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

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)，對本系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的硬件連接設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計。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。本系統(tǒng)的設(shè)計對基于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)用價值。
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程工業(yè)監(jiān)控；PAC；Flash；Socket

    目前，監(jiān)控領(lǐng)域的產(chǎn)品普遍關(guān)注現(xiàn)場級別，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，同時為了使現(xiàn)場總線、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)通過中間軟件存入到數(shù)據(jù)庫中，然后通過Web頁面與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，以達(dá)到設(shè)備監(jiān)控的目的：2)通過做插件嵌入到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)信息通過部署Web service的方式發(fā)送出去，監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)并調(diào)用這些web service方法，完成現(xiàn)場設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集。第一種方案，中間過程過于復(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)控的延時也非常明顯，時效性不足；第二種方案，在網(wǎng)頁中插入開發(fā)的監(jiān)控設(shè)備的控件，則需要降低瀏覽器的安全性，同時針對每一臺監(jiān)控的主機(jī)都要提前下載控件后才能使用，并且此類控件與Web瀏覽器的其他Web頁面的功能融合性以及監(jiān)控頁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Web service建立非實(shí)時連接的傳輸，就必須通過循環(huán)體來不斷的刷新數(shù)據(jù)，不僅會增加設(shè)備的負(fù)擔(dān)，同時將會存在固定的延時問題。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提高了與其他語言的交互性等特點(diǎn)，將會大大改進(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、時效性、與Web的兼容性、頁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)場設(shè)備的檢測與控制、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)存儲與轉(zhuǎn)發(fā)。現(xiàn)場設(shè)備檢測與控制一方面負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場各個控制節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)過匯總、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)來的控制命令，對命令進(jìn)行解析、驗(yàn)證，然后指導(dǎo)現(xiàn)場的各個控制節(jié)點(diǎn)采取相應(yīng)的動作。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)場設(shè)備的檢測與控制子系統(tǒng)中獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)或向其發(fā)送命令。數(shù)據(jù)存儲與轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和提供Web ser vice的服務(wù)組成，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器則完成采集數(shù)據(jù)的存儲功能。通過這4個過程的作用來實(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。

3 基于Flash遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
3．1 系統(tǒng)硬件連接設(shè)計
    現(xiàn)場設(shè)備通過串口與數(shù)據(jù)采集模塊通訊，數(shù)據(jù)采集模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)與Web服務(wù)器連接，Web服務(wù)器通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接。數(shù)據(jù)采集模塊采用PAC(可編程自動化控制器)，支持Modbus／TEP通信協(xié)議。Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(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)場采集設(shè)備建立更有效的連接。Web服務(wù)器存儲數(shù)據(jù)直接面向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，便于減輕整個網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，防止由于數(shù)據(jù)量過大而引起網(wǎng)絡(luò)阻塞。同時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，來提高系統(tǒng)的可靠性。將數(shù)據(jù)庫分為兩部分：中心數(shù)據(jù)庫和企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，中心數(shù)據(jù)庫主要存放當(dāng)前數(shù)據(jù)，企業(yè)級數(shù)據(jù)庫則存放歷史數(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。

3．2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    軟件設(shè)計的核心內(nèi)容為PAC編程和客戶端Flash編程。PAC編程語言為C語言，編輯環(huán)境為BC編譯器，F(xiàn)lash編程語言為Action Script，編輯環(huán)境為Flash builder4．5。
    本系統(tǒng)通過創(chuàng)建一個以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。建立通信的過程為：首先PAC服務(wù)端通過Socket監(jiān)聽自身的Modbus／TCP專用端口502，客戶端程序則通過此端口及PAC服務(wù)端的IP地址作為連接Socket參數(shù)，創(chuàng)建一個Socket與PAC服務(wù)端建立連接。網(wǎng)絡(luò)無故障，則連接建立。客戶端通過Flash中Socket的SendMessage()和ReadBytes()方法來發(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。

