輪胎制造企業(yè)服務(wù)總線的應(yīng)用范文

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摘要：

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，為解決全鋼子午輪胎生產(chǎn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)以及整合生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息等問(wèn)題，文章結(jié)合輪胎實(shí)際生產(chǎn)的特點(diǎn)，提出了一種基于CPS模型輪胎制造系統(tǒng)的企業(yè)總線架構(gòu)。重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和企業(yè)總線的實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)實(shí)例運(yùn)行表明，CPS模式下的輪胎制造企業(yè)服務(wù)總線能夠有效整合分布式生產(chǎn)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享。

關(guān)鍵詞：

信息物理融合，企業(yè)服務(wù)總線，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，全鋼子午輪胎

本文針對(duì)目前輪胎制造所面臨的問(wèn)題，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)思想，提出一種CPS模式下的異構(gòu)系統(tǒng)集成方法，旨在將不同區(qū)域的、獨(dú)立運(yùn)作的異構(gòu)子系統(tǒng)整合在同一信息系統(tǒng)架構(gòu)下，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層面上基于SOA的輪胎制造物聯(lián)網(wǎng)體系。

1信息物理融合技術(shù)（CPS）

1．1CPS與輪胎制造信息物理融合系統(tǒng)（Cyber－PhysicalSystem，CPS），包括了物理層數(shù)據(jù)采集和接受控制，網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)匯總、傳輸，應(yīng)用層的數(shù)據(jù)分析、挖掘、控制，是一個(gè)整合了物理設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合性系統(tǒng)。應(yīng)用于輪胎生產(chǎn)，CPS將現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可靠、高效地整合、傳輸，然后經(jīng)過(guò)應(yīng)用層分析處理，進(jìn)行優(yōu)化排產(chǎn)、調(diào)度等工作。最終使得整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程透明、可控、可追溯。因?yàn)檩喬ブ圃飕F(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備復(fù)雜性和操作隨機(jī)性，考慮到安全和容錯(cuò)，物理層和傳輸層的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是CPS應(yīng)用于輪胎制造的主要難點(diǎn)之一，文章主要通過(guò)引入面向服務(wù)的思想，采用SOA相關(guān)技術(shù)，搭建輪胎制造的企業(yè)服務(wù)總線，最終實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)可靠的采集、處理和傳輸。

1．2Web服務(wù)技術(shù)與輪胎制造輪胎制造過(guò)程是一個(gè)分布式制造的過(guò)程，眾多的設(shè)備機(jī)臺(tái)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是龐大的，而現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸又是需要保證完整性，安全性和穩(wěn)定性的。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的需求和WCF所具有的數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證、用戶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)隱私保護(hù)等功能支持，以及其快速高效的開發(fā)方式和良好的平臺(tái)兼容，系統(tǒng)的主體服務(wù)框架采用WCF。針對(duì)一些第三方的服務(wù)，例如實(shí)時(shí)給Web界面展示提供數(shù)據(jù)，需要調(diào)用第三方提供的Web服務(wù)，因此也需要在WCF中做WebService，間接調(diào)用第三方服務(wù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

2CPS應(yīng)用模式與架構(gòu)設(shè)計(jì)

