引言

相較傳統儀表，無(wú)線(xiàn)儀表在通信靈活性、測量實(shí)時(shí)性、使用便捷性等方面都具有優(yōu)勢。 在消費領(lǐng)域，具有遠程抄表功能的無(wú)線(xiàn)儀表已走入千家萬(wàn)戶(hù)［１－３］；在業(yè)務(wù)領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)儀表的應用優(yōu)勢同樣明顯，以壓力變送器為例，現有的油井壓力動(dòng)態(tài)測量多采用關(guān)井測量［４］、滑架測量［５］ 等方式，不但依賴(lài)現場(chǎng)人員和基礎設施，而且數據多為存儲回放，實(shí)時(shí)性較差。引入無(wú)線(xiàn)壓力變送器和通信網(wǎng)絡(luò )后，可以實(shí)時(shí)監控油井壓力狀況，快速識別生產(chǎn)問(wèn)題，從而降低現場(chǎng)安全風(fēng)險［６］。

 

作為一款新興產(chǎn)品，無(wú)線(xiàn)壓力變送器在結構與工藝上和傳統有線(xiàn)變送器有一定差異，因此，生產(chǎn)測試方法需要相應變化。 此產(chǎn)品起初是大型企業(yè)用戶(hù)的定制產(chǎn)品，其生產(chǎn)測試環(huán)節均是定制化的，需要投入較多人力成本和時(shí)間成本；如今，產(chǎn)品在石油、電力、水利等行業(yè)的應用范圍不斷增加，市場(chǎng)規模逐年擴大，要同時(shí)兼顧產(chǎn)能和良率，實(shí)行標準化、集群化、并行化的測試方式必不可少［７］。

 

為提升無(wú)線(xiàn)壓力變送器在車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)上的測試效率，整理了相關(guān)預備知識，shou先搭建了產(chǎn)品測試環(huán)節需要的通信拓撲結構，然后對傳統的視圖模型軟件架構進(jìn)行改良，形成了一套基于多視圖模型（Ｍｕｌｔｉ－Ｖｉｅｗ－Ｍｏｄｅｌ）的快速開(kāi)發(fā)模式，#后采用該模式開(kāi)發(fā)了一套生產(chǎn)測試系統，進(jìn)行了應用驗證，證明了測試系統的便捷性、可用性和高效性。

 

１ 系統概述

生產(chǎn)測試系統是一個(gè)包含用戶(hù)驗證、遠程監控、現場(chǎng)調試、自動(dòng)測試等子功能的多功能軟件，對管理人員、研發(fā)人員和操作人員提供了不同的軟件支持，有助于簡(jiǎn)化工作流程，助力無(wú)線(xiàn)壓力變送器的標準化生產(chǎn)，下面對系統研究對象、架構方法、環(huán)境依賴(lài)三個(gè)方面進(jìn)行介紹。

 

１. １ 無(wú)線(xiàn)壓力變送器

無(wú)線(xiàn)壓力變送器是一種智能儀表設備，在傳統壓力變送器的基礎上添加了無(wú)線(xiàn)通信模塊，采用電池供電，從而保證用戶(hù)現場(chǎng)的長(cháng)期使用。

 

研究對象為SC-G08系列高精度無(wú)線(xiàn)智能變送器（０. ０5％ＦＳ），是一種高性能無(wú)線(xiàn)壓力變送器，使用高靈敏度單晶硅復合傳感器和多參數補償算法，可選擇 ＺｉｇＢｅｅ、ＬｏＲａ、ＮＢ－ＩｏＴ、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ 和 ＷＩＡ－ＰＡ 等通信方式，支持星型、樹(shù)型和 Ｍｅｓｈ 等組網(wǎng)方案［８］。

 

