隨著計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了革命性的變化，柔性制造系統(tǒng)(FMS)已在國外得到較廣泛應(yīng)用。但對目前我國的大多數(shù)企業(yè)來說，高度柔性化的制造系統(tǒng)仍是一個難以承受的負(fù)擔(dān)，在一些生產(chǎn)量大的電器行業(yè)，如:電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)器等，以人工裝配為主、生產(chǎn)工位多的生產(chǎn)流水線形式仍占主要地位。
　　由于缺乏信息監(jiān)測手段，此類生產(chǎn)系統(tǒng)會出現(xiàn)種種問題：工位負(fù)荷缺乏定量關(guān)系，無法隨生產(chǎn)目標(biāo)、生產(chǎn)條件的改變均衡生產(chǎn);沒有生產(chǎn)監(jiān)視信息，故障事件得不到及時處理;物流流動缺乏指導(dǎo)，工位連接不暢導(dǎo)致阻塞和缺料事件。
　　條形碼(以下簡稱條碼)技術(shù)由于其輸入速度快、準(zhǔn)確度高、成本低、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。我們開發(fā)的基于條碼技術(shù)的車間監(jiān)控管理系統(tǒng)是這種自動識別技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，其目的是為了監(jiān)控某復(fù)印機(jī)廠裝配流水線的生產(chǎn)狀況。載有各種生產(chǎn)信息的條碼或貼在部件和成品上，或放于相應(yīng)工位上，流水線出入口配有自動條碼掃描器，各工位上則配有手動條碼掃描器，這些條碼掃描器通過條碼掃描網(wǎng)絡(luò)儀連接到車間監(jiān)控計算機(jī)上。實(shí)際運(yùn)行時，自動或手工掃描器將條碼信息送入車間監(jiān)控計算機(jī)上，在其上運(yùn)行的監(jiān)控軟件可以動態(tài)地模擬整個車間所有流水線的實(shí)時動作。一旦發(fā)現(xiàn)各個工位的故障及警報信息，及時通知值班人員，值班人員可以通過該系統(tǒng)查詢故障及報警信息，并根據(jù)該系統(tǒng)提供的參考處理辦法調(diào)度維修人員進(jìn)行搶修。
1 系統(tǒng)的硬件及軟件結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　本系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)上分為兩大部分：(1)數(shù)據(jù)采集模塊：將條碼信息轉(zhuǎn)換為控制信號；(2)監(jiān)控模塊：對生產(chǎn)線各種狀態(tài)的動態(tài)顯示和生產(chǎn)調(diào)度。軟件操作系統(tǒng)采用Windows95，由于數(shù)據(jù)采集模塊涉及低層硬件操作，用C++比較合適，而監(jiān)控模塊兼顧動畫和數(shù)據(jù)庫操作，我們采用了VB4.0。數(shù)據(jù)采集模塊和監(jiān)控模塊進(jìn)程之間條碼信息的交換采用Windows系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　基于上述系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)，要將條碼信息轉(zhuǎn)換成反映生產(chǎn)線現(xiàn)狀的控制信號，我們必須完成三方面工作：(1)生產(chǎn)信息分析及編碼；(2)使用RS－232串口進(jìn)行信息采集；(3)使用DDE實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊與監(jiān)控模塊的通訊。本文給出以上三方面功能的實(shí)現(xiàn)。
2 生產(chǎn)信息分析及編碼
　　車間監(jiān)控系統(tǒng)要用現(xiàn)代化的管理手段, 在生產(chǎn)過程中，最合理地安排好生產(chǎn)流程，及時發(fā)現(xiàn)并排除故障，使各生產(chǎn)工序處于最理想的正常工作狀態(tài)。為此，所需的生產(chǎn)信息基本上可分為以下幾個方面：
