基于針織設備機聯網的軟件方案研究

汪松松

摘要：隨著物聯網的廣泛應用，針織企業設備改造升級、信息化管理是一種技術趨勢。在研究針織設備機聯網架構的基礎上，設計基于針織機信息采集與控制的機聯網軟件，并采用基于GatewayWorker架構的服務端軟件開發，具有一定的實用價值。

關鍵詞：針織設備；機聯網；軟件設計；GatewayWorker

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）26-0060-02

1 引言

當前，以移動互聯網、物聯網、云計算、大數據等為代表的新一代信息通信技術（ICT）發展迅猛，物聯網通過與其他 ICT 技術的不斷融合。特別是在“互聯網+”和“中國制造2025”的大背景下，工業機器聯網（“機聯網”）以提高企業生產效率、提高自動化水平和作為ERP、工業大數據服務基礎平臺而迅速崛起?！墩憬〗洕托畔⒒瘑T會關于開展企業“機聯網”工程建設的意見》中提到：以我省紡織等行業為重點，推進實施行業專用設備聯網應用；建立自動化生產線，形成設備物聯專用網絡，提升自動化水平，促進節能減排和管理效率提升；建立中央數據監控中心，加強設備運行狀況實時監視，統一管理生產工藝，并與上層企業管理系統（ERP）數據交換集成。

現有針織機基本以單機運行為主，彼此之間沒有聯網，一般一個工人管理若干臺機器，雖然設備本身有相對比較先進的控制系統，按照打板花樣完成編織過程，但是花樣文件的傳送、設備狀態的報告、生產效率的匯總、員工操作的監督全部都是以人工匯總方式完成，實時性和可靠性差，效率也很低，更重要的是難以對生產過程進行數字化的管理，大數據挖掘更不可能。提高紡織裝備自動化和智能化水平，主動接入物聯網和互聯網，利用網絡的邊際效應和倍增效應，提升紡織業的生產效率和產品對市場的快速響應能力，是有效的手段之一，而加強紡織機械設備的機聯網體系建設是實現網絡化和智能化的關鍵。

2 機聯網架構

機聯網網絡架構主要由感知層、網絡層和應用層組成。感知層主要是機械設備的對外通信接口，主要功能是信息的輸出與輸入。網絡層主要實現信息的傳遞、路由和控制，包括延伸網、接入網和核心網，網絡層也可依托公眾電信網和互聯網或行業專用通信網絡。應用層包括應用基礎設施/中間件和各種物聯網應用，主要提供信息處理、計算等通用基礎設施、資源調用接口，以此為基礎實現物聯網在眾多領域中的應用。

針織設備的機聯網結構有重中心節點硬件、重中心節點軟件、重終端信息采集節點等方案。重中心節點硬件方案為開發基于ARM嵌入式的中心數據處理單元，其優勢是一旦建立中心節點單元，機聯網單元容易以小單元模式的快速建立，但中心硬件開發難度大，功能有限。重中心軟件方案為各針織設備通過以太網絡連接到中心服務器，其重點是開發中心服務器的機聯網應用功能，該方案優勢是機聯網功能強大，但需要通信網絡和機器接口的支持。重終端節點方案為設計支持多種通信接口和協議的終數據采集器，無論針織設備終端接口如何，都能連上數據采集器，適應性強，其問題是開發多功能的數據采集器難度較高。本論文根據針織設備企業新近生產的針織設備以工業以太網接口為通配，開發重中心軟件的機聯網結構。

3 機聯網軟件功能設計

根據針織生產企業的功能需求調研，設計機聯網功能。

1）計劃調度： 根據企業ERP整體生產計劃導入生產量和花型，安排針織機器進行生產。遠期設計能根據各機器功能、性能、實時情況、紗線等情況，以批量優先、 時間優先、效率優先等進行智能調度。

2）設備監控：設備的狀態、故障、事件、人員等相關信息的監控和分析，跟蹤設備的正常運行。設備狀態實時監控、人員在崗狀態實時監控、設備稼動率查詢分析、設備故障分析、事件處理、開始加工時間查詢、關停機原因分析。

