基于CS模式的企业局域网监控系统.pdf

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1、第3 0 卷第2 期2 0 0 4 年6 月北京工业大学学报J o U R N A Lo FB E I J I N Glf N E R S 兀Yo FT E C H N o L O G YV o l _ 3 0 _ 2J u n 2 0 0 4基于C S 模式的企业局域网监控系统费仁元1，王民1，徐洪安1，徐小力2，孙宏书2(1 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京1 0 0 0 2 2；2 北京机械工业学院机电系统测控北京市重点实验室，北京1 0 0 0 8 5)摘要：为了实现企业现场的设备诊断与维护，同时向制造设备网络监控服务系统(、e b-M o l l i s e n，i c

2、e)的远程监控服务中心提供有效的设备状态监测信号特征量，提出了W e b-M o I l i S e r v i c e 的子系统基于d S(c l i e n t s e r v e r)模式的制造设备企业局域网监控系统的网络构架，建立了系统的功能结构模型，探讨了方案实现的技术策略，利用L a b v i e w 快速搭建了原型系统并给出了系统的运行实例运行测试结果表明，基于C S 模式的设备企业局域网监控系统实现了制造设备在生产过程中的状态监控，具有强大的分析、查询、诊断功能关键词：客户服务器模式；L a b v i e w；网络监控中图分类号：T H1 6 6；T H1 6 5 3文献标

3、识码：A文章编号：0 2 5 4 0 0 3 7(2 0 0 4)0 2 0 1 3 9 0 5面向制造设备全生命周期的网络监控服务系统(W e b M o m s e r v i c e)是利用计算机网络为制造设备提供一个全生命周期的服务，是设备安全运行，提高加工产品质量的根本保证它的主要目标是在设备用户、设备供应商(制造商)和科研院所之间，建立一个具有远程技术支持和设备工况信息传输、存储、查询和显示，以及远程诊断功能的网络服务体系基于C S 模式的企业局域网监控系统是W e b M o m S e r v i c e 的子系统，目标是在制造企业内部建立一个对各台制造设备监控、诊断、维护的体

4、系，同时将本地的设备监控信息向I n t e m e t 范围内广域开放，无限扩展，真正做到设备监控信息及诊断资源的共享1 系统的网络构架目前网络监控系统按运行模式分类，主要有C S 模式和B S(b r o w s e r s e r v e r)模式B S 模式由于所有应用服务程序均在服务器端运行，因此具有客户端无须安装应用软件，系统升级更新方便，便于管理维护等优点C S 模式凭借各种工控组态软件，具有系统搭建快速、方便，实时性好，以及信号分析工具丰富等优点在构建W e b M o l l i S e n，i c e 时，采用C S 模式与B S 模式相结合的方式在企业内部，采用C S 模

5、式d S 模式为松散的网络连接结构形式，是一种基于消息的多计算机系统，它根据消息传送机理，按照一定的拓扑结构把各台监控设备(计算机)连接起来，通过合理分配各台计算机的任务，利用消息传送来协调工作，共同完成任务C S 模式主要由两部分构成：节点计算机以及网络拓扑结构1(见图1)节点计算机就是各台数据采集端、客户监控端和服务器网络拓扑结构采用总线结构，即网络中的各个节点挂接在一条总线上，无中心控制节点各个节点既可作为服务器也可作为客户机系统中与数控加工设备相连的各台数据采集端计算机既为客户端又为服务器端服务器端即为应用服务器，装有数据通讯与处理服务程序，负责与各数据采集端进行数据传输与数据处理，以

6、及同实时数据库和w e b 镜像数据库进行数据交互操作收稿日期：2 0 0 4 0 2 2 7 基金项目：北京市重点实验室开放基金资助项目(K P 0 1 0 7 2 0 0 3 7 0)作者简介：费仁元(1 9 4 卜)，男，浙江镇海人，教授，博士生导师 万方数据北京工业大学学报2 0 0 4 年远程监控、T C P I P 一造设备网络控服务网站f 一一一二一开放式数控系2数控设备1现场采集端传感器组电流振动A E开放式数控系统数控设备2现场采集端传感器组电流振动A E图l 基于d S 模式的企业局域网监控系统网络构架图F i g 11 1 1 ef m m e w o r ko fd S