１. ２ 視圖模型架構

視圖模型（ＭＶＶＭ，Ｍｏｄｅｌ－Ｖｉｅｗ－ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ） 是一種先金的軟件構建模式，#早由 Ｊｏｈｎ Ｇｏｓｓｍａｎ 提出［９］。 與 ＭＶＣ架構［１０］和 ＭＶＰ 架構［１１］ 相比，ＭＶＶＭ 架構在軟件功能的前后端分離上更具優(yōu)勢（見(jiàn)圖 １），因此，在業(yè)界已有較為廣泛的框架應用研究與框架變體研究，如 ＷＰＦ 桌面應用開(kāi)發(fā)，Ｓｉｌｖｅｒｌｉｇｈｔ 網(wǎng)絡(luò )應用開(kāi)發(fā)，以及基于 ＭＶＶＭ 模式的架構變體ＺＫ、Ｖｕｅ 和 Ｋｎｏｃｋｏｕｔ 等［１２］。

從圖 １ 不難看出，三種架構可概括為 ＭＶＢ，即模型（Ｍｏｄｅｌ）、 視 圖 （ Ｖｉｅｗ ） 以 及 視 圖 與 模 型 間 的 橋 接 器（Ｂｒｉｄｇｅ）。 觀(guān)察從 ＭＶＣ 到 ＭＶＶＭ 架構 Ｂｒｉｄｇｅ 的迭代，可進(jìn)一步明確 ＭＶＶＭ 的優(yōu)勢：

（１）操作解耦：與 ＭＶＣ 相較，ＭＶＶＭ 引入了命令綁定器（Ｃｏｍｍａｎｄ Ｂｉｎｄｅｒ）來(lái)替代事件觸發(fā)，避免了 Ｖｉｅｗ 對 Ｍｏｄｅｌ的直接操作；

（２）數據解耦：與 ＭＶＰ 相較，ＭＶＶＭ 引入了數據綁定器（Ｄａｔａ Ｂｉｎｄｅｒ）來(lái)分離 ＧＵＩ 代碼，使得軟件前端完全由數據驅動(dòng)，減少了接口開(kāi)發(fā)工作；

（３）開(kāi)發(fā)解耦：與 ＭＶＣ、ＭＶＰ 相較，ＭＶＶＭ 模式中上層元件對下層元件不可見(jiàn)，ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層對 Ｖｉｅｗ 層、Ｍｏｄｅｌ 層對 ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層的引用不是必須的，因此，可實(shí)現多人協(xié)作、分層開(kāi)發(fā)。

 

由于 ＭＶＶＭ 架構多用于單個(gè)軟件的設計實(shí)現，為實(shí)現由一到多、由點(diǎn)到面、由軟件到系統的改進(jìn)，提出了一種基于 ＭＶＶＭ 架構的架構變體———多視圖模型（Ｍｕｌｔｉ－Ｖｉｅｗ－Ｍｏｄｅｌ），并將此變體運用到生產(chǎn)測試系統開(kāi)發(fā)中。

 

１. ３ 無(wú)線(xiàn)智慧車(chē)間

在數字化車(chē)間的基礎上，智慧車(chē)間加強了對生產(chǎn)線(xiàn)上流轉數據的利用，不僅能通過(guò) ＭＥＳ 系統、ＥＲＰ 系統及數據庫系統實(shí)現生產(chǎn)流程的自動(dòng)化、數字化，還能通過(guò)工控網(wǎng)絡(luò )和通信技術(shù)實(shí)現信息化、智能化，構建面向生產(chǎn)的智慧系統［１３］。

 

依托重慶四聯(lián)測控技術(shù)有限公司智能壓力變送器制造數字化車(chē)間［１４］，以傳統計算機設備為父節點(diǎn)、以智能產(chǎn)品為子節點(diǎn)構建無(wú)線(xiàn)智慧網(wǎng)絡(luò )，并同時(shí)支持 ＺｉｇＢｅｅ、ＬｏＲａ 等無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)方案，從而兼顧經(jīng)濟性和效率性，與傳統生產(chǎn)線(xiàn)無(wú)縫兼容。

