基于Flash的遠(yuǎn)程工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：根據(jù)當(dāng)前基于Web遠(yuǎn)程工業(yè)監(jiān)控方案的不足，利用Flash的交互性強(qiáng)，本身導(dǎo)出的文件小，適合網(wǎng)絡(luò)傳輸、利用AS（ActiON Script）提高了與其他語(yǔ)言的交互性等特點(diǎn)，提出了基于flash的遠(yuǎn)程工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。提出了本系統(tǒng)的4層體系結(jié)構(gòu)，并基于這4層的體系結(jié)構(gòu)，對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的硬件連接設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的核心思想是利用Socket實(shí)現(xiàn)了Flash客戶端和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)通信，利用RemoteObiect實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)基于Web遠(yuǎn)程工業(yè)監(jiān)控提供了新的思路，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

　　目前，監(jiān)控領(lǐng)域的產(chǎn)品普遍關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)級(jí)別，即采用客戶端/服務(wù)器（C/S）模式，其目的是保證監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的不斷發(fā)展，同時(shí)為了使現(xiàn)場(chǎng)總線、企業(yè)信息網(wǎng)、外部互聯(lián)網(wǎng)能夠充分的融合，提高企業(yè)自動(dòng)化水平和設(shè)備的維護(hù)管理水平，基于網(wǎng)絡(luò)化的Web遠(yuǎn)程監(jiān)控將會(huì)在以后的監(jiān)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

　　1 現(xiàn)狀分析

　　當(dāng)前，基于Web的遠(yuǎn)程工業(yè)監(jiān)控方案一般有3種：1）將OPC或其他通信方式采集的數(shù)據(jù)通過(guò)中間軟件存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后通過(guò)Web頁(yè)面與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，以達(dá)到設(shè)備監(jiān)控的目的：2）通過(guò)做插件嵌入到web瀏覽器中，實(shí)現(xiàn)與控制器的交互；3）通過(guò)Web service實(shí)現(xiàn)與控制器的交互，即將設(shè)備的控制接口以及數(shù)據(jù)信息通過(guò)部署Web service的方式發(fā)送出去，監(jiān)控中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)并調(diào)用這些web service方法，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集。第一種方案，中間過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，違背了監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的原則，中間環(huán)節(jié)的限制因素較多，并且不便于控制，監(jiān)控的延時(shí)也非常明顯，時(shí)效性不足；第二種方案，在網(wǎng)頁(yè)中插入開(kāi)發(fā)的監(jiān)控設(shè)備的控件，則需要降低瀏覽器的安全性，同時(shí)針對(duì)每一臺(tái)監(jiān)控的主機(jī)都要提前下載控件后才能使用，并且此類(lèi)控件與Web瀏覽器的其他Web頁(yè)面的功能融合性以及監(jiān)控頁(yè)面顯示效果等方面較差，較難實(shí)現(xiàn)B/S模式下豐富的顯示效果；第三種方案，通過(guò)Web service建立非實(shí)時(shí)連接的傳輸，就必須通過(guò)循環(huán)體來(lái)不斷的刷新數(shù)據(jù)，不僅會(huì)增加設(shè)備的負(fù)擔(dān)，同時(shí)將會(huì)存在固定的延時(shí)問(wèn)題。因此文中基于以上監(jiān)控方案的不足，提出了基于Flash的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。該方案利用Flash的交互性強(qiáng)，本身導(dǎo)出的文件小，適合網(wǎng)絡(luò)傳輸，利用AS提高了與其他語(yǔ)言的交互性等特點(diǎn)，將會(huì)大大改進(jìn)以上3種方案各自的不足，使基于Web的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性、時(shí)效性、與Web的兼容性、頁(yè)面顯示效果和用戶交互的體驗(yàn)效果大大改善。

　　2 基于Flash遠(yuǎn)程工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　基于Flash遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可以分為4層：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)與控制、Web發(fā)布系統(tǒng)、客戶端數(shù)據(jù)的接收與命令的發(fā)送和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢測(cè)與控制一方面負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)匯總、預(yù)處理后傳遞給中間層子系統(tǒng)；另一方面接收中間層子系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的控制命令，對(duì)命令進(jìn)行解析、驗(yàn)證，然后指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)采取相應(yīng)的動(dòng)作。Web發(fā)布系統(tǒng)主要是由Web服務(wù)器提供Web服務(wù)，實(shí)現(xiàn)客戶端的發(fā)布，Web服務(wù)器為中間環(huán)節(jié)，完成與客戶子系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)的交互?？蛻糇酉到y(tǒng)是與用戶直接交互的部分，它接收用戶的輸入，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)與控制子系統(tǒng)中獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或向其發(fā)送命令。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和提供Web ser vice的服務(wù)組成，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器則完成采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能。通過(guò)這4個(gè)過(guò)程的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 基于flash的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　3 基于Flash遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)硬件連接設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)串口與數(shù)據(jù)采集模塊通訊，數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與Web服務(wù)器連接，Web服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接。數(shù)據(jù)采集模塊采用PAC（可編程自動(dòng)化控制器），支持Modbus/TEP通信協(xié)議。Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用HP服務(wù)器，安裝操作系統(tǒng)為Windo ws Server 2008 Enterprise.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是為了能夠與現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備建立更有效的連接。Web服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)直接面向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，便于減輕整個(gè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，防止由于數(shù)據(jù)量過(guò)大而引起網(wǎng)絡(luò)阻塞。同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。將數(shù)據(jù)庫(kù)分為兩部分：中心數(shù)據(jù)庫(kù)和企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，中心數(shù)據(jù)庫(kù)主要存放當(dāng)前數(shù)據(jù)，企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)則存放歷史數(shù)據(jù)以及設(shè)備和用戶的管理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)與靜態(tài)數(shù)據(jù)的隔離。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。

　　圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

　　3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容為PAC編程和客戶端Flash編程。PAC編程語(yǔ)言為C語(yǔ)言，編輯環(huán)境為BC編譯器，F(xiàn)lash編程語(yǔ)言為Action Script，編輯環(huán)境為Flash builder4.5.