　　工件監(jiān)視
　　工件(指裝配線上的部件或成品)的情況，包括當(dāng)前位置、裝配狀態(tài)、裝配時間、關(guān)鍵測試數(shù)據(jù)。
　　操作工監(jiān)視
　　包括操作工崗位、工作狀態(tài)、技術(shù)水平及突發(fā)請求等的監(jiān)視。
　　生產(chǎn)過程監(jiān)視
　　包括流水線開工/停工，生產(chǎn)系統(tǒng)物流狀態(tài)，各生產(chǎn)單元完成工件的品種及數(shù)量，各工位實(shí)際勞動負(fù)荷等。
　　故障監(jiān)視
　　包括直接故障及間接故障。直接故障是指明確包括故障源的故障信息，如設(shè)備故障、零件不足等；間接故障指未知故障源引發(fā)的系統(tǒng)級故障，如系統(tǒng)生產(chǎn)率明顯低于額定生產(chǎn)率等。
　　關(guān)鍵工位監(jiān)視
　　包括對直接影響整個生產(chǎn)系統(tǒng)流程的重要工位各種數(shù)據(jù)的監(jiān)視。主要有生產(chǎn)勞動負(fù)荷相對飽和的工位、生產(chǎn)限制條件多的工位(如零件品種多，供應(yīng)源多，輔助設(shè)備多等)、技術(shù)工藝要求高的工位等等。
　　基于以上生產(chǎn)信息的分析，監(jiān)控管理系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)對跟蹤、監(jiān)測對象的自動識別。目前最好的辦法就是采用條碼自動識別技術(shù)。工業(yè)上最常采用的是39碼，本系統(tǒng)也采用這一碼制。用39碼制設(shè)計以上生產(chǎn)信息所需的條碼如下：
　　· 工件標(biāo)簽條碼：每個成品或重要部件上都貼有條碼，是其身份的標(biāo)識。
　　· 考勤條碼：載有該工位上操作工的信息。
　　· 操作狀態(tài)條碼：載有裝配開始/結(jié)束信息，用于工位操作狀態(tài)的監(jiān)視。
　　· 設(shè)備故障/故障排除條碼：用于監(jiān)測設(shè)備故障。
　　· 異常報警條碼：用于表示除設(shè)備故障外的各種故障信息。
　　·流水線狀態(tài)條碼：載有流水線開工和停止生產(chǎn)等信息。
　　· 撤銷輸入條碼：表示撤銷前一次的條碼輸入，用于工位數(shù)據(jù)輸入的容錯。
　　條碼實(shí)例：
　　
3 數(shù)據(jù)采集模塊的RS－232串口通訊
　　本監(jiān)控系統(tǒng)中條碼信息經(jīng)過條碼掃描器送到車間監(jiān)控計算機(jī)的串口COM2上(COM1被鼠標(biāo)占用)。所以條碼信息的實(shí)時采集就是串口數(shù)據(jù)實(shí)時采集。 Windows95平臺下串口通訊的實(shí)現(xiàn)有以下三種方法：
　　(1) 定時采集方式。設(shè)置一個定時器，每隔一段時間產(chǎn)生一個WM_TIMER消息，該消息的相應(yīng)函數(shù)讀取串口緩沖器中的數(shù)據(jù)。這種方法實(shí)現(xiàn)簡單，但有以下幾個缺點(diǎn)：一是受Windows計時器數(shù)據(jù)分辨率的限制，最高采樣頻率為18.2Hz。另外WM_TIMER消息在Windows消息隊列中優(yōu)先權(quán)低，可能得不到及時響應(yīng)。最重要的一點(diǎn)是Windows會將消息隊列中沒有來得及處理的幾個WM _TIMER消息合并成一個，這意味著前幾次定時器消息沒有得到響應(yīng)，因而可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。
　　(2)在Win95操作平臺下，利用其支持多線程的特點(diǎn)，開辟一個線程專門讀取串口數(shù)據(jù)。每當(dāng)串口有數(shù)據(jù)到來時，此線程被激活，讀取串口緩沖器中的數(shù)據(jù)；無數(shù)據(jù)時，該線程被掛起。盡管可以設(shè)置線程的優(yōu)先級，這種采集方式仍稱不上實(shí)時通訊。
