摘  要： 介紹了一種基于以太網(wǎng)和RS485總線的服裝吊掛系統(tǒng)設(shè)計，闡述了該系統(tǒng)的上位機軟件的設(shè)計與實現(xiàn)。上位機軟件是系統(tǒng)的控制中心，監(jiān)控管理每個工作站的生產(chǎn)狀況，實時生成薪資報表、產(chǎn)量報表、生產(chǎn)分析圖。軟件界面采用C#編程語言，通信模塊的程序采用Delphi技術(shù)實現(xiàn)，后臺數(shù)據(jù)庫采用SQL2000。該系統(tǒng)已經(jīng)投入企業(yè)使用，系統(tǒng)各項功能運行穩(wěn)定，界面友好，滿足用戶需求。
關(guān)鍵詞： 服裝吊掛；上位機軟件；C#語言；Delphi；SQL2000

    服裝生產(chǎn)屬于勞動密集型生產(chǎn)，生產(chǎn)過程基本是流水式作業(yè)。目前，我國許多服裝企業(yè)采用的仍然是“捆綁式”生產(chǎn)模式，生產(chǎn)浮余率高，生產(chǎn)效率低下，而且生產(chǎn)過程中容易發(fā)生衣片遺失和錯片等現(xiàn)象，造成較高的返工率。如何對生產(chǎn)過程進行控制、提高生產(chǎn)效率、提升生產(chǎn)質(zhì)量，是每個服裝企業(yè)面臨的問題，服裝吊掛系統(tǒng)就是在這種需求下應(yīng)運而生的。通過電腦系統(tǒng)集成控制，對加工工位生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行實時采集、分析和處理，改變了服裝行業(yè)傳統(tǒng)的“捆綁式”生產(chǎn)方式，有效解決了制作過程中輔助作業(yè)時間比例大、生產(chǎn)周期長、成衣質(zhì)量難以控制等問題[1]。作為一種先進的服裝生產(chǎn)管理系統(tǒng)，服裝吊掛系統(tǒng)在國內(nèi)服裝企業(yè)中的普及率并不高。本研究針對服裝加工工藝特點，經(jīng)大量市場需求調(diào)研，設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于以太網(wǎng)和RS485總線的服裝吊掛生產(chǎn)控制系統(tǒng)。上位機通過以太網(wǎng)和RS485與每個制衣工位進行實時通信，實現(xiàn)對服裝生產(chǎn)加工過程的實時監(jiān)控管理。
1 系統(tǒng)構(gòu)成
    服裝吊掛系統(tǒng)宏觀上是一套懸空的流水線式物件傳輸流水線，它通過一個循環(huán)運輸軌道把多個服裝生產(chǎn)工作站結(jié)合起來，可根據(jù)生產(chǎn)加工工藝的要求，利用特制衣架，自動將衣片、半成品及成衣按加工順序輸送到各個加工工作站，并且直接輸送到每個操作人員方便的位置上。它可以不受加工線路長短和加工位置排列的限制，可長可短，可高可低，可根據(jù)需要自由排列組合，靈活方便[2-3]。
    本研究設(shè)計的服裝吊掛系統(tǒng)由上位機、若干個數(shù)據(jù)一級下位機和多個二級下位機組成，如圖1所示。上位機作為總控設(shè)備，通過以太網(wǎng)對一級下位機通信，一級下位機重新對上位機數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，通過RS485與二級下位機進行數(shù)據(jù)交換。上位機動態(tài)顯示各個款式的加工狀況，為管理人員提供每個工作站、每個工人、每個衣架、每種款式等每時每刻的狀況，追蹤目標(biāo)產(chǎn)量，顯示生產(chǎn)進度，產(chǎn)生生產(chǎn)報表以便管理人員及時掌握現(xiàn)場狀況，及時做出調(diào)整。一級下位機作為一個數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，完成兩種通信方式的連接和對上下間通信數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理。二級下位機對應(yīng)各個加工工作站，對工作站的加工過程進行控制，并實時采集工作的生產(chǎn)數(shù)據(jù)反饋給上位機。

