基于CWinThread类的线程[7].其中，工作者线程一般进行后台的计算和一些比较费时的I/O操作，最大的特点是没有消息循环.然而，用户界面线程有消息循环，它可以响应消息和事件.设计过程中，利用工作者线程进行后台的计算和数据处理，利用用户界面线程响应用户的输入以及消息和事件[8].整经机网络化监控系统提供了按实时数据列表显示、按效率平面状态图显示和后台扫描3种实时数据采集显示方式.系统一开始就启动工作者线程进行循环采集，若进入其他实时采集状态时，系统首先启动1个用户界面线程，不间断地对整经机生产数据进行实时采集，并不间断地用新的数据刷新整经机运转状态图；在数据列表采集方式时，系统也启动1个用户界面线程，实现不间断地对整经机生产数据的实时采集，用所检索到的数据刷新列表数据，若系统没有退出或者用户没有终止线程，则线程一直在运行.这样既提高了主服务器CPU的利用率，又缓冲了主服务器的I/O操作，保证了生产数据的正确性、实时性以及系统软件的稳定性和安全性.在数据采集过程中，主服务器按照数据帧协议的方式给各个监测器按顺序发送数据命令，而每个监测器则根据主服务器管理软件的命令格式，返回整经机的实时生产数据，通过数据总线将数据传送到主服务器，进行机台对应的组、岗、班次以及产品品种进行与上一次采集的数据进行