7、b a s e di n 缸硼e tm o l l i t o d n g2 系统的功能结构模型面向制造设备的网络监控系统所要实现的主要目标是在企业局域网中进行设备运行工况的信号采集、数据传输及查询、信号分析、诊断决策，使传统意义上的设备监测终端通过网络从设备运行现场延伸到企业总控室以及企业各个本地用户的计算机上，为实现制造设备的全生命周期服务提供最底层的功能实现1 由此，将目标细化后得到如图2 所示的系统功能结构模型系统按各自所实现的不同功能可划分为数据采集端、客户监控端和数据库服务器端各部分主要功能为：1)数据采集端根据监控目标的需要配置相应的传感器组，运行数据采集软件采集传感器信号并进行

8、相应特征量的提取；从开放数控单元中提取数控加工信息，包括数控加工代码、系统故障代码等该节点具有双重角色，既是服务器又是客户端对于客户监控端来说其作为服务器为多个客户端提供在线监控服务；而对于应用服务器来说，各个数据采集端需要通过特定的数据传输协议以连续发送或定时发送的方式将数据传输到应用服务器中，所以它又充当客户端的角色W e b 镜像数据库而数据库r以太网享登塑一i 一一l 圈圈国囱匿D 她a S o c k e t控制信息数据采集端I信息酬堂纛数懂固直酌粤数控加工设备图2C，s 模式的企业局域网监控系统功能结构模型R g 2T h ef u n c t i o na I c t l i t

9、 e c t u r em o d u l eo f(了Sb a S e di n n 硼1 e tm o 血t o d n g2)客户监控端该节点上安装了一系列的应用程序，提供在线监控、状态识别、历史记录查询、设备运行日志、状态趋势预测等功能系统为客户端登录用户进行了权限设定，授权用户可对本地实时数据库以及w e b M o n i S e r v i c e 系统数据库的本地镜像直接进行查询、修改、更新等操作还可以利用应用程序提供的在线监控功能直接同数据采集端进行点对点的监控操作，包括监测实时数据波形，发送机床控制信息，对数据采集参数进行设定等操作此外还可以进行状态识别操作，包括刀具状态识

10、别以及产品加工过程识别3)应用服务器端负责处理从各数据采集端发送过来的采样数据，包括数据的解包、分类等操作通过运行数据库操作的服务程序将数据分类存储到数据库中蔷固 万方数据第2 期费仁元等：基于a S 模式的企业局域网监控系统3 系统实现的技术策略a S 模式的网络监控系统应该具有美观的用户交互界面、良好的实时性和强大的信号分析处理功能以及灵活的可扩充性虚拟仪器(v i m l a li n s 觚I I n e n t，简称V I)技术凭借其图形化的界面、众多的信号分析函数库、灵活的扩展编程接口和强大的硬件驱动为快速、高效地搭建信号采集及分析系统提供了彻底的解决方案因此选用N I 公司的L

11、a b V i e w 技术作为系统实现的技术平台3 1 数据通讯方式的选择数据通讯是决定监控系统能否顺畅稳定运行的关键N I 公司提供的D a t a s o c k e t 数据传输协议基于T C P I P 工业标准，对底层进行了高度封装，大大简化了同一计算机内部或网络中不同计算机间应用程序的数据交换过程，不用进行底层T C P 编程就可以很方便地在监控系统中共享和发布现场数据，非常适合于海量数据的实时传输通讯流程：首先在应用服务器端启动D a t a S o c k e t s e r v e r，然后在现场数据采集端设定应用服务器端的I P 地址，将数据以一定格式打包并发送到应用服务

12、器，应用服务器上的服务程序将数据解包处理并存储至数据库3 2L a b v i e w 的扩展编程接口L a b V i e w 本身提供了强大的数据采集、分析和处理等功能，但是有些专业功能L a b V i e w 无法提供，比如专家系统的推理算法，某些人工智能的模式识别方法等，而这些对于构建设备的网络监控系统来说又是不可或缺的，因此有必要通过L a b V i e w 提供的一些外部编程接口来实现应用程序的外部调用可以根据专业要求在v C+、M A T L A B 等软件平台下编好应用程序，然后通过b b V i e w 中提供的C L F(c a l l1 i b r a r yf l

13、m c t i o n)或者C I N(c o d ei n t e 如c en o d e)以动态链接库(D L L)或程序代码(c o d e)的方式调用这些应用程序作者通过C L F 方式在L a b v i e w 中调用M A T L B 中的神经网络D L L 来实现监控系统中的状态识别模块3 3 数据库管理系统设有实时数据库以及W e b 镜像数据库实时数据库主要是存储设备近期的运行工况信息W e b 镜像数据库是W e b-M o n i S e r v i e c e 系统数据库的本地镜像，它主要提供各级用户身份验证、权限设定，以及设备历史运行记录和设备运行日志等操作企业的本