    隨著電腦的普及，以太網(wǎng)接口成為目前使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)接口，具有接口簡單、通信速度高、傳輸距離遠(yuǎn)、通信協(xié)議完善和工作性能穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程高速數(shù)據(jù)通信[4]。RS485串行總線又有通信距離長、抗干擾能力強[5]等優(yōu)點，在工業(yè)控制系統(tǒng)中，尤其在中小型數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中運用廣泛。利用這兩種總線的控制方式，不僅有效解決了目前市場上服裝吊掛系統(tǒng)通信不穩(wěn)定、總控設(shè)備和控制設(shè)備存在數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，而且整個系統(tǒng)的線路連接更加簡潔方便，利用交換機就可以實現(xiàn)對多條流水線的集中控制，擴展性增強，整體的成本也不高。
2 上位機軟件設(shè)計
    從系統(tǒng)的總架構(gòu)圖看到，系統(tǒng)由上位機和下位機(包括一級下位機和二級下位機)組成。上位機對下位機上傳的數(shù)據(jù)進行分析、保存和顯示，下位機實時采集數(shù)據(jù)，上傳給上位機并接收上位機指令完成相應(yīng)動作。
    上位機軟件主要由通信模塊、人機交互界面模塊、數(shù)據(jù)庫模塊等組成，其結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。

2.1 通信模塊設(shè)計
2.1.1 數(shù)據(jù)包格式
    上位機與每個工作站的通信其實并不是直接“點對點”式進行，而是通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備這一媒介進行數(shù)據(jù)交互的。上位機與數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備之間的通信數(shù)據(jù)包含了所有的制衣工位信息、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備對整體數(shù)據(jù)的拆解和工位數(shù)據(jù)的收集等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。為保證整個通信可靠高效，數(shù)據(jù)包格式必須規(guī)劃布置合理，其數(shù)據(jù)包格式如圖3所示。

    數(shù)據(jù)包總體格式為：公共數(shù)據(jù)+工位數(shù)據(jù)，公共數(shù)據(jù)部分是上位機下發(fā)給每個工作站的統(tǒng)一調(diào)度信息或各個工作站上傳的共有信息。 因每個工位做的工序不一樣，執(zhí)行功能不同，每個時刻執(zhí)行的動作也不一樣，所以將每個工位的數(shù)據(jù)分開，以工位數(shù)據(jù)的頭部作為地址。這種數(shù)據(jù)格式布局全面地涵蓋交互信息，利于拆解分析數(shù)據(jù)且有效地控制了數(shù)據(jù)包的大小。
2.1.2 功能命令
    整個制衣加工過程的順利進行：上位機要設(shè)置制衣工作站的類型，即確立工作站做具體的某一道工序；合理控制工位的工作狀態(tài)，衣料的分發(fā)要根據(jù)員工的上線、離線及時地調(diào)整；實時廣播給每個工位下個動作的指令，保證衣料按照制定的加工方案調(diào)度；實時地將每個工位的生產(chǎn)情況發(fā)送給每個工位，督促員工的生產(chǎn)。每個工位根據(jù)生產(chǎn)情況，可以向上位機發(fā)送請求，以控制自己的生產(chǎn)；每個工位完成上位機下發(fā)的指令動作后需及時回復(fù)給上位機，以便上位機對其下一個任務(wù)安排。上位機和工作站信息交互的命令種類如表1所示。

