基于Flash的远程工业监控系统设计

摘要：根据当前基于Web远程工业监控方案的不足，利用Flash的交互性强，本身导出的文件小，适合网络传输、利用AS(Action Script)提高了与其他语言的交互性等特点，提出了基于Flash的远程工业监控系统设计思路。提出了本系统的4层体系结构，并基于这4层的体系结构，对本系统进行了详细的硬件连接设计和系统软件设计。该系统的核心思想是利用Socket实现了Flash客户端和服务器端的数据通信，利用RemoteObiect实现历史数据的存储。本系统的设计对基于Web远程工业监控提供了新的思路，具有实际的应用价值。
关键词：远程工业监控；PAC；Flash；Socket

    目前，监控领域的产品普遍关注现场级别，即采用客户端／服务器(C／S)模式，其目的是保证监控系统的稳定性和可靠性。但随着计算机技术、网络技术、控制技术的不断发展，同时为了使现场总线、企业信息网、外部互联网能够充分的融合，提高企业自动化水平和设备的维护管理水平，基于网络化的Web远程监控将会在以后的监控系统中得到广泛的应用。

1 现状分析
    当前，基于Web的远程工业监控方案一般有3种：1)将OPC或其他通信方式采集的数据通过中间软件存入到数据库中，然后通过Web页面与数据库进行交互，以达到设备监控的目的：2)通过做插件嵌入到web浏览器中，实现与控制器的交互；3)通过Web service实现与控制器的交互，即将设备的控制接口以及数据信息通过部署Web service的方式发送出去，监控中心通过网络发现并调用这些web service方法，完成现场设备的控制和数据采集。第一种方案，中间过程过于复杂，违背了监控系统的稳定性和可靠性的原则，中间环节的限制因素较多，并且不便于控制，监控的延时也非常明显，时效性不足；第二种方案，在网页中插入开发的监控设备的控件，则需要降低浏览器的安全性，同时针对每一台监控的主机都要提前下载控件后才能使用，并且此类控件与Web浏览器的其他Web页面的功能融合性以及监控页面显示效果等方面较差，较难实现B／S模式下丰富的显示效果；第三种方案，通过Web service建立非实时连接的传输，就必须通过循环体来不断的刷新数据，不仅会增加设备的负担，同时将会存在固定的延时问题。因此文中基于以上监控方案的不足，提出了基于Flash的远程监控系统实现方案。该方案利用Flash的交互性强，本身导出的文件小，适合网络传输，利用AS提高了与其他语言的交互性等特点，将会大大改进以上3种方案各自的不足，使基于Web的远程监控系统在可靠性、稳定性、时效性、与Web的兼容性、页面显示效果和用户交互的体验效果大大改善。

2 基于Flash远程工业监控系统体系结构
    基于Flash远程监控系统的体系结构可以分为4层：现场设备的检测与控制、Web发布系统、客户端数据的接收与命令的发送和数据存储与转发。现场设备检测与控制一方面负责采集现场各个控制节点的运行数据，经过汇总、预处理后传递给中间层子系统；另一方面接收中间层子系统转发来的控制命令，对命令进行解析、验证，然后指导现场的各个控制节点采取相应的动作。Web发布系统主要是由Web服务器提供Web服务，实现客户端的发布，Web服务器为中间环节，完成与客户子系统以及现场子系统的交互。客户子系统是与用户直接交互的部分，它接收用户的输入，从现场设备的检测与控制子系统中获取监测数据或向其发送命令。数据存储与转发系统主要由数据库服务器和提供Web ser vice的服务组成，数据库服务器则完成采集数据的存储功能。通过这4个过程的作用来实现设备的远程监控。其体系结构如图1所示。