CPS模式下的輪胎制造體系架構(gòu)具體來(lái)說(shuō)可分為相互連接并交互通訊的五層結(jié)構(gòu)，分別為物理層、現(xiàn)場(chǎng)總線層、服務(wù)總線層、業(yè)務(wù)邏輯層、Web應(yīng)用層，如圖1。其中，軟總線層實(shí)現(xiàn)了物理層數(shù)據(jù)采集和傳輸，服務(wù)層和業(yè)務(wù)邏輯層為應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)封裝了各種不同粒度的方法。數(shù)據(jù)通過(guò)層層處理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中物料、工裝、工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、物流信息、產(chǎn)能數(shù)據(jù)等信息的互聯(lián)互通，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的管理，追溯生產(chǎn)過(guò)程中人、機(jī)、物、法、環(huán)中的每一環(huán)節(jié)。1）現(xiàn)場(chǎng)總線層：所有針對(duì)不同設(shè)備數(shù)據(jù)采集的接口的封裝，通過(guò)配置參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)新增設(shè)備的數(shù)據(jù)采集功能。類似于硬件中的“熱插拔”功能。通過(guò)軟總線，統(tǒng)一接口調(diào)用，屏蔽了底層數(shù)據(jù)元的異構(gòu)性，也增加了代碼的適應(yīng)性，可以很方便的根據(jù)實(shí)際增加或者裁剪底層驅(qū)動(dòng)。例如針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的S7－300PLC，AB-PLC，三菱PLC的FX系列和Q系列等的數(shù)據(jù)采集，分別開發(fā)了讀寫接口；針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的打印機(jī)、吐碼機(jī)、掃碼槍、報(bào)警燈、溫濕度傳感器等硬件設(shè)備也分別封裝了調(diào)用接口。在軟總線層，將這些方法封裝為一類方法，通過(guò)配置參數(shù)明確調(diào)用路徑。對(duì)于上層系統(tǒng)看來(lái)，只是通過(guò)這層統(tǒng)一的接口，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)交互。2）物理層：實(shí)際生產(chǎn)中，胎面壓出、半制品生產(chǎn)、輪胎成型、硫化等等各道工序是分布式作業(yè)，每道工序又是流水作業(yè)，因此需要各個(gè)機(jī)臺(tái)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。使得機(jī)臺(tái)和機(jī)臺(tái)，機(jī)臺(tái)和設(shè)備，管理和生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層的互聯(lián)，通過(guò)軟總線層，將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，上傳至實(shí)時(shí)或者關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。使得現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)機(jī)臺(tái)，PDA以及服務(wù)端的網(wǎng)頁(yè)，都可以通過(guò)封裝的接口，讀寫數(shù)據(jù)。3）業(yè)務(wù)邏輯層：輪胎制造系統(tǒng)中各個(gè)子任務(wù)的功能組件的集合，為應(yīng)用層提供業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)。表示型業(yè)務(wù)：通過(guò)多種形式向用戶展現(xiàn)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，例如硫化生產(chǎn)過(guò)程中溫度壓力的實(shí)時(shí)曲線，同一生產(chǎn)線上各班產(chǎn)量的餅狀圖，計(jì)劃查看的表格等等。功能型業(yè)務(wù)：實(shí)現(xiàn)用戶需求的業(yè)務(wù)組件，比如生產(chǎn)計(jì)劃同步，打印中間制品信息、故障維修申請(qǐng)、報(bào)警等功能。4）服務(wù)總線層：由服務(wù)安全管理模塊、路由模塊、IOTS＿UD-DI服務(wù)注冊(cè)中心和XML數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊組成，通過(guò)服務(wù)總線層可以保證服務(wù)注冊(cè)、和調(diào)用的安全性和規(guī)范性，使服務(wù)的訪問(wèn)得到快速的應(yīng)答和合理的配置［5］。服務(wù)總線通過(guò)將不同的業(yè)務(wù)組件組合，封裝成為獨(dú)立功能的服務(wù)接口，供客戶端程序調(diào)用。根據(jù)任務(wù)的綜合性不同，可以分為粗粒度服務(wù)和細(xì)粒度［6］。其中，粗粒度是多種細(xì)粒度方法的組合。例如上傳和下載方法，是計(jì)劃，物料，工裝等多類數(shù)據(jù)的讀寫方法的組合。通過(guò)對(duì)服務(wù)進(jìn)行管理控制的中心。5）應(yīng)用層：管理輪胎制造物聯(lián)網(wǎng)中所有的業(yè)務(wù)功能，通過(guò)登錄C／S端，可以進(jìn)行同步生產(chǎn)計(jì)劃，打印制品周轉(zhuǎn)卡信息，查詢機(jī)臺(tái)生產(chǎn)狀態(tài)，交接班等操作，還可以登錄網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行計(jì)劃下達(dá)，產(chǎn)量查詢，產(chǎn)生報(bào)表，遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。

3輪胎制造ESB實(shí)現(xiàn)

CPS模式下的輪胎制造系統(tǒng)中物理層與傳輸層是應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，其核心功能在于Web服務(wù)類的開發(fā)，也就是企業(yè)服務(wù)總線（ESB）的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用MicrosoftVisualStudio2010開發(fā)環(huán)境來(lái)構(gòu)建駐留在Web服務(wù)器上的WCF程序。因?yàn)閃CF基本通信機(jī)制是SOAP協(xié)議，保證了系統(tǒng)的統(tǒng)一性，跨平臺(tái)并且保證了傳輸層次和消息層次的安全性，大大提高了服務(wù)組件的開發(fā)效率和安全性能。

