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基于PLC与NET的竹节纱智能控制系统

时间:2020年10月13日 分类:科学技术论文 次数:

摘 要:为方便竹节纱生产管理,在现有竹节纱生产装置的基础上,基于NET平台,采用Mobdus协 议、通过MSComm串口通信技术完成了对竹节纱生产数据的采集并上传数据库;通过对微信 公众平台的二次开发,将微信服务器与本地数据库连接,最终实现移动终端对竹节纱生

  摘 要:为方便竹节纱生产管理,在现有竹节纱生产装置的基础上,基于NET平台,采用Mobdus协 议、通过MSComm串口通信技术完成了对竹节纱生产数据的采集并上传数据库;通过对微信 公众平台的二次开发,将微信服务器与本地数据库连接,最终实现移动终端对竹节纱生产设 备的远程监控与控制。该系统不受距离及设备的限制,用户只需关注该公众平台即可实现查 看生产设备的运行状态、生产工艺参数等功能。

  关键词:NET平台;WeChat;竹节纱;PLC;Modbus协议

机械制造

  0 引言

  当前纺织工业的发展已进入新时代,面临着由劳 动密集型产业向技术密集型产业转型,借助于物联网技 术的发展,纺织行业信息化水平也不断提高。物联网技 术通过将纺织设备与人相连,设备与设备相连,借助对 应的执行系统,对生产过程中数据进行采集、传输与应 用,有利于加快纺织行业的数字化、智能化进程[1]。 竹节纱是花式纱线的重要品种之一,即在单纱的 长度方向上分布有粗细节状态,其产品应用广泛,如窗 帘,牛仔布,装饰用品等。竹节纱生产参数主要包括基 纱号数,竹节号数,节距及节长等,影响竹节纱表面竹 节分布及粗细分布[2,3]。

  考虑到竹节纱工艺参数设置的方面快捷,竹节长度,竹节倍率等重要工艺参数的快速设 置及竹节纱生产设备的在线监控,基于微信公众品台, 开发一种在线生产监控系统以降低劳动强度,提高生产 效率。 将微信作为智能硬件的入口,第三方硬件厂商也 可通过该平台提供的接口与微信用户交互[4]。

  相比于自主开发竹节纱智能控制系统终端,利用微信公众品平台 开发该终端更加方便快捷,同时该平台具有技术稳定成 熟,用户群体庞大,开发成本低等优点,这也是自主开 发所无法比拟的。因此本文利用微信公众平台、.NET语 言、Internet网络以及工业PLC开发了竹节纱智能控制系统,该系统可远程控制生产机器的运行状态、修改及监 控生产工艺参数等功能。该系统设计成本低,且终端稳定,用户无需安装第三方软件即可远程控制生产设备。

  1 系统整体方案

  该系统主要分为三部分,用户应用层、网络层与控制层,控制层由.Net平台开发的竹节纱在 线监控系统的窗口应用程序构成,该程序通过将计算机 与工业PLC进行交互来获取和传输相应数据,并将数据 存储到本地MYSQL数据库中供用户调用。工业PLC作 为竹节纱生产设备的控制中枢存储着大量生产数据,包括机器运行状态,竹节纱生产工艺参数如长度与倍率、 生产批次、竹节纱模糊方式等重要数据[5]。利用.Net平 台开发竹节纱在线监控系统的窗口应用程序,该程序通 过向PLC对应地址中发送数据可修改生产工艺参数及机 器运行状态,并将监控得到的数据上传到本地数据库。

  网络层基于.Net平台开发本地服务器作为搭建整个 系统的中继站,并利用NAT穿透技术将外网与本地计 算机节点相连接,主要功能是将控制层与用户应用层互 联成网以访问本地数据库,负责接受用户的命令,并将命令转发给控制层,并将控制层中相应的数据传输给用户,用户可实时远程监控生产设备的生产数据。 用户应用层作为系统终端,负责与用户交互,利用 微信公众平台用户可在手机、平板或PC发送命令,从而实现如竹节纱工艺参数收发、机器运行状态查看、控制机器启停等功能,同时作为服务于工厂实际生产的辅 助控制系数,以保证生产数据安全及机器运行稳定。

  2 数据采集与控制

  2.1 数据分类

  在竹节纱生产设备中,PLC内部存储的数据可分为 六类参数,包括生产状态监控参数、参数设置、运转 产量管理参数、机台性能监测参数、系统调试参数及报 警信息参数。每个分类下面又分多个参数,每个参数在 PLC内部都有一个唯一的地址,可通过读取该地址寄存 器的值来获取对应参数的当前值,表1为主要参数分类 及其详细参数举例。

  2.2 Modbus通信协议

  Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语 言。通过此协议PC设备按照对应的通讯格式编写数据 即可实现与PLC的相互通信,该协议分为Modbus-RTU 模式与Modbus-ASCII模式,本系统采用Modbus-RTU模 式实现与PC端与PLC的交互,在.Net环境中按照对应的 信息格式编写Modbus通信协议,利用串口进行数据的 传递。

  2.3 采集与控制实现

  竹节纱设备的生产数据大部分存储在PLC内部数据 寄存器(D、HD)及辅助继电器(M、HM)中,其中 数据寄存器中主要存储各项生产参数及机器运行参数, 辅助继电器由PLC内部软元件的触点驱动,存储生产过 程中机器的运行状态,纱线种类等,只有打开与关闭两 种状态[6]。无论寄存器还是继电器都可通过Modbus通信协议读取及修改PLC内部对应地址的数据,为该系统 生产监控模块主要参数地址及Modbus地址,此外还有其他多个模块的参数地址,因篇幅限制,不在此列出。

