足球比分直播

基于WCF的FAS生产线监控子系统的设计与实现.pdf

返回
基于WCF的FAS生产线监控子系统的设计与实现.pdf_第1页
第1页 / 共51页
基于WCF的FAS生产线监控子系统的设计与实现.pdf_第2页
第2页 / 共51页
基于WCF的FAS生产线监控子系统的设计与实现.pdf_第3页
第3页 / 共51页
基于WCF的FAS生产线监控子系统的设计与实现.pdf_第4页
第4页 / 共51页
基于WCF的FAS生产线监控子系统的设计与实现.pdf_第5页
第5页 / 共51页
点击查看更多>>
资源描述:
第一章绪论第一章绪论弟一早三百V匕1.1研究背景工业化是驱动经济社会发展的重要动力,而信息化已经渗透到生产管理、经济生活的各个角落,信息化与工业化的融合代表了未来经济发展的方向,是占领后危机时代制高点的重要措施。从二十世纪中叶以来,自动化技术获得了今人成就,已经在工业生产和科学发展中起着关键的作用,自动化装置成为大型设备不可分割的重要组成部分,笺乓际上,生产过程自动化的程度已经成为衡量工业企业现代化水平的一个重要标志。自20世纪80年代初期诞生至今,工业控制软件已有20年的发展历史。工业控制软件作为一种应用软件,是随着PC机的兴起而不断发展的。工业控制软件主要包括人机界面软件HMI,基于PC的控制软件以及生产管理软件等。目前,我国已开发出一批具有自主知识产权的工业控制软件平台、先进控制软件、过程优化控制软件等成套应用软件,工程化、产品化有了一定突破。通过在化工、石化、造纸等行业的数百个企业装置中应用,促进了企业的技术改造,提高了生产过程控制水平和产品质量,为企业创造了明显的经济效益。2000年,“九五”国家科技攻关计划项目“大型骨二F石化生产系统控制及计算机应用技术”通过了验收。作为工控软件的一个重要组成部分,国内人机界面组态软件研制方面近几年取得了较大进展,软件和硬件相结合,为企业测、控、管一体化提供了比较完整的解决方案【l】。在此基础上,工业控制软件将从人机界面和基本策略组态向先进控制方向发展。国家新近提出的新型工业化道路指出要以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,类似的工业信息化管理系统将会对我国的工业的技术水平和管理水平的提升起到促进作用。在国外的以往传统工业中,工厂监控系统的建立相对比较成熟,各种国外的监控软件也品种繁多,各有特色。如Rockwell公司的Rsview32软件、W6ndenl,are公司的Intouch软件、G汜全司的iFIx平台、西门子的Wincc等系统平台。但是随着技术的不断改进和标准的不断提高,在现代液晶厂房中,建立信息处理能力更强、系统相对比较庞大、监控点数繁多的监控系统,难度系数不断加大。相比于国外,国内的监控服务行业也逐渐在不断改进,不断升级内部系统,开发内部通信协议和通信连接方式,以便与世界上采用新通信协议的设备之间进行有效、高速的通信。基于WCF的FAS生产线监控子系统的设计与实现1.2研究目的及意义随着现代工业的发展,机械,化工等领域的自动化生产线流程繁多、控制越来越复杂。由此带来的问题是,如何跟踪这些复杂生产线的生产活动,如何记录原材料在生产线上发生的数量和形态上的变化,如何产生数据报表供操作人员使用,用来优化产品和整个生产线。在工业发展初期,通常使用人工跟踪生产线的生产情况,利用指定设备的特殊设置和定期手工记录数据来生成关于生产数据的报表。这种方式不但低效,而且还常常会因为人的主观原因而导致数据的客观性无法得到保证。随着信息技术的发展,计算机被越来越广泛的应用于生产生活的各个方面,于是各种计算机系统出现在大工厂中,用于控制单个的机器设备,利用计算机传递机器设备之间的控制或状态信号。于是,工业信息化的先行者们便提出了一个想法有没有可能在建立一个连接所有设备控制计算机的局域网的基础上,用一台或几台计算机作为服务器,对采集到的设备信号进行逻辑判断,从而在用户界面上还原整个生产线的实时情况,同时把生产线的实时数据记入数据库系统以供分析和调用。在这种设计思想的驱动下,覆盖整个生产线的FAs生产线监控系统诞生了。