　　(3) 保護(hù)模式下的中斷方式。Windows支持一種特殊的DOS服務(wù)，稱為DOS保護(hù)模式接口DPMI(DOS Protected Mode Interface)，由一些INT 2FH和INT 31H組成。可以用軟中斷INT 31H掛住保護(hù)模式中斷向量，以中斷方式處理外部實(shí)時事件。這種方式對數(shù)據(jù)量不太大但需要準(zhǔn)確及時響應(yīng)的條碼信息采集很適用，因此，我們采用這種方式。具體實(shí)現(xiàn)方案如下：
　　信息采集模塊主窗口第一次被創(chuàng)建時，Windows向它傳遞WM_CREATE消息，在該消息響應(yīng)函數(shù)中調(diào)用INT 31H的0204H功能將老的中斷向量保存起來，用INT 31H的0205H號功能將中斷向量指向新的中斷服務(wù)例程;監(jiān)控管理模塊退出時，Windows將向它傳遞WM_DESTROY消息,在該消息響應(yīng)函數(shù)中調(diào)用INT 31H的0205H功能恢復(fù)老的中斷服務(wù)例程。以上步驟在VC++1.52集成開發(fā)環(huán)境中，采用嵌入?yún)R編方式加以實(shí)現(xiàn)。主要包括以下幾個函數(shù):
　　· 初始化串口2(VOID PASCAL InitCom2())
　　保存COM2的當(dāng)前狀態(tài)，然后把COM2的波特率設(shè)置為9600，每個字符8bits，1個停止位。允許0xoc號中斷。
　　· 中斷初始化(BOOL PASCAL InitComm())
　　調(diào)用DMPI，保存舊的0CH號保護(hù)模式中斷向量，設(shè)置新的保護(hù)模式中斷服務(wù)例程。
　　· 中斷服務(wù)例程(void __interrupt __far new_int())
　　處理信息的接收。判斷信息類型。如是異常信息，就向主窗口發(fā)送一自定義WM_INTERRUPT1消息；如是一般信息，則發(fā)送一WM_INTERRUPT2消息。
　　· 中斷恢復(fù) (VOID PASCAL Restore_Comm())
　　恢復(fù)COM2狀態(tài)，恢復(fù)0CH保護(hù)模式向量。
　　每當(dāng)串口有條碼信息到來，0CH中斷將發(fā)生，保證消息得到及時處理，因而實(shí)現(xiàn)了條碼信息的實(shí)時采集。
4 數(shù)據(jù)采集模塊與監(jiān)控模塊之間DDE的實(shí)現(xiàn)
　　數(shù)據(jù)采集模塊采用中斷方式實(shí)時采集串口COM2的條碼信息的同時，還需將所采集的數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)控模塊。這兩者之間的信息交換采用Windows系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)來實(shí)現(xiàn)。
4.1 動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)
　　動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)是一種進(jìn)程之間的通信形式，而DDE會話則是實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信的手段，它總是在一個客戶程序和一個服務(wù)器程序之間進(jìn)行的。啟動會話并要求接收數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序是客戶程序。響應(yīng)客戶程序的要求并提供數(shù)據(jù)的程序是服務(wù)器程序。
　　在早期的Windows版本中，DDE會話是通過進(jìn)程之間互相發(fā)送消息的形式來實(shí)現(xiàn)的，DDE協(xié)議就是一組預(yù)定義的消息，被發(fā)送的數(shù)據(jù)包含在消息的兩個參數(shù)(wParam和lParam)中。