　　本系統(tǒng)通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)以TCP數(shù)據(jù)流方式建立的Socket從而實(shí)現(xiàn)PAC服務(wù)端與基于Web的Flash客戶端的數(shù)據(jù)傳輸。建立通信的過(guò)程為：首先PAC服務(wù)端通過(guò)Socket監(jiān)聽(tīng)自身的Modbus/TCP專(zhuān)用端口502，客戶端程序則通過(guò)此端口及PAC服務(wù)端的IP地址作為連接Socket參數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)Socket與PAC服務(wù)端建立連接。網(wǎng)絡(luò)無(wú)故障，則連接建立?？蛻舳送ㄟ^(guò)Flash中Socket的SendMessage（）和ReadBytes（）方法來(lái)發(fā)送和接收信息。

　　利用Flash創(chuàng)建的基于Modbus/TCP套接字模型為如圖3所示。

　　圖3 Modbus/TCP套接字模型

　　3.2.1 1PAC服務(wù)端程序?qū)崿F(xiàn)

　　PAC服務(wù)端的實(shí)現(xiàn)主要分為通過(guò)Socket與上位機(jī)的通信和通過(guò)串口服務(wù)與外圍設(shè)備的通信兩大部分。

　　通過(guò)Socket與上位機(jī)的通信主要分為監(jiān)聽(tīng)和連接。在監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)下負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)客戶端的請(qǐng)求連接，并負(fù)責(zé)接受此連接。本系統(tǒng)PAC端設(shè)計(jì)監(jiān)聽(tīng)類(lèi)為ServerListen，監(jiān)聽(tīng)類(lèi)首先通過(guò)int bind（int sockfd，struct sockaddr*my_addr，int addrten）綁定了本地的502端口，然后通過(guò)函數(shù)int listen （int sockfd，intbacklog）將客戶端的連接請(qǐng)求放入隊(duì)列中等待，直到函數(shù)intaccept（int sockfd，void*addr，int*addrlen）處理它，然后返回一個(gè)全新的套接字文件來(lái)描述此單個(gè)連接。這樣，對(duì)于同一個(gè)連接就有兩個(gè)文件描述符，原先的一個(gè)文件描述符正在監(jiān)聽(tīng)你指定的端口，新的文件描述符可以用來(lái)調(diào)用send（）和recv（）。在連接狀態(tài)下負(fù)責(zé)與客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)Server Custom來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此類(lèi)中利用int send（SOCKETs，const char FAR*buf，int len，int flags）函數(shù)將PAC服務(wù)端的數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端，如果網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障或待發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度len小于當(dāng)前程序要發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的長(zhǎng)度，則返回SOCKET_ERROR，利用int recv（SOCKETs，char FAR* buf，int len，int flags）從客戶端接收數(shù)據(jù)。函數(shù)先等待s的發(fā)送緩沖中的數(shù)據(jù)被協(xié)議傳送完畢，如果協(xié)議在傳送s的發(fā)送緩沖中的數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤，則函數(shù)返回SOCKET_ERROR錯(cuò)誤，如果s的發(fā)送緩沖中沒(méi)有數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)被協(xié)議成功發(fā)送完畢后，函數(shù)先檢查套接字s的接收緩沖區(qū)，如果s的接收緩沖區(qū)中沒(méi)有數(shù)據(jù)或者協(xié)議正在接收數(shù)據(jù)，那么函數(shù)就一直等待，直到協(xié)議把數(shù)據(jù)接收完畢。

　　對(duì)于外圍設(shè)備進(jìn)行通信主要是通過(guò)串口服務(wù)，首先調(diào)用自己定義的COM口初始化函數(shù)InstallCom將端口初始化，然后通過(guò)build_REQ_Read函數(shù)實(shí)現(xiàn)根據(jù)ModBusRtu通訊協(xié)議將COM口讀取的外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)放入自定義的數(shù)組中，并通過(guò)CRC16_modbus進(jìn)行CRC校驗(yàn)。接收的數(shù)據(jù)正確，則通過(guò)analyse_Read_Result分析從串口讀取的數(shù)據(jù)，并將讀取的數(shù)據(jù)位存放到Share_Mem［MaxShareMemNum］數(shù)組中。然后將Share_Mem數(shù)組作為REMOTCP_ModServer_Create參數(shù)與上位機(jī)進(jìn)行通訊。對(duì)外圍設(shè)備發(fā)送指令，則是通過(guò)函數(shù)SendCommand選擇控制對(duì)象的COM后，將指令發(fā)送到外圍設(shè)備，外圍設(shè)備接收到指令后動(dòng)作。