它的出现大大的提高了对生产线进行跟踪管理的效率和准确性。为企业的生产管理提供了第一手宝贵的资料,对企业进行产品优化和成本控制具有重要的意义。比如操作员可以通过监控系统对生产线任何地方发生的任何异常情况进行控制,避免不必要的损失,对突发事件可以及时处理;通过跟踪系统记录的逻辑信息可以准确的追溯到每一批产品的原材料,操作员等原始信息,保留现场发生的事件的证据,为避免质量事故提供了有力的保障。本文正是针对太阳能薄膜生产线底层控制系统的分布状况,基础网络构架,信息通信安全性和控制系统的扩充性,采用WCFWindows CommuIlicationFoundation和wPFWindows Presentation Foundation实现实时数据的采集和处理,能及时反映现场设备等的运行情况。此系统的成功研发可以提高生产效率、降低太阳能电池组件的造价并可以提高太阳能电池组件的光电转化率,具有非常重要的现实意义。此系统采用WCF技术适用性极强,快速、高效地传送数据.其实现了无缝通信,减少网络通信量,高效地使用了网络带宽,有效提高了网络的效率和可靠性。1.3本文主要研究内容本文是结合太阳能薄膜生产工厂自动化系统,采用WPF,WCF技术对其生产第一章绪论 3过程进行生产自动化控制。,太阳能薄膜生产过程涉及设备多,生产流程复杂,精度要求高。系统使用专门应用于复杂企业级开发的Prism架构,以VS2008为开发工具,设计形象直观,实时有效地的人机接口,实现了具有动感图像的生产线监控子系统。在整个毕业设计过程中,作者主要完成了以下工作1.对工厂自动化系统IFAS进行研究,了解整个系统构架以及相关功能。2.明确了监控子系统在FAs中的地位,根据项目需求搭建开发平台。3.使用C}}语言,运用多线程同步技术和WCF通信技术,实现了FAS生产线监控子系统服务端的开发。4.使用Prism架构,对FAS生产线监控子系统客户端进行系统设计。5.使用wPF技术设计客户端界面,实现了监控面板以及生产控制等诸多功能模块,并对其异常情况进行处理,记录相关操作日志,保证用户能够及时,有效,准确的掌握生产线运行情况。6.根据测试用例,对监控子系统进行了测试,并针对测试结果进一步完善系统,提高稳定性。1.4本文组织结构本文共分为六章,分别是绪论、生产线监控子系统的需求分析和系统设计、生产线监控子系统服务端的设计和实现、生产线监控子系统客户端的设计和实现、测试、总结与展望。各章的内容安排如下第一章绪论。本章阐述了本文的研究背景,研究目的和意义,介绍了本文的主要工作及组织结构。第二章FAS生产线监控子系统的需求分析和系统设计。本章通过对薄膜太阳能生产线的工厂自动化系统FAs的介绍,阐述了生产线监控子系统在整个系统中的作用,并对生产线监控子系统功能需求进行分析,最后介绍了监控子系统的总体设计框架,为后面章节详细介绍该子系统的实现奠定基础。第三章FAS生产线监控子系统服务端的设计和实现。本章首先对服务端的系统架构进行设计;接着分析服务端所实现的两大功能,包含对多源数据库的访问,以及专门针对Oracle数据的订阅。第四章FAS生产线监控子系统客户端的设计和实现。本章对客户端的Prism架构体系进行了研究,并基于此架构对系统进行设计;设计和实现了FMB模块以传送带模块,详细设计了R志模块;从WCF和MSMO技术两方面,重点分析了FMB模块的实时通信机制。4 基于WCF的FAS生产线监控子系统的设计与实现第五章测试。本章搭建系统测试环境,对客户端实时显示功能进行单元测试,并且对服务端进行压力测试,给出部分测试用例,分析测试结果,证明生产线监控子系统在FAS中能正常工作。第六章总结与展望。本章对全文的研究工作进行总结,并对未来研究工作做出展望。第二章】队S生产线监控子系统的需求分析和系统设计第二章FAS生产线监控子系统的需求分析和系统设计2.1工厂自动化系统体系结构薄膜太阳能电池板生产工艺繁杂,生产设备数量巨大,为了对如此庞大的系统进行自动化生产控制,需要一整套的工厂自动化解决方案工厂自动化系统FAS。FAs是整个太阳能电池板制造过程的解决方案,系统包含四个模块1.设备层。包括ACl.,S、CVD、CUT等在内的太阳能电池板生产线中的所有设备。