3．1ESB中主要服務(wù)類實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中主要存在生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享，時(shí)間同步，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存取等問(wèn)題。因?yàn)闄C(jī)臺(tái)數(shù)量龐大，半制品壓出線，輪胎成型機(jī)臺(tái)，硫化機(jī)臺(tái)總和達(dá)到400多臺(tái)，并且是分布于不同的車間中，各個(gè)分散的子系統(tǒng)需要同步服務(wù)器時(shí)間，共享數(shù)據(jù)，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也因?yàn)闄C(jī)臺(tái)數(shù)量眾多使得秒級(jí)的數(shù)據(jù)上傳也需要存放到專門的數(shù)據(jù)庫(kù)中。面對(duì)這些問(wèn)題，系統(tǒng)分別開發(fā)了數(shù)據(jù)同步服務(wù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存取服務(wù)。如圖2所示，系統(tǒng)服務(wù)分為Orcale類，Public類和RHADate類。在每個(gè)類中，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)服務(wù)方法，然后通過(guò)接口將這些方法暴露給客戶端調(diào)用。這些接口都是對(duì)細(xì)粒度的服務(wù)的封裝，客戶端可以通過(guò)組合調(diào)用，實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)邏輯。（1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享服務(wù)為了防止服務(wù)器故障或者現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)采用本地端用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)緩存近期數(shù)據(jù)，將各個(gè)機(jī)臺(tái)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)定時(shí)上傳至服務(wù)端Orcal數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于產(chǎn)量信息，設(shè)備狀態(tài)信息，條碼信息等需要從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)，同樣也需要先存入本地緩存，再同步至服務(wù)端。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的異構(gòu)性，所以系統(tǒng)采用了軟總線技術(shù)，將各種不同的通信接口例如S7－300PLC，ABPLC，三菱的FX系列和Q系列的以太網(wǎng)接口，還有485接口，掃碼槍串口等通信接口以構(gòu)件的方式掛載在軟總線上，如圖3。（2）時(shí)間同步服務(wù)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)物料統(tǒng)計(jì)，狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)等功能均是以時(shí)間為檢索條件的，而現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)所處環(huán)境有差異，所以需要定期同步服務(wù)器時(shí)間，來(lái)消除分布的機(jī)臺(tái)的時(shí)間差。（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取服務(wù)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)工藝值通過(guò)Kepware將數(shù)據(jù)秒級(jí)采集到IH數(shù)據(jù)庫(kù)中，現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)服務(wù)方法采集數(shù)據(jù)，并顯示在界面上，封裝的接口如下。

3．2服務(wù)的注冊(cè)、服務(wù)組件類實(shí)現(xiàn)后，將生成的WSDL服務(wù)描述通過(guò)UDDI注冊(cè)到服務(wù)中心，服務(wù)請(qǐng)求者向發(fā)出請(qǐng)求，從UDDI查找到相應(yīng)服務(wù)，生成WSDL描述返回給服務(wù)請(qǐng)求者；請(qǐng)求者獲得描述信息后，生成SOAP發(fā)送給服務(wù)提供者，實(shí)現(xiàn)服務(wù)調(diào)用；服務(wù)提供者根據(jù)請(qǐng)求執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)方法，將結(jié)果返回給服務(wù)請(qǐng)求者［7］。WebService協(xié)議棧的基礎(chǔ)協(xié)議層是HTTPS協(xié)議，的服務(wù)是面向互聯(lián)網(wǎng)的，因此在B／S端和C／S端都可以訪問(wèn)到本系統(tǒng)所有的Web服務(wù)類，從而消除了傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)的“信息孤島”，達(dá)到了數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。