3 基于Flash远程监控系统的设计
3．1 系统硬件连接设计
    现场设备通过串口与数据采集模块通讯，数据采集模块通过工业以太网与Web服务器连接，Web服务器通过以太网与数据库服务器连接。数据采集模块采用PAC(可编程自动化控制器)，支持Modbus／TEP通信协议。Web服务器和数据库服务器采用HP服务器，安装操作系统为Windo ws Server 2008 Enterprise。网络拓扑结构采用星型拓扑结构，是为了能够与现场采集设备建立更有效的连接。Web服务器存储数据直接面向数据库服务器，便于减轻整个网络负担，防止由于数据量过大而引起网络阻塞。同时数据库服务器实现双机热备，来提高系统的可靠性。将数据库分为两部分：中心数据库和企业级数据库，中心数据库主要存放当前数据，企业级数据库则存放历史数据以及设备和用户的管理数据，实现动态数据与静态数据的隔离。网络拓扑图如图2所示。

3．2 系统软件设计
    软件设计的核心内容为PAC编程和客户端Flash编程。PAC编程语言为C语言，编辑环境为BC编译器，Flash编程语言为Action Script，编辑环境为Flash builder4．5。
    本系统通过创建一个以TCP数据流方式建立的Socket从而实现PAC服务端与基于Web的Flash客户端的数据传输。建立通信的过程为：首先PAC服务端通过Socket监听自身的Modbus／TCP专用端口502，客户端程序则通过此端口及PAC服务端的IP地址作为连接Socket参数，创建一个Socket与PAC服务端建立连接。网络无故障，则连接建立。客户端通过Flash中Socket的SendMessage()和ReadBytes()方法来发送和接收信息。
    利用Flash创建的基于Modbus／TCP套接字模型为如图3所示。

3．2．1 1PAC服务端程序实现
    PAC服务端的实现主要分为通过Socket与上位机的通信和通过串口服务与外围设备的通信两大部分。
    通过Socket与上位机的通信主要分为监听和连接。在监听状态下负责监听客户端的请求连接，并负责接受此连接。本系统PAC端设计监听类为ServerListen，监听类首先通过int bind(int sockfd，struct sockaddr*my_addr，int addrten)绑定了本地的502端口，然后通过函数int listen (int sockfd，intbacklog)将客户端的连接请求放入队列中等待，直到函数intaccept(int sockfd，void*addr，int*addrlen)处理它，然后返回一个全新的套接字文件来描述此单个连接。这样，对于同一个连接就有两个文件描述符，原先的一个文件描述符正在监听你指定的端口，新的文件描述符可以用来调用send()和recv()。在连接状态下负责与客户端进行数据的接收和发送，通过数据传输类Server Custom来实现。在此类中利用int send(SOCKETs，const char FAR*buf，int len，int flags)函数将PAC服务端的数据发送到客户端，如果网络发生故障或待发送数据的长度len小于当前程序要发送数据的缓冲区的长度，则返回SOCKET_ERROR，利用int recv(SOCKETs，char FAR* buf，int len，int flags)从客户端接收数据。函数先等待s的发送缓冲中的数据被协议传送完毕，如果协议在传送s的发送缓冲中的数据时出现网络错误，则函数返回SOCKET_ERROR错误，如果s的发送缓冲中没有数据或者数据被协议成功发送完毕后，函数先检查套接字s的接收缓冲区，如果s的接收缓冲区中没有数据或者协议正在接收数据，那么函数就一直等待，直到协议把数据接收完毕。
    对于外围设备进行通信主要是通过串口服务，首先调用自己定义的COM口初始化函数InstallCom将端口初始化，然后通过build_REQ_Read函数实现根据ModBusRtu通讯协议将COM口读取的外围设备的数据放入自定义的数组中，并通过CRC16_modbus进行CRC校验。接收的数据正确，则通过analyse_Read_Result分析从串口读取的数据，并将读取的数据位存放到Share_Mem[MaxShareMemNum]数组中。然后将Share_Mem数组作为REMOTCP_ModServer_Create参数与上位机进行通讯。对外围设备发送指令，则是通过函数SendCommand选择控制对象的COM后，将指令发送到外围设备，外围设备接收到指令后动作。
3．2．2 客户端程序与PAC服务端通讯的实现
    客户端的实现主要分为3个部分：通过Flash的Socket与PAC服务端的数据交互，将接收的数据在页面上动态显示和将获取的数据实时存入到数据库，实现实时数据库的历史存储功能。
    客户端Flash与PAC服务端的数据交互主要是通过Socket进行的。首先定义Socket，利用connect连接PAC服务器的地址和端口号502，利用mysocket．addEventListener(Event．CONNECT，OnConnect)监听是否已建立连接，利用mysocket．addEventListener (IOErrorEvent．IO_ ERROR，ioErrorHandler)来监听连接过程中出现的错误，利用mysoeket．addEventListener(Event．CLOSE，OnClose)监听连接是否关闭，利用mysocket．addEventListener(ProgressEvent．SOCKET DATA，receivedata) 中的mysoeket．readMultiByte(mysocket．bytesAvailabl e，“utf8”)接收PAC服务端发送过来的数据。添加控制功能则是通过flash页面中的控件的触发事件来完成。在触发事件中添加mysocket. writeUTFBytes(data)，并调用mysocket．flush()方法将触发的事件发送出去，从而完成了与服务端的数据交换。
    在发送与接收数据的过程中由于遵循的为Modbus／TCP协议，发送和接收的数据要遵循Modbus标准的数据帧格式，因此需要根据Modbus协议的标准格式对所接收和发送的数据帧进行转化。在接收的数据中，要对接收的数据进行分析，根据自己的定义，将地址与监控终端的信息取出，并转换为String类型，在页面上对应显示。
3．2．3 客户端与数据库的交互
    对采集来的数据除了在页面上显示，需要存入数据库作为历史备份。客户端Flash与Oracle数据库无法直接交互，可以通过服务器端技术连接数据库，这3种连接方式为：HttpService、WebService和RemoteObject。3种通讯方式比较如表1所示。