3）節拍分析：對業務終端采集的產品加工節拍、標準工時進行標準對比、同類對比分析，以圖形化方式展示。

4）物料監控： 對車間物料進行全方位監控，進行倉庫與車間之間、設備與設備間的在制品移轉管理，提供車間各地點的在制品現貨、收發結存、收發明細等報表。

5）人員績效：根據業務終端監控數據和地點、人員、設備進行產量統計分析。并且可以根據實際質檢合格數調整終端報工的合格數差異。

6）質量管理：質檢簽到查詢、質檢報告管理，以及各種質量控制圖：均值極差圖、CPK分析圖、樣本運行圖、均值運行圖、正態檢驗圖、CPK趨勢圖等。

7）文檔管理：對加工程序文檔、設備文檔、工序計劃文檔、工藝文檔等加工過程文檔進行下發、閱讀、收集管理。

8）基礎數據：定義車間設備、人員、事件、物料、工藝路線、事件定義、質檢模板、生產線定義、工作日歷等業務系統所需的基礎數據，并提供基礎數據下發到終端。

9）系統管理：提供系統參數設置、終端數據管理等功能。

10）虛擬終端和自定義：模擬業務終端進行報工、事件場景，以便分析無法自動采集的工序信息。提供標準接口，支持客戶進行自定義功能的開發。

11）機器控制：開關機、解鎖等功能。

4 服務器軟件開發

服務器基礎通信服務是整個軟件最重要的功能，該功能的開發直接能反映整個機聯網的通信質量和服務功能的效率。采用成熟的服務通信框架是該功能成功與否的關鍵。

GatewayWorker基于Workerman開發的一個項目框架，以多進程、百萬級并發量的技術優勢用于快速開發長連接應用，例如app推送服務端、即時IM服務端、游戲服務端、物聯網、智能家居等。

Gateway負責接收客戶端的連接以及連接上的數據，然后Worker接收Gateway發來的數據做處理，然后再經由Gateway把結果轉發給其它客戶端。每個客戶端都有很多的路由到達另外一個客戶端，例如client⑦與client①可以經由相關路徑完成數據通訊。Gateway與Worker之間是基于socket長連接通訊，也就是說Gateway、Worker可以部署在不同的服務器上，非常容易實現分布式部署，擴容服務器。Gateway進程只負責網絡IO，業務實現都在Worker進程上，可以reload Worker進程，實現在不影響用戶的情況下完成代碼熱更新。適用于客戶端與客戶端需要實時通訊的項目。

GatewayWorker提供非常方便的API，可以全局廣播數據、可以向某個群體廣播數據、也可以向某個特定客戶端推送數據。配合Workerman的定時器，也可以定時推送數據。主要設置如下：

$gateway = new Gateway（"tcp：//0.0.0.0：8282"）；// gateway 進程tcp協議，可用telnet測試

$gateway->count = 4； // gateway進程數

$gateway->lanIp = 127.0.0.1； // 本機ip，分布式部署時使用內網ip

$gateway->registerAddress = 127.0.0.1：1238； // 服務注冊地址

$gateway->pingInterval = 10； // 心跳間隔

$gateway->pingData = {"type"："ping"}； // 心跳數據

class Events是該框架供開發者進行業務開發的接口類，主要是處理 onConnect客戶端連接、onMessage信息接收和 onClose客戶端關閉三個方法。整個針織機聯網的通信基礎服務在此接口處展開。在Event.php中直接使用$_SERVER[REMOTE_ADDR ]獲得當前客戶端ip。數據庫配置需要調用Db.php類，具體連接如下：Db：：instance（db1）->select（name，age）->from（users）->where（age>12）->query（）；

5 總結與展望

該針織設備機聯網建立在針織機電控設備具有統一的商用以太網絡基礎上，具有組網方便、軟件結構簡單等特點?？紤]到目前針織企業中大部分針織機械無統一的通信接口，則開發通用的數據采集器，兼容多種通信協議，不失為一種萬能的解決方法。

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