14、地用户登录时，通过W e b 镜像数据库中的用户身份表进行身份验证，通过后可以根据相应的授权直接操作W e b _ M o I l i S e n，i e c e 系统数据库，对指定设备的信息进行维护由于待监测信号种类多，信号数据量庞大，因此采用间接存取法进行监测数据的存储：监测波形文件以文件方式存储，文件信息由数据库管理要访问采样波形时，只要访问数据库，得到文件的定位信息即可这种方法存储效率高，访问速度快，适用于对海量数据访问的场合 1 4 系统的运行实例按照上述的网络构架及功能结构，搭建了基于C S 模式的制造设备网络监控系统的原型系统原型系统中的待监控设备有M 地1 5 数控内圆磨床和D

15、 M l 0 0 7 小型数控加工中心实验采取多传感器监测方案：选用加速度传感器采集机床电主轴的振动信号选用电流互感器监测主轴电机电流的变化选用声发射传感器采集磨削过程以及金刚笔修锐砂轮过程中的声发射信号各传感器信号作如下分析处理：加速度信号和电流信号进行时域、频域和小波分析；声发射信号经过专用的信号处理装置A S C O P 处理后，信号为低频缓变信号，可以以较低的采样频率采集其输出的A S L(a v e m g es i g n a l 万方数据1 4 2北京工业大学学报2 0 0 4 年l e v e l)信号，以监测砂轮磨钝、金刚笔钝化和工件烧伤等缓变现象图3 是与M I 2 1 5

16、 数控内圆磨床相连的工控机的现场数据采集界面，采集的信号是金刚笔修锐砂轮时的声发射信号，采样频率6 0 0k H z，选用定时发送数据方式，采样数据文件为1M B 图4 是客户监控端的在线监控功能模块，用户在输入现场采集端计算机的I P 地址后，通过D a t a S o c k e t协议即可对现场采集端进行远程监控W e b-M o n i S e i c e 的系统数据库中对各级用户的身份及权限作了相应设定，因此当用户在企业客户端登录，对系统数据库进行操作时，首先要通过W e b 本地镜像数据库身份验证，才能进行设备历史运行记录查询、设备运行日志查询等操作图5 是历史记录查询模块，用户选

17、择待查询设备的I D 号以及监测通道号，再选择要查询的起始日期，便可以从W e b 镜像数据库中调出相应的波形数据文件；用户还可以通过L a b V i e w 中提供的强大的信号分析处理子V I 进行相关分析，如功率谱分析、倒频谱分析、小波分析和高阶谱分析，从而为设备运行状态的诊断决策提供依据此外，系统的设备运行日志查询模块提供了设备的运行日志，比如设备运行过程中出现数控系统故障代码的历史记录等，用户只需选择待查询设备I D 号和查询日期后即可获得如果该用户是系统级用户，还可以对设备运行日志进行更新操作图3 现场数据采集端F i g 3n 妇a c q u i s i d o n图4 客户监

18、控端F i g 4R e a l 一血n em o n i t 0 打n ga n dc o n t r o l图5 历史记录查询F i g 5W o r l(i n gI e c o r d sq u e r yo fm a c l l i n et o o l s客户监控端的状态识别模块通过L a b V i e w 的扩展编程接口C F L 调用M A T L B 的神经网络D L L 进行基于神经网络的智能识别，通过C I N 接口调用在V C+下编写的K L 信息距离识别代码块比如在进行神经网络识别时，用户通过交互界面选择好待训练样本，并设置好神经网络的各结构参数，给出最终训练误差限

19、，即可进行网络训练网络训练好后，调人待识别样本进行识别即可5结束语面向制造设备全生命周期的网络监控服务系统的核心是由远程监控服务中心和在企业端运行的数个基于C S 模式的企业局域网监控系统组成6 1 各个企业端的监控系统通过I n t e m e t 连接在一起，从而实现设备诊断查询的网络化，作者提出的基于C S 模式的制造设备网络监控服务系统实现了制造设备在生产过程中的状态监控，具有强大的分析、查询、诊断功能，使用效果良好参考文献：1】徐洪安，费仁元C 设计模式在网络监控服务系统中的应用与研究 J】现代制造工程，2 0 0 3(1 2)：2 3 2 5 x UH o n g-a I l，F

20、E IR e n y u a n R c s e a r c ho nM V Ci nW e b _ M o l l i S e i c e J】M o r d e mM a l l u t u I i n gE n g i n e e r i n g，2 0 0 3(1 2)：2 3-2 5(i nC l l i n e s e)2】路勇加工工况信息远程监测与刀具磨损识别技术的研究 D】：学位论文】哈尔滨：哈尔滨工业大学机电学院，2 0 0 0 1 6 2 5 L UY o n g R e s e a f c ho nr e m o t em 砌t o r i n go fm a c l l