 

２ 系統實(shí)現

本系統的搭建目的是在不同 Ｗｉｎｄｏｗｓ 系統版本的測試、調試和監控終端上實(shí)現對應功能，集成系統授權與用戶(hù)管理，主要包含如下實(shí)現步驟。

２. １ 網(wǎng)絡(luò )構建

測試系統的功能網(wǎng)絡(luò )依托壓力變送器標準生產(chǎn)線(xiàn)，通常包含工控機、氣體壓力控制器、數字萬(wàn)用表等設備，并配備有網(wǎng)絡(luò )環(huán)境與操作人員。

 

通過(guò)對標準生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行少量的軟硬件擴充，即可以較低成本構建適用于無(wú)線(xiàn)壓力變送器的生產(chǎn)測試網(wǎng)絡(luò )。為保證通信安全性和儀表響應速度，在軟件上，本系統采用 Ｃ／ Ｓ 架構，開(kāi)發(fā)環(huán)境為 Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２０１７，框架為．ＮＥＴＦｒａｍｅｗｏｒｋ ４．ｘ，從而實(shí)現在 Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ ／ ７ ／ １０ 操作系統上原生運行。

 

在硬件上，本系統采用無(wú)線(xiàn)通信板卡（ＺｉｇＢｅｅ、ＬｏＲａ 等）與 ＧＰＩＢ 板卡作為工控機的外部通信拓展，分別通過(guò) ＵＳＢ／ＲＳ２３２ 板卡與儀表建立無(wú)線(xiàn)通信、通過(guò) ＧＰＩＢ 板卡與壓力控制器建立有線(xiàn)通信，通過(guò)增加／ 減少拓展接口即可實(shí)現軟件與不同協(xié)議儀表通信功能的變更（圖 ２）。

通過(guò)生產(chǎn)測試網(wǎng)絡(luò )，智慧車(chē)間的測試數據可以經(jīng)由無(wú)線(xiàn)通信中繼節點(diǎn)或移動(dòng)基站上載到服務(wù)器和監控設備，從而幫助決策人員實(shí)現對整個(gè)生產(chǎn)測試環(huán)節的監控與管理。

 

２. ２ 框架設計

ＷＰＦ 和 ＷｉｎＦｏｒｍｓ 是兩種由微軟提供、基于．ＮＥＴ 框架的桌面程序開(kāi)發(fā)框架，是目前工控機桌面開(kāi)發(fā)的主流框架，由于 ＷＰＦ 提供高解析（ＨＤＰＩ）、觸控（ Ｔｏｕｃｈ）等先金特性，以及對 ＭＶＶＭ 設計模式的原生支持，本系統選用 ＷＰＦ 作為軟件開(kāi)發(fā)的主要框架。

 

如 １. ２ 所述，ＭＶＶＭ 設計模式采用三層結構設計，ＷＰＦ框架每部分主要功能和實(shí)現內容如下：

（１）Ｍｏｄｅｌ 層：采用 Ｃ＃進(jìn)行面向對象的底層建模，包含模型類(lèi)、屬性與方法，是 ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層的數據源；

（２） Ｖｉｅｗ 層：采用 ＸＡＭＬ 描述語(yǔ)言進(jìn)行設計，包含窗口、頁(yè)面、控件等，并聲明了前臺所需數據和需執行的命令，不包含實(shí)際數據和命令實(shí)現；

（３）ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層：采用 Ｃ＃編寫(xiě)綁定器（ Ｂｉｎｄｅｒ），其中包含模型對象的實(shí)例化、模型屬性與方法整理、屬性與方法的綁定，是 Ｖｉｅｗ 層的數據源。

 