2.1.3 通信模塊程序?qū)崿F(xiàn)
    在整個制衣加工過程中，各個工位的操作并不是同步進行，各個工位的數(shù)據(jù)量不一樣，為了實時監(jiān)控每個工位的生產(chǎn)情況，系統(tǒng)上位機和工位間需頻繁進行數(shù)據(jù)交互，則對后臺數(shù)據(jù)庫操作會很頻繁。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)大致可以分成兩類，一類數(shù)據(jù)需要頻繁更新，例如當(dāng)前工位存有的衣數(shù)、當(dāng)前的產(chǎn)量等；一類數(shù)據(jù)在較長一段時間固定不變，例如各個款式的備用加工方案。 所以對后臺數(shù)據(jù)庫頻繁操作的數(shù)據(jù)表相對比較固定。基于這種考慮，將通信部分從上位機管理終端中分離獨立開來，通信部分專門處理與工位的交互信息，操作后臺數(shù)據(jù)庫。管理終端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)查詢，呈現(xiàn)結(jié)果給用戶，兩者相輔相成，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強。
    基于Delphi在數(shù)據(jù)庫操作方面的強大優(yōu)勢[6]，通信模塊使用Delphi技術(shù)實現(xiàn)。對通信模塊來說，對收到的數(shù)據(jù)要做兩個工作，一是對接收到的每個生產(chǎn)工位動作命令及數(shù)據(jù)進行處理，將生產(chǎn)工位的相關(guān)數(shù)據(jù)同步到數(shù)據(jù)庫；二是響應(yīng)工位的上傳請求或?qū)の贿M行操作，下發(fā)指令給每個生產(chǎn)工位。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信在Delphi7中可以利用TcpClient控件比較方便地實現(xiàn)。處理程序的偽代碼如下：
    procedure TFormComm.TcpCommReceive( )
    {
        HandleRevData( )//處理所有工位信息進行
        {
            While(…)
            {
            HandleAveStData( );//處理每個工位數(shù)據(jù)
            }
        }
        SendtoAllStData( ) //發(fā)送應(yīng)答信息
        {
            While(…)
            {
                SendWhatdatatoAveSation ( );
            }
        }
    }
    在主界面上通過點擊“開始”按鈕，啟動通信模塊，進行數(shù)據(jù)交互。
2.2 人機交互界面模塊設(shè)計
    本上位機界面是在Visual Studio 2005.NET編程環(huán)境中使用C#語言編程完成。C#語言是Microsoft專門為其推出.NET平臺“量身定做”的一種新型的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，它吸收了Java的許多優(yōu)點，既具有VB的簡單易用性，又具有C++的靈活和功能強大的特點，而且克服了運用C/C++進行項目開發(fā)時難度大和周期長的缺點。在.NET平臺上運用C#可以很便捷地進行企業(yè)大型應(yīng)用的開發(fā)，特別是分布式應(yīng)用[7]。與SQL2000結(jié)合開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，Visual Studio.NET中提供的功能強大的控件和組件，可以輕松地生成非常復(fù)雜的SQL語句，使得對數(shù)據(jù)庫的各種操作和數(shù)據(jù)的展現(xiàn)更加方便。
2.2.1 功能設(shè)計
    上位機界面的功能是制定服裝加工方案、分配工序工位、對生產(chǎn)進行智能調(diào)度、實時監(jiān)控整個生產(chǎn)過程并呈現(xiàn)各個工位的生產(chǎn)狀態(tài)，及時提供生產(chǎn)報表、每個員工詳細(xì)薪資報表及生產(chǎn)分析圖等重要信息。界面分為4大模塊，具體功能模塊如圖4所示。

    其中工作工位實況、生產(chǎn)平衡信息和在生產(chǎn)服裝信息三部分內(nèi)容是生產(chǎn)過程中管理者最需要及時了解的信息，所以將這三個模塊布置在同一個界面，并作為軟件啟動后的默認(rèn)主界面，友好性強。服裝款式管理和服裝加工方案設(shè)計這兩個模塊具有“父子”關(guān)系，每一款服裝都有對應(yīng)的一種或幾種服裝加工方案，在服裝款式管理模塊點擊一種款式即可進入相應(yīng)的方案設(shè)計模塊。
2.2.2 主界面設(shè)計及界面組織
    由系統(tǒng)功能圖可以看出，整個上位機交互界面的層次性很強，功能模塊較多，而且某些模塊除自己獨立成塊以外還是其他一些模塊的子模塊。為了增強控件的通用性和重用性，筆者按功能根據(jù)VS2005工具箱中的控件并利用.NET程序集創(chuàng)建相應(yīng)的用戶控件，在主界面對應(yīng)的功能調(diào)用用戶控件。
    主界面左面的窗格為系統(tǒng)功能樹，可依次展開，大致功能分布一目了然，利于用戶宏觀把握系統(tǒng)整個功能。右邊區(qū)域顯示各個功能的具體內(nèi)容，在功能樹中雙擊某一功能模塊對應(yīng)的樹節(jié)點，右邊區(qū)域就把對應(yīng)模塊的用戶界面添加進來，實現(xiàn)代碼如下：
    sContainer.Panel2.Controls.Add( 用戶空件名 )；
2.3 數(shù)據(jù)庫模塊設(shè)計
    服裝吊掛生產(chǎn)管理系統(tǒng)大致包含服裝款式、員工、生產(chǎn)工位、加工方案和產(chǎn)量五類數(shù)據(jù)。服裝款式是系統(tǒng)生產(chǎn)的對象，是數(shù)據(jù)庫組織的核心。它們之間的關(guān)系如圖5所示，每個款式制定在線加工方案，立即投入生產(chǎn)，制定備用加工方案，以備生產(chǎn)調(diào)整，根據(jù)加工方案分配人員和工位。