　　在Windows3.0以后的版本中，采用了一種先進(jìn)的DDE方案，即動態(tài)數(shù)據(jù)交換管理庫(DDEML)，DDEML提供了一系列API，將傳統(tǒng)的DDE消息及附屬的各種特征封裝在一個函數(shù)調(diào)用接口中，應(yīng)用程序通過調(diào)用DDEML中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)DDE會話，從而交換數(shù)據(jù)或互相提供服務(wù)。在DDEML中，進(jìn)程之間傳遞的是事務(wù)(事務(wù)是對數(shù)據(jù)和服務(wù)的請求，表現(xiàn)為一組預(yù)定義的常量)，整個通訊過程都是圍繞著事務(wù)進(jìn)行的：首先，客戶程序向服務(wù)器程序發(fā)出建立聯(lián)接的事務(wù)，服務(wù)器響應(yīng)之后，聯(lián)接便建立起來；之后，客戶向服務(wù)器發(fā)出請求數(shù)據(jù)的事務(wù)，服務(wù)器便向客戶提供所需的數(shù)據(jù)，這一過程可以在建立聯(lián)接之后多次進(jìn)行；最后，當(dāng)客戶不再需要數(shù)據(jù)時，便向服務(wù)器發(fā)出終止聯(lián)接的事務(wù)，從而結(jié)束一次DDEML會話過程。
4.2 DDE服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)(工具為VC++1.52)
　　DDE會話有三種方式，冷鏈、溫鏈、熱鏈。由于采集的數(shù)據(jù)要及時得到監(jiān)控程序的處理，我們就采用了熱鏈方式來傳送數(shù)據(jù)，即只要一有數(shù)據(jù)到來，采集服務(wù)器就立即把此數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控程序。
　　下面我們應(yīng)用DDEML機(jī)制來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸編程。其步驟如下：
　　步驟1.創(chuàng)建用于處理各類DDEML事務(wù)的回調(diào)函數(shù)(HDDEDATA EXPENTRY_export DdeCallBack(WORD wType，WORD wFmt，HCONV hConv，HSZ hsz1，HSZ hsz2，HDDEDATA hData，DWORD lData1，DWORD lData2))
　　在DDEML中，進(jìn)程之間傳遞的是事務(wù)，根據(jù)實(shí)際的需要，回調(diào)函數(shù)應(yīng)處理的事務(wù)如下：
　　·XTYP_CONNECT及XTYP_CONNECT_CONFIRM
　　證實(shí)客戶是否已連接到了采集服務(wù)器。
　　·XTYP_ADSTART
　　回復(fù)客戶熱鏈開始的申請。
　　·XTYP_ADVREQ
　　當(dāng)采集服務(wù)器一接收到信息時，就向客戶傳遞此信息，實(shí)現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)交換。
　　·XTYP_ADVSTOP
　　回復(fù)客戶熱鏈結(jié)束的申請。
　　·XTYP_DISCONNECT
　　回復(fù)客戶和服務(wù)器之間鏈接結(jié)束的申請。
　　步驟2.初始化DDEML (BOOL PASCAL InitializeDDEML(HWND hWnd))通知DDEML該程序?qū)㈤_始使用DDE機(jī)制。
　　步驟3.登記服務(wù)名、主題名和項目名 (BOOL PASCAL InitializeDDEML(HWND hWnd))
　　這涉及到WINDOWS的三級服務(wù)名稱管理體系。它們是；服務(wù)名(Server Name)、主題名(Topic Name)、項目名(Item Name)。首先，一個應(yīng)用程序作為服務(wù)器必須有一個服務(wù)名，當(dāng)客戶應(yīng)用程序希望和該服務(wù)器會話時，就在發(fā)出鏈接事務(wù)時指定這個服務(wù)器，從而識別出該服務(wù)器；主題名是指一個服務(wù)器所支持的各類會話主題的名稱，在一次會話期間，客戶程序只能和服務(wù)器就某一主題進(jìn)行會話，客戶在發(fā)出鏈接事務(wù)時指定所關(guān)心的會話主題；項目名是關(guān)于一個主題的各類數(shù)據(jù)項的名稱，在鏈接建立以后，客戶可以請求不同項目的數(shù)據(jù)，但都只能是屬于當(dāng)前主題范圍之內(nèi)。一個服務(wù)器可以決定自己所能支持的主題以及每個主題所擁有的各個項目。因此，服務(wù)名使客戶以找到服務(wù)器，主題名和項目名則合起來標(biāo)識客戶所需要的數(shù)據(jù)。