  2.4 用户终端与本地应用交互实现

  系统本地应用程序及用户终端的Web页面分别利 用.NET下的WinForm与WebForm技术进行开发,在一般 情况下Web界面是无法直接向WinForm应用程序发送消 息,本系统利用Web Service实现远程终端利用本地应用 程序中的MSComm控件读取PLC内部数据,并将数据返回到Web界面,从而实现用户终端与本地应用的交互, 进而使终端用户通过点击Web界面即可直接获取到PLC 内部数据,无需经过数据库,减少了用户访问延迟,十分适合与读取一些不需要存储到数据库,而又必须要监 控的数据,如罗拉转速,当前纺纱长度等数据。

  3 用户终端设计

  3.1 微信公众平台与服务器

  微信公众平台与服务器之间的交互流程可简单概 括为:用户发送消息或单击公众号自定义菜单,服务器 收到用户请求,微信服务器根据业务逻辑回复给用户对 应的消息,如视频、文本、语音、地理位置等。这种工 作流程与HTTP协议类似,即客户端发送HTTP请求到服 务器,服务器端发送对应HTTP响应用户请 求[7,8]。

  本系统需要根据官方提供的接口来定制自己的 公众平台,因此在开发过程中其交互方式略有不同,当用户在微信里给公众号发送消息或者单击 微信自定义菜单时,微信手机客户端将这条消息发送到 微信服务器。其次,微信服务器收到用户的请求后,根 据具体的业务逻辑再将消息推送给开发者设置的服务器 地址(URL),这个服务器地址对于微信服务器来说就 是一个服务器,微信服务器此时充当的是客户端的角 色[9]。开发者的服务器收到微信服务器推送过来的请求 后,根据微信提供的规则解析出用户发送的消息内容, 然后再根据具体的业务逻辑将响应的内容回复给微信服 务器,微信服务器再返回给用户。

  3.2 用户权限管理

  一般微信公众平台其服务器对于用户是透明的,关 注此公众号的用户可以获得微信后台的全部数据[10]。但 是作为服务于工厂实际生产的系统,必须保证生产数据 的安全性,并且针对不同的关注用户需要具有不同的权 限,因此需要针对不同的用户进行分类。本分类方式基 于微信公众平台后台的用户数据,每个关注公众号的用 户在后台都具有一个唯一的ID,将这个ID进行分类后分 别存储在不同的数据表中,系统根据对应数据表中的ID 赋予用户不同的权限,从而保证了数据安全性。

  4 系统调试

  4.1 基本消息的收发

  对于已经通过验证的新用户,公众号后台会自动识别用户ID并回复对应的信息,为最高权限管理员所 具有的权限及用户回复1后得到的生产数据。新用户通 过回复对应的字段即可查看对应的数据,如用户回复1 即可查看当前设备的生产状态参数,回复6即可查看设 备所有关键数据,为用户回复1后对应生产状态监控数据表中的数据,该公众号回复的数据为当前设备最新上传的数据。

  4.2 生产设备在线控制与调试

  根据公众号自动回复的操作指南来获取数据对于新 授权的用户来说是个比较有效的解决办法,但是对于老 用户或者是比较熟悉该公众平台的用户来说,根据提示 来操作就显得有些繁琐,因此用户也可直接回复对应的 命令来直接获取对应的数据。

  4.3 生产设备调试与锭速修改

  针对生产数据的分类不同,向用户采取不同的呈现 形式,如生产设备的锭速这一数据采用曲线的方式呈现给用户,更加的简单明了,用户可直接在 回复锭速曲线来获取当前生产设备的锭速曲线的图文消息,通过点击该图文消息,即可跳转到锭速曲线界面,也可在线修改锭速曲线。

  4.4 竹节纱生产工艺参数查看与修改

  用户也可通过在微信端回复竹节纱生产参数来查 看及修改当前设备竹节纱生产参数,用户通过点击对应的图文消息跳转到对应的竹节纱生产参数界面,用户点击确认按钮后新的竹节纱生产参数上传到 本地数据库,然后本地应用程序读取数据库中的信息上传到PLC中继而实现生产参数的变化,为监测到的 PLC内部数据的变化,可以看到与用户端修改数据是对应的,说明生产参数修改成功。

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  5 结语

  通过对微信公众平台的二次开发,将用户的移动终ERP、MES之间的电子图纸传送通道,并对纸质图纸扫描文件、电子图纸、三维模型、轻量化模型进行集中管理,现场电子图按统一模式进行技术状态控制,全面支持研制生产、批生产图纸无纸化,加速了工艺准备、生 产准备、加工向并行模型的转变,既提高了工作效率, 又节约了管理成本,为建设智能制造车间奠定了重要基 础后续工作主要分为以下几个方面:1)强化设计BOM 变更控制功能,根据在制品状态,提供BOM变更影响 域分析辅助功能;2)提供消息推送机制,将变更信息推送到相关岗位人员,进一步提升协同工作效率。

  参考文献:

  [1] 王成,许建新,余剑英,等.面向离散型数控车间的无纸化制造技 术研究[J].机械制造,2014(5): 67-71.

  [2] 王胜任.航空产品研制生产现场无纸化技术研究与应用[J].机械 设计与制造工程,2013(9):38-41.

  [3] 刘清华,刘魁,万立,等.基于可配置规则的BOM视图转换方法[J]. 计算机工程与设计,2012(9):3417-3421.

  作者:杨奉伟,刘燕卿,徐伯俊,谢春萍,苏旭中

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