    从上表中可以看出，前两种通信数据量较小，要传输大量的数据或是实现不同对象的序列化传输，需要利用高效的传输协议AMF(Aetion Script Message Format)来代替SOAP协议传输的方案。
    开源项目FluorineFx就是专门针对．net平台与Flex通信提供的AMF协议通信网关，笔者可以通过FluorineFx方便地完成与．net的通信。
    要使用开源项目FluorineFx需要使用FluroineFx通信的．net和Flex配置，分为以下3步：
    1)NET服务端的开发
    建立解决方案，并添加FluroineFx服务器库。添加成功后项目模板会自动创建一个Sample类和Echo方法。接着添加FluorineFx网站到解决方案，添加成功后网站会自动引用FluorineFx服务库的DLL。
    2)Flex开发
    在Flex开发中需要根据以上的参数进行配置。首先创建Flex项目，并将项目路径指向先前建立的FluorineFx网站的根路径。项目创建完毕后，可以通过FluorineFx与．net进行通信。
    3)远程访问
    在Flex的mxml文件下通过标签来访问远程对象，如下所示：

    下面通过ID调用远程方法，利用．net的服务端与数据库进行交互，定时存储和读取数据库中的内容：
   

4 结论
    本文提出的基于Flash的远程设备监控系统的设计，对于当前的基于Web的远程设备监控提供了一种新的方式。利用了Flash的Socket实现了与PAC的Modbus／TCP协议的数据通信。由于Flash的限制，当前还无法实现Flash与Oracle数据库直接的数据交互，在本设计中由于只存取历史数据和操作日志，数据传输频率不是很高，因此对本设计并没有太多影响。但ActionScript3可以独立实现与MySOL进行数据交互，因此我们相信在AS下一版本的推出将会实现与Oracle的独立交互。本系统中利用Flash的各种特性，在可靠性、稳定性、时效性、与Web的兼容性、页面显示效果和用户交互的体验效果上将会有很大的改善。如果在现有的开发环境中，对数据交互和Flash页面的动画展示部分进行封装，将会大大减少软件的开发强度，具有实际的应用价值。