    .NET提供的數(shù)據(jù)庫訪問組件ADO.NET功能非常強大，與DataSet類對象配合，可以映射出一個完整的數(shù)據(jù)庫。同時.NET還提供了功能強大的列表控件類DataGridView類，給類數(shù)據(jù)庫管理的可視化編程帶來了極大的方便[8]。
    數(shù)據(jù)庫訪問的代碼實現(xiàn)：由于系統(tǒng)在運行時需要頻繁訪問數(shù)據(jù)庫，因此將數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)訪問部分的代碼封裝成通用的數(shù)據(jù)庫訪問類，以便實現(xiàn)復(fù)用。數(shù)據(jù)庫訪問類CDataHandle的偽代碼為：
    public class CDataHandle
    {
        private System.Data.SqlClient.SqlConnection connection;
//連接數(shù)據(jù)庫
        private System.Data.SqlClient.aAdapter adapter;
//用于填充和更新數(shù)據(jù)集
        private System.Data.SqlClient.SqlCommand selectCmd;
        private System.Data.SqlClient.SqlCommand insertCmd ;
        private System.Data.SqlClient.SqlCommand updateCmd ;
        private System.Data.SqlClient.SqlCommand deleteCmd ;
        …
        public DataTable Select (String sqText ,DataSet ds ,
String tableName)
        {
            try
            {
                this.selectCmd.CommandText = sqlText;
                this .selectCmd.Connection=this .connection;
                this.connection .Open( );
                if(ds.Table[tableName]==null)
                ds.Table.Add(tableName);
                this.adapter.Fill(ds.tableName);
                this.connection.Close( );
            }
            Catch(Exception ex)
            {
                this.connection.Close( );
                MessageBox.Show(ex.Message);
            }
            return ds.Tables[tableName];
        }
        …
        Public void Insert(string sqlText, DataSet ds,
String tableName){…};
        Public void Delete(string sqlText, DataSet ds,
String tableName){…};
        Public void Update(string sqlText, DataSet ds,
String tableName){…};
    }
    該類對ADO. NET進行了封裝，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的查詢、插入、刪除、更新等數(shù)據(jù)庫操作，引用起來非常方便。
3 上位機軟件實現(xiàn)的關(guān)鍵點分析
3.1 數(shù)據(jù)的一致性

    管理人員在前臺界面上操作，可能會使得后臺數(shù)據(jù)庫對多個表的數(shù)據(jù)進行Update、Insert或Delete的情形。如果前面的表數(shù)據(jù)已經(jīng)更新成功而后面的表卻更新失敗，這時就會出現(xiàn)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)不一致的問題。
    上位機界面中使用.NET中數(shù)據(jù)操作的事務(wù)處理對象SqlTransaction來解決此問題。建立事務(wù)對象與sql命令對象綁定，由sql命令對象來負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)操作的提交或回滾，這樣就可以達(dá)到保證數(shù)據(jù)一致性的目的。
3.2 跨線程訪問控件
    在多線程編程中，經(jīng)常要在工作線程中去更新界面顯示，而在多線程中直接調(diào)用界面控件的做法是錯誤的，一般采用Invoke和BeginLnvoke解決這個問題。它們的參數(shù)為委托delegate，委托的方法在Control的線程上執(zhí)行，也就是平時所說的UI線程，以此來實現(xiàn)跨線程操作。Invoke在擁有此控件的基礎(chǔ)窗口句柄的線程上執(zhí)行指定的委托，而BeginInvoke是在創(chuàng)建控件的基礎(chǔ)句柄所在線程上異步執(zhí)行指定委托，本系統(tǒng)主要采用Invoke方法。
    本研究設(shè)計的基于以太網(wǎng)和RS485總線的服裝吊掛生產(chǎn)控制系統(tǒng)將兩種通信方式混合集成使用達(dá)到了理想的效果，該系統(tǒng)已投入市場，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、操作簡單方便，用戶十分滿意。本上位機軟件操作方便，界面簡潔。通信模塊獨立于界面的設(shè)計，不僅增強了軟件的結(jié)構(gòu)性，而且對多線程的操作要求降低。本文對于工業(yè)控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理類軟件的編寫也具有一定借鑒意義。
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