2.设备自动化平台EAPEquipment Automation Platf0册。EAP是工厂自动化系统中直接与设备联系的子系统,是其他系统所需数据的数据源,为实现工厂级的设备层提供了基础支持I-到。EAP是由应用程序服务器、数据库和设备适配器组成,可用于半导体、平板显示器和太阳能制造。3.制造执行系统M王SManufacnlring cutive System。制造执行系统协会Mallufactllring cution System Association,MESA为MES做出了如下定义“MES能通过信息的传递,对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂中有实时事件发生时,MES能及时对这些事件做出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行约束和处理”。根据定义,MEs是提高产能、有效控制成本和配合客制化要求的解决方案,负责管理信息系统和底层控制系统的信息交互【3】o MES系统在工厂中有事件发生时,实时给出响应措施,对事件进行处理【41。MES系统在CIM架构基础之下,结合了MES工作流程、OC}UI界面、以及企业中介软体,具有客制化的优势。但是与CIM系统不同的是,MES根据客户的组织规模及生产流程量身打造,以模块化的方式调整制成程【5J。4.FAS生产线监控子系统是基于.NET3.5设计开发的最上层驱动子系统,是客户与系统直接交互的部分,该部分的质量是整个FAS系统成功的关键。用户通过直接操作该系统控制和检测太阳能电池板的生产制造过程,该系统包含生产、监控和维护等功能,实现了生产、管理的一体化和全自动化。因此该模块的需求、设计和实现是本文重点研究的内容。工厂自动化系统的结构如图2.1所示。基于wCF的FAS生产线监控子系统的设计与实现FAs生产线监控子系统一一一一7、王一一一一一一一一 .,.一一_二∑羔二一一一~一一~Manufacturing cuion system丈,Equipment Automation Platfonn彳丫 彳 彳 夺一l{ }J去]F兰商商MHS AcLs LaSe甜cVD OPc图2-l工厂自动化系统结构2.2 FAS生产线监控子系统的需求分析FAS生产线监控子系统是在MES系统之上的图形化操作界面,通过界面来监视并控制薄膜太阳能电池板的制造过程。整个薄膜太阳能电池板生产线是以物资传送系统MHS为传送带,以Pallel为衬底,经过磨边、清洗、切割、激光扫描、化学气相沉淀CVD、物理气相沉淀PVD、布线、背板镀膜、碾压、烘烤、测试等一系列操作,最终成为成品的生产系统。其生产线布局如图2.2所示。【『 一 J8x处衅1图2.2薄膜太刚能生产线布局测试第二.章FAs生产线监控子系统的需求分析和系统设计 7由图2.2可知,在整个生产过程中,FAS监控子系统将控制Pallel从开始生产到结束生产的整个过程,把Panel从最初的存储货架中装载到MHS上开始生产,把Panel从MHS上移动到相应的设备中进行处理,如激光,CvD,PVD等设备,在设备中处理成后把Panel从中移出到MHS,继续移动到下一个设备中处理,直到最后整个处理过程完成后,把PaIlel从生产线中取下来。通过对整个生产过程的分析,确定监控子系统需要实现的功能分为六个部分设备控制维护模块、FMB模块、传送带控制模块、操作模块、安全模块、非界面功能模块,如图2.3所示。图2.3系统功能需求图1.FⅧ模块的主要功能是实时监控生产线,并使界面最大限度上与实际相符,其具体需求如下1.初始化FMB时,系统从数据库中读取当前状态下所有传送带和设备上Pallel的信息。2.当Pallel到达传送带上时,MES发送Load Present的消息。FMB接受到MHS返回的消息,改变传送带上的图片,显示Panel在传送带上的位置。当Panel离开传送带时,MES发送No Load Present的消息,FMB改变传送带上的图片,将其恢复到正常状态【6】。3.当MES发送关于警告信息时,相关设备上显示报警状态。4.