　　在這里，服務(wù)名為Server，主題名為TiaoMa，項目名則有兩個，一個名為BaoJing，專門傳送異常信息；另一個名為RuKu，專門傳送一般信息。
　　步驟4.結(jié)束DDEML使用(BOOL PASCAL CleanUpDDEML(HWND hWnd))
　　當(dāng)客戶已不再需要服務(wù)器的數(shù)據(jù)時，服務(wù)器需要被撤銷。
4.3 DDE客戶的實(shí)現(xiàn)(工具為VB4.0)
　　Microsoft公司的Visual Basic號稱Windows程序開發(fā)的快槍手，用它來開發(fā)Windows程序十分方便。我們在VB4.0下開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)的多媒體和數(shù)據(jù)庫操作部分。因此，需要在VB下創(chuàng)建DDE客戶程序。具體編程內(nèi)容如下:
　　(1) 確定服務(wù)名、主題名和項目名。在Startup Form(假設(shè)為Form1)中放入兩個文本框(假設(shè)為Text1,Text2)，然后在文本框上單擊右鍵，在彈出菜單中選擇Properties(屬性)，在彈出的屬性對話框中將Text1和Text2的LinkTopic都設(shè)置為“Server｜TiaoMa”，LinkMode為“0”;Text1的LinkItem設(shè)置為“RuKu ”， Text2的LinkItem設(shè)置為“BaoJing ”，或者可以在Sub Form1_Load()中加入下列幾行:
　　Form1.Text1.LinkTopic＝″server｜TiaoMa″
　　Form1.Text1.LinkItem＝″RuKu″
　　Form1.Text2.LinkTopic＝″server｜TiaoMa″
　　Form1.Text2.LinkItem＝″BaoJing″
　　(2) 建立聯(lián)接.在主控程序中，用VB的Shell( )函數(shù)啟動采集服務(wù)器(同時也是DDE服務(wù)器)開始采集數(shù)據(jù)，然后加入下列語句:
　　Form1.Text1.LinkMode＝1
　　Form1.Text2.LinkMode＝1
　　(3) 拆除聯(lián)接.在Sub Form1_Unload( )中加入下列語句：
　　Form1.Text1.LinkMode＝0
　　Form1.Text2.LinkMode＝0
　　此時DDE客戶程序向DDE服務(wù)器發(fā)出終止鏈接的事務(wù)，結(jié)束一次DDEML會話過程。
　　DDE的實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

　　本系統(tǒng)采用了條碼自動識別技術(shù)，使車間生產(chǎn)線上的各種信息可以快速準(zhǔn)確地傳遞到監(jiān)控管理系統(tǒng)，以便系統(tǒng)及時地作出各種反應(yīng)，提高了工廠生產(chǎn)效率。
　　在開發(fā)過程中，解決了Windows操作環(huán)境中數(shù)據(jù)實(shí)時采集的技術(shù)難題。同時，DDE不失為Windows下進(jìn)程間交換信息的好辦法。Visual Basic這個Windows應(yīng)用快速開發(fā)工具有不少優(yōu)點(diǎn)，用它來開發(fā)多媒體動畫、數(shù)據(jù)庫查詢等程序非常方便，但它作為一種解釋執(zhí)行語言，要將它用在工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)中，我們不得不慎重考慮它的運(yùn)行速度可能帶來的影響，需要采取妥善的辦法加以克服。

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