4實(shí)例應(yīng)用

完成服務(wù)的注冊(cè)和之后，客戶端便可以發(fā)現(xiàn)服務(wù)，并調(diào)用一個(gè)或多個(gè)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求。系統(tǒng)中，復(fù)合、成型、硫化等主要生產(chǎn)設(shè)備的計(jì)劃下達(dá)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳，狀態(tài)信息采集，制品與原材料綁定等業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)均通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)組件實(shí)現(xiàn)。例如復(fù)合機(jī)臺(tái)的計(jì)劃下達(dá)功能實(shí)現(xiàn)步驟：1）在業(yè)務(wù)層發(fā)現(xiàn)服務(wù)類的WSDL描述，添加服務(wù)引用，如圖4。2）調(diào)用計(jì)劃、物料、配方、工藝、班組的下載方法，通過(guò)一定的業(yè)務(wù)邏輯約束，將上述五個(gè)不相關(guān)的服務(wù)方法封裝為一個(gè)粗粒度的服務(wù)。3）現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行端通過(guò)事件觸發(fā)或定時(shí)調(diào)用這一服務(wù)方法，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的下達(dá)。對(duì)于設(shè)備狀態(tài)的采集，需要不斷地實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行停臺(tái)報(bào)警，記錄設(shè)備狀態(tài)持續(xù)時(shí)間，產(chǎn)生設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)報(bào)表。首先需要通過(guò)軟總線讀取PLC計(jì)數(shù)器中的時(shí)間，再通過(guò)調(diào)用相關(guān)的服務(wù)接口，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，而現(xiàn)場(chǎng)機(jī)臺(tái)又需要調(diào)用另外的接口，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，最終展示給客戶查詢。對(duì)于原材料與制品的綁定，因?yàn)樵蠋?kù)存在于第三方的服務(wù)中，所以需要通過(guò)WCF服務(wù)，將現(xiàn)場(chǎng)掃描設(shè)備的信息，實(shí)時(shí)傳輸給第三方服務(wù)器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綁定與庫(kù)存管理。圖5是各個(gè)功能模塊的用戶界面。以上幾個(gè)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)了數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的分離，而其中間聯(lián)系的紐帶，企業(yè)服務(wù)總線。服務(wù)開發(fā)者在總線上注冊(cè)各種服務(wù)接口供客戶端調(diào)用，用戶通過(guò)不同接口的組合調(diào)用靈活實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)功能。當(dāng)用戶有新的功能需求時(shí)，開發(fā)者通過(guò)不斷改進(jìn)服務(wù)實(shí)現(xiàn)，可以進(jìn)一步完善用戶體驗(yàn)，而這個(gè)過(guò)程中完全不影響客戶的調(diào)用。通過(guò)ESB，實(shí)現(xiàn)了底層物理設(shè)備如各種生產(chǎn)機(jī)臺(tái)，掃碼槍，PDA，溫度傳感器等的感知與上層計(jì)算機(jī)的信息融合，而服務(wù)器通過(guò)對(duì)信息全面的計(jì)算分析，給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送控制指令，例如生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)，設(shè)備狀態(tài)變更，信息綁定等等，體現(xiàn)了CPS的計(jì)算、通信與控制的深度融合。

5結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于未來(lái)系統(tǒng)的擴(kuò)展，由于WebService是面向互聯(lián)網(wǎng)、跨平臺(tái)的服務(wù)，因此系統(tǒng)和可以延伸至移動(dòng)互聯(lián)端，目前在PC上的網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)將來(lái)都是可以在手機(jī)、平板上展現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)輪胎企業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)＋”的生產(chǎn)和銷售一體化模式。

參考文獻(xiàn)

［1］HeJifeng．Cyber－physicalsystems[J]．CommunicationoftheChinaComputerFedaration，2010，6（1）：25－29

［2］陳玲姿．基于SOA的物聯(lián)網(wǎng)中間件研究［D］．長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2012

［3］余利平．基于SOA的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］．北京：北方工業(yè)大學(xué)，2010

［4］張菁華．基于WCF面向社區(qū)醫(yī)療服務(wù)的連續(xù)健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］．北京：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，2014

［5］譚佳．基于SOA的可重構(gòu)制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］．蘇州：蘇州大學(xué)，2014

［6］王少林．基于SOA的建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)研究［J］．計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2014，24（1）：196－199

［7］陳麗俠．基于webservice的企業(yè)應(yīng)用集成技術(shù)研究［D］．杭州：浙江大學(xué)，2003

作者：吳慧韜 周亞軍 俞武嘉 單位：杭州電子科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院