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Socket與上位機(jī)的通信和通過串口服務(wù)與外圍設(shè)備的通信兩大部分。
    通過Socket與上位機(jī)的通信主要分為監(jiān)聽和連接。在監(jiān)聽狀態(tài)下負(fù)責(zé)監(jiān)聽客戶端的請求連接，并負(fù)責(zé)接受此連接。本系統(tǒng)PAC端設(shè)計監(jiān)聽類為ServerListen，監(jiān)聽類首先通過int bind(int sockfd，struct sockaddr*my_addr，int addrten)綁定了本地的502端口，然后通過函數(shù)int listen (int sockfd，intbacklog)將客戶端的連接請求放入隊(duì)列中等待，直到函數(shù)intaccept(int sockfd，void*addr，int*addrlen)處理它，然后返回一個全新的套接字文件來描述此單個連接。這樣，對于同一個連接就有兩個文件描述符，原先的一個文件描述符正在監(jiān)聽你指定的端口，新的文件描述符可以用來調(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，通過數(shù)據(jù)傳輸類Server Custom來實(shí)現(xiàn)。在此類中利用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)的長度len小于當(dāng)前程序要發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的長度，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)時出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)錯誤，則函數(shù)返回SOCKET_ERROR錯誤，如果s的發(fā)送緩沖中沒有數(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。
    對于外圍設(shè)備進(jìn)行通信主要是通過串口服務(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CRC16_modbus進(jìn)行CRC校驗(yàn)。接收的數(shù)據(jù)正確，則通過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。對外圍設(shè)備發(fā)送指令，則是通過函數(shù)SendCommand選擇控制對象的COM后，將指令發(fā)送到外圍設(shè)備，外圍設(shè)備接收到指令后動作。
3．2．2 客戶端程序與PAC服務(wù)端通訊的實(shí)現(xiàn)
    客戶端的實(shí)現(xiàn)主要分為3個部分：通過Flash的Socket與PAC服務(wù)端的數(shù)據(jù)交互，將接收的數(shù)據(jù)在頁面上動態(tài)顯示和將獲取的數(shù)據(jù)實(shí)時存入到數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)庫的歷史存儲功能。
    客戶端Flash與PAC服務(wù)端的數(shù)據(jù)交互主要是通過Socket進(jìn)行的。首先定義Socket，利用connect連接PAC服務(wù)器的地址和端口號502，利用mysocket．a(chǎn)ddEventListener(Event．CONNECT，OnConnect)監(jiān)聽是否已建立連接，利用mysocket．a(chǎn)ddEventListener (IOErrorEvent．IO_ ERROR，ioErrorHandler)來監(jiān)聽連接過程中出現(xiàn)的錯誤，利用mysoeket．a(chǎn)ddEventListener(Event．CLOSE，OnClose)監(jiān)聽連接是否關(guān)閉，利用mysocket．a(chǎn)ddEventListener(ProgressEvent．SOCKET DATA，receivedata) 中的mysoeket．readMultiByte(mysocket．bytesAvailabl e，“utf8”)接收PAC服務(wù)端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。添加控制功能則是通過flash頁面中的控件的觸發(fā)事件來完成。在觸發(fā)事件中添加mysocket. writeUTFBytes(data)，并調(diào)用mysocket．flush()方法將觸發(fā)的事件發(fā)送出去，從而完成了與服務(wù)端的數(shù)據(jù)交換。
    在發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的過程中由于遵循的為Modbus／TCP協(xié)議，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)要遵循Modbus標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)幀格式，因此需要根據(jù)Modbus協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)格式對所接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行轉(zhuǎn)化。在接收的數(shù)據(jù)中，要對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)自己的定義，將地址與監(jiān)控終端的信息取出，并轉(zhuǎn)換為String類型，在頁面上對應(yīng)顯示。
3．2．3 客戶端與數(shù)據(jù)庫的交互
    對采集來的數(shù)據(jù)除了在頁面上顯示，需要存入數(shù)據(jù)庫作為歷史備份?？蛻舳薋lash與Oracle數(shù)據(jù)庫無法直接交互，可以通過服務(wù)器端技術(shù)連接數(shù)據(jù)庫，這3種連接方式為：HttpService、WebService和RemoteObject。3種通訊方式比較如表1所示。

    從上表中可以看出，前兩種通信數(shù)據(jù)量較小，要傳輸大量的數(shù)據(jù)或是實(shí)現(xiàn)不同對象的序列化傳輸，需要利用高效的傳輸協(xié)議AMF(Aetion Script Message Format)來代替SOAP協(xié)議傳輸?shù)姆桨浮?br />     開源項(xiàng)目FluorineFx就是專門針對．net平臺與Flex通信提供的AMF協(xié)議通信網(wǎng)關(guān)，筆者可以通過FluorineFx方便地完成與．net的通信。
    要使用開源項(xiàng)目FluorineFx需要使用FluroineFx通信的．net和Flex配置，分為以下3步：
    1)NET服務(wù)端的開發(fā)
    建立解決方案，并添加FluroineFx服務(wù)器庫。添加成功后項(xiàng)目模板會自動創(chuàng)建一個Sample類和Echo方法。接著添加FluorineFx網(wǎng)站到解決方案，添加成功后網(wǎng)站會自動引用FluorineFx服務(wù)庫的DLL。
    2)Flex開發(fā)
    在Flex開發(fā)中需要根據(jù)以上的參數(shù)進(jìn)行配置。首先創(chuàng)建Flex項(xiàng)目，并將項(xiàng)目路徑指向先前建立的FluorineFx網(wǎng)站的根路徑。項(xiàng)目創(chuàng)建完畢后，可以通過FluorineFx與．net進(jìn)行通信。
    3)遠(yuǎn)程訪問
    在Flex的mxml文件下通過<mx：RemoteObject>標(biāo)簽來訪問遠(yuǎn)程對象，如下所示：

    下面通過ID調(diào)用遠(yuǎn)程方法，利用．net的服務(wù)端與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，定時存儲和讀取數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容：
   

4 結(jié)論
    本文提出的基于Flash的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，對于當(dāng)前的基于Web的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控提供了一種新的方式。利用了Flash的Socket實(shí)現(xiàn)了與PAC的Modbus／TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)通信。由于Flash的限制，當(dāng)前還無法實(shí)現(xiàn)Flash與Oracle數(shù)據(jù)庫直接的數(shù)據(jù)交互，在本設(shè)計中由于只存取歷史數(shù)據(jù)和操作日志，數(shù)據(jù)傳輸頻率不是很高，因此對本設(shè)計并沒有太多影響。但ActionScript3可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)與MySOL進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，因此我們相信在AS下一版本的推出將會實(shí)現(xiàn)與Oracle的獨(dú)立交互。本系統(tǒng)中利用Flash的各種特性，在可靠性、穩(wěn)定性、時效性、與Web的兼容性、頁面顯示效果和用戶交互的體驗(yàn)效果上將會有很大的改善。如果在現(xiàn)有的開發(fā)環(huán)境中，對數(shù)據(jù)交互和Flash頁面的動畫展示部分進(jìn)行封裝，將會大大減少軟件的開發(fā)強(qiáng)度，具有實(shí)際的應(yīng)用價值。