21、 i l l i n gc o n m d o n sa n dt o o lw e a rd e t e c 缸o n D】：s s e r t a d o n】H a r b i n：S c h o o lo fM e c h 撕c a lE l e c 们1 1 i cE n g i n e e r i n go fH a r b i nh l s d t u t eo fT e c h n o l o g y，2 0 0 0 1 6 2 5(i nC l l i n e s e)3】费仁元，王民，徐洪安产品全生命周期服务的网络监控关键技术 J】机械工程学报，2 0 0 3，3 9(9)

22、：3 5 3 7 F E IR c n-y u a n，W A N GM i n，X UH o n g-柚W e bb a s e dm o I l i t o n gt e c l l I l o l o g yf o rp 础c tl i f e c y c l es e r v i c e 万方数据第2 期费仁元等：基于a S 模式的企业局域网监控系统1 4 3C 1 i n e s eJ o u n l a lo fM e c h a I l i c a lE n g i n c e 血喀，2 0 0 3，3 9(9)：3 5-3 7(i nC I l i n c s e)4 F E

23、L D M A N NK，G 0 躲烈G E RJ I I l 劬t-b a s e dd i a g n o s i so fa s s e m b l ys y s t e I n s【J】A I l I l a l so fm eC I R P，2 0 0l，5 0(1)：5 8 5】凌娟，贾民平，许飞云，等基于W e b 的机电设备工况远程监测诊断系统的数据库研究 z】2 0 0 2 年全国振动工程及应用学术会议，北京，2 0 0 2 L I N GJ u a l l，J 从M i n p i n g，X UF e i-y 硼，e ta 1 R c s e a r c honW e b

24、b a s e dd a t a b a s ef o rr e m o t em o I l i t o n ga I l dd i a g n o s i so fm a c“n e s Z】2 0 0 2N a t i o n a lC o 玎如吲眦eo nV i b r a 6 0 nE n g i n e e f i n ga n dA p p l i c 撕o n，B e i j i n g，2 0 0 2(i nC l l i n e s e l 6】F E L D M A N NK，G o 瑚R I N G E RJ M“d m e d i as y s t e mf o rr

25、 e m 吣I n t e m a d o n a lJ o u m a lo fA d v a n c e dM a l l l l f 砬t 1 1 r i n gT e c h n o l o g y，1 9 9 9，d i a g n o s i so fc o m p l e xp l a c e m e n tm a c t l i n e s J】1 5(1 0)：7 2 2 7 2 9 M o n i t o r i n gS y s t e mo fE n t e r p r i s eE t h e r n e tB a s e d0 nC SF E IR e n y u

26、a I l l，w A N GM i n l，x UH o n g a n l，X UX i a o 1 i 2，S U NH o n g s h u 2(1 C o l l e g eo fM e c h a I l i c a lE n g i n e e r i n ga J l dA p p l i e d 日e c o n i c sT e c l l I l o l o g y，B e i j i n gU 面v e r s 时o fT e c l I l o l o g y，B e i j i n g1 0 0 0 2 2，C l i I l a；2 B e i j i n gl

27、(e yh bf o rT e s ta I l dC o n o lo fM e c h a n o-e l e c 伍c a lS y s t e m，B e i j i n gI n S d t u t eo fM e c h a I l i c a lE n g i n e e r i n g，B e i j i n gl 0 0 0 8 5，C t l i n a)A b s t r a c t：T or e a l i z ed i a g n o s i sa I l dm a i n t e n a n c ef b rm a c l l i n et o o l sa 1 1

28、 dp r o V i d ee f I e c n V ec h a r a c t e n s n cs i g n a l sf o rm er e m o t em o n i t o r i n gc e n t e ro fW e b M o l l i S e i c e，i t ss u b s y s t e m t l l eC Sb a S e de n t e 巾r i s ee m e m e tm o m t o d n gs y s t e m sf 汹e w o r kw a L si n V e s d g a 伦d A d d i t i o n a l l

29、 y，m em n 血n gm o d e la J l dm es t r u c t u r em o d eo fm es y s t e mw e r ea l s oe s t a b l i s h e d T h et e c t l l l i c a ls t m t e g yt oi m p l e m e n tm es c h e m ew a ss t u d i e d A tt 1 1 es 锄e石m e，m e(y Sb a L s e dm o l l i t o d n gs y s t e mw a Se s t a b l i s h e db yL

