基于PLC与NET的竹节纱智能控制系统

　　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

　　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。

　　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。其中前 罗拉的转速值的存储地址为HD500在PLC内部的Modbus 地址为A274H，此时读出的为0200H，即表示前罗拉转 速为512r/min。按照此种方法，参考用户手册给出的 Modbus地址即可获取PLC内部全部数据。

　　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，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，如图3所示，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，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，该公众号回复的数据为当前设备最新上传的数据。

　　机械工程师论文投稿刊物：《机械制造与自动化》Machine Building & Automation(双月刊)曾用刊名：南京机械;机械制造与自动化;江苏机械制造与自动化，1972年创刊，是传播机械与电气行业新成果、新技术、新产品、新材料、新工艺、新设备，以及国内外机电行业前沿信息和企业管理、人才培养、教学研究与实践经验的综合性机电技术期刊，也是江苏省机电行业唯一的集数控、智能化、机电一体化和敏捷制等先进制造技术的技术期刊。

　　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