当鼠标移动到F】ⅥB上代表设备,传送带的控件时,控件上的设备Tip显示与此相关的设备或传送带的名称,状态,具体描述等信息。5.当Panel进入传送带中,点击传送带控件,查看PaJlel相关信息,包含Panel8 基于WCF的FAS生产线监控子系统的设计与实现的ID,类型,下一步位置等。同时向MEs发送命令,移动Panel到指定位置。6.打开设备界面,设备的状态,属性,显示是否可用等信息。如果设备的状态是Ruruling,显示Panel信息。如果设备的状态是B10cked,显示相关警告信息。7.FMB上由于控件过多,使用放大缩小控件来便于观察FMB上的全局变化情况。8.制定详细的日志,记录每次Panel在FMB上位置的变化情况。FMB用例图如图2.4所示。图2.4 FMB用例图2.设备维护模块功能需求如下1.显示设备的状态、组件信息、出错警报信息以及预防性维护信息。其中设备状态包括冷却时间、控制模式、当前菜单、当前产品、产品工单等信息;组件信息包括设备所有端口和插口的当前状态;出错警告信息显示当前的设备的异常信息。2.设置预防性维护操作的种类,包括一直、从不、按期和过期四种。3.显示当前设备正在处理的玻璃板详细信息。设备维护用例图如图2.5所示。攮跨授图2.5设备管理刖例图第二章】除S生产线监控子系统的需求分析和系统设计 93.传送带控制模块功能需求如下1.显示传送带上的Panel的信息,包含PaIlcl ID,Panel Fonnat,P趾el Type等信息。2.发送新的命令给MES,让Panel执行运行新的路径脚本。3.如果有脏数据在传送带上,就清除Pallel的信息。传送带控制模块用例图如图2.6所示。援擐滠图2.6传送带控制用例图4.安全模块主要的『功能是对用户的操作权限进行管理,其具体分析如下1.定义操作人员的权限,将操作人员分为不同权限的组,可以将操作人员添加至其中某一组中。2.定义操作人员所能使用的功能,既可以修改每个组所使用的功能。5.操作模块完成了对某些设备的操作以及某些特殊功能实现。例如1 LD是原材料进入生产线的入口设备;设备维护模块对设备进行定时的检查,并对存在误差的零部件进行更换。其具体需求如下1.定义具体设备,在指定点加载玻璃板或者从存贮器恢复玻璃板。2.将符合规格的玻璃板从气垫板转移至生产线上。3.从生产线上卸载生产线上破损或者不符合生产要求的玻璃板。操作模块的用例图如图2.7所示。操作员图2.7操作模块用例图6.非GUI功能模块完成了系统的异常处理、日志记录等功能,完善了系统的安全性,其具体分析如下lo 基于WCF的FAS生产线监控子系统的设计与实现1.对FAs生产线监控系统在使用时产生的异常进行处理。2.记录用户的操作过程和Panel在生产线上的运行情况,生成相应日志。3.生产线监控系统支持多语言操作。2.3 FAS生产线监控子系统的设计2.3.1 FAS生产线监控子系统的总体设计基于WCF的FAS生产线监控子系统在工厂自动化系统体系上主要与MES系统和数据存储系统相交互,由于同一时段内,在各个不同区域,可能存在上百个用户在使用监控子系统,所以此子系统和数据库的通信服务将是一个重要的问题。如果此子系统的程序中包含于数据库直接交互的部分,这样不仅在与数据库交互时,每增加一个用户就会建立一条连接,而且即使多个用户有同样的数据库操作,数据库也必须对各个用户的要求进行反馈,这样就使的数据库负担加重,而且不利于系统的开发。例如,在监控子系统中加入一个新的功能模块,不仅要新建一个界面,而且后台中要加入相应的访问数据库的逻辑代码,增加冗余代码,不利于后期的系统维护。因此将此子系统与数据库直接交互的部分分离出来,专门设置一个中间层来处理与数据库和MES的操作,可以有效的减轻数据库的负担,并使程序员都使用同样的代码操作数据库,大大减少了编码量,有利于项目的后期维护。根据上述的分析,FAS生产线监控子系统可以分离为两个部分,一部分是与数据库直接交互的中间层作为服务端,另一部分是与操作人员直接使用的客户端。客户端与数据库的交互通过调用服务端的相关服务来完成。FAS生产线监控子系统的总体架构设计如图2.8所示。
展开阅读全文
收藏
下载资源

加入会员免费下载





足球比分直播