30、a b V i e wa J l dr e l 龇e dt e c h n o l o g i e s 1 1 l et e s 6 n gr e s u l t ss h o wm a tt l em o l l i t o r i n gs y s t e mo fe q u i p m e n t-m a n u f a c t u r i n ge n t e 叩r i s ee m e m e tb a s e do nC Sm a k e sm em a n u f a u c 嘶n gp r o c e s sm o m t o r i n gp o s s i b l ea n

31、 dh a Sp o w e r f Ua n a l y s i s，q u e r ya n dd i a g n o s i sf u n c 缸o n s K e yw o r d s：C S(c l i e n t s e i c e)m o d e；L a b V i e w；m o l l i t o 矗n gc o n 廿o lo fn e 研o r k 万方数据基于C/S模式的企业局域网监控系统基于C/S模式的企业局域网监控系统作者：费仁元，王民，徐洪安，徐小力，孙宏书作者单位：费仁元,王民,徐洪安(北京工业大学,机械工程与应用电子技术学院,北京,100022)，徐小力,孙宏

32、书(北京机械工业学院,机电系统测控北京市重点实验室,北京,100085)刊名：北京工业大学学报英文刊名：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY年，卷(期)：2004，30(2)引用次数：6次 参考文献(6条)参考文献(6条)1.徐洪安.费仁元 MVC设计模式在网络监控服务系统中的应用与研究期刊论文-现代制造工程 2003(12)2.路勇 加工工况信息远程监测与刀具磨损识别技术的研究学位论文 20003.费仁元.王民.徐洪安 产品全生命周期服务的网络监控关键技术期刊论文-机械工程学报 2003(09)4.Feldmann K.GOHRINGER J

33、 Intemet-based diagnosis of assembly systems 2001(01)5.凌娟.贾民平.许飞云.凌维业 基于Web的机电设备工况远程监测诊断系统的数据库研究会议论文 20026.Feldmann K.GOHRINGER J Multimedia system for remote diagnosis of complex placement machines1999(10)相似文献(3条)相似文献(3条)1.期刊论文 瞿曌.赖旭.朱建林.Qu Zhao.Lai Xu.Zhu Jianlin 网络化水电机组在线状态监测与故障诊断系统-仪器仪表学报2006,27

34、(1)考虑到水电机组状态监测与故障诊断的多样性和复杂性,结合实际,提出将Internet网络技术和虚拟仪器技术与水电机组状态监测和故障诊断技术有效地结合起来,旨在将水电机组的状态监测与故障诊断提升到远程的网络环境,以极大提高状态监测和故障诊断的水平和时效性.在Internet和Windows环境下,利用有效的网络资源、LabVIEW、PXI、MXI-3和DataSocket技术,采用易于扩展的客户/服务器结构模式来设计网络化在线状态监测与故障诊断系统.该系统实现了水电机组信号的数据采集、数据分析和处理,并能通过网络进行故障诊断.实际应用证明这种网络化在线状态监测与故障诊断系统具有很强的灵活性和

35、可扩展性.2.期刊论文 丁硕.Ding Shuo 基于LabVIEW的远程数据通信技术的实现-电子科技2008,21(5)简要地介绍了LabVIEW的结构和特点,详细阐述了在LabVIEW平台上结合TCP/IP协议技术和DataSocket技术编写客户/服务器模式的网络通信程序,并给出了正弦信号的实际模拟传输结果,为实现远程数据通信、数据采集和仪器控制提供了一个切实可行的方案.3.期刊论文 张玉萍.荣见华.付俊庆.冯肖霞 基于LabVIEW的网络通信技术研究-自动化仪表2004,25(4)基于虚拟仪器的网络通信技术是测试领域发展的一个新方向,据此可以实现远程参数的实时测量.介绍了利用LabVI

36、EW中的DataSocker技术编写了客户/服务器模式的网络通信程序,给出了正弦模拟信号的实际传输结果.引证文献(6条)引证文献(6条)1.谭大鹏.李培玉.潘晓弘 基于UPnP的状态监测与故障诊断网络系统期刊论文-浙江大学学报(工学版)2009(3)2.徐小力.宋宝华.孙志永 基于C/S和B/S结合的机电设备远程监测系统期刊论文-微计算机信息 2006(4)3.宋宝华.徐小力.孙志永 基于网络环境的机电设备远程监测原型系统的实现期刊论文-制造业自动化 2005(12)4.陈俊峰 计算机操作行为分析与数据安全管理系统学位论文硕士 20055.马德成 计算机监控管理系统的设计与实现学位论文硕士 20056.袁振文 基于LabVIEW的中板轧机在线智能监测系统研究学位论文硕士 2005 本文链接：http:/