為便于軟件開(kāi)發(fā)，本系統中還添加一系列資源文件作為 ＭＶＶＭ 模式外部支持，包含：

（１）資源字典（Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ）：采用 ＸＡＭＬ 描述語(yǔ)言編寫(xiě)的前臺資源，包含前臺窗口、頁(yè)面、控件使用的模板（ Ｔｅｍ⁃ｐｌａｔｅ）和主題風(fēng)格（Ｓｔｙｌｅ）；

（２）數值轉換器（Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）：采用 Ｃ＃編寫(xiě)的后臺綁定數據到前臺的轉換器，實(shí)現 ＩＶａｌｕｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒ 接口，從而保證數據傳遞的方向正確與可用；

（３）設置文件（ Ｓｅｔｔｉｎｇ）：采用 ＸＭＬ 語(yǔ)言存儲的程序運行時(shí)可能讀取的配置信息，包含應用程序設置和用戶(hù)設置；

（４）其他（Ｏｔｈｅｒ）：引用集（Ａｓｓｅｍｂｌｙ）、ＮｕＧｅｔ 包、采用的圖片、圖標、字體等其他外部資源。

 

總的來(lái)看，ＭＶＶＭ 設計模式結構簡(jiǎn)潔（圖 ３），各模塊之間邊界清晰可見(jiàn)、分工明確，既適合個(gè)人開(kāi)發(fā)，也適用于團隊協(xié)作。

然而，由于在 ＭＶＶＭ 模式中，每一個(gè)界面都同時(shí)包含Ｍｏｄｅｌ、Ｖｉｅｗ、ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 以及相應的 Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，因此，在如下情形下存在劣勢：

（１）跨界面情形：如果單個(gè)軟件中存在多個(gè)界面，針對每個(gè)界面單好實(shí)行 ＭＶＶＭ 模式會(huì )復用大量代碼，增加不必要的工作時(shí)間；

（２）跨軟件情形：如果單個(gè)系統中存在多個(gè)軟件，針對每個(gè)軟件單好實(shí)行 ＭＶＶＭ 模式不但涉及代碼重用，而且可能引起程序集或 ＮｕＧｅｔ 包管理版本混亂。

 

為保持 ＭＶＶＭ 框架并規避上述劣勢，本系統引入了多視圖模型（Ｍｕｌｔｉ－Ｖｉｅｗ－Ｍｏｄｅｌ）的架構變體，綜合考慮了測試系統所需軟件的各項依賴(lài)，并針對性地制定了構建方案：

（１）資源整合：參照測試工藝流程，提取并編寫(xiě)跨解決方案的資源字典、公共模型和轉換器，以求盡可能多地減少軟件之間的重復代碼（圖 ４）。

 

（２）框架精簡(jiǎn)：對于小型可復用界面（彈窗、對話(huà)框等）和自定義控件，直接將 Ｍｏｄｅｌ 和 ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層放置在 Ｖｉｅｗ層后臺代碼中，同時(shí)實(shí)現 ＤａｔａＣｏｎｔｅｘｔ 功能和 ＩＮｏｔｉｆｙＰｒｏｐｅｒ⁃ｔｙＣｈａｎｇｅｄ 接口，減少文件數和代碼量。

（３）交叉復用：建立 Ｖｉｅｗ 與 ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層之間的多對多關(guān)系（圖 ５），實(shí)現多視圖模型變體，包括：

①單個(gè) Ｖｉｅｗ 層對應兩套并列的 ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層，其中一套用于前端調試（ＶｉｅｗＳｕｐｐｏｒｔ），另一套用于后端調試和實(shí)際運行（ＭｏｄｅｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ），從而實(shí)現項目前后端開(kāi)發(fā)完全隔離，方便多人分組開(kāi)發(fā)；

②單個(gè) ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層對應多個(gè) Ｖｉｅｗ 層，同時(shí)對多個(gè)界面提供后臺數據，實(shí)現對不同應用場(chǎng)景或不同用戶(hù)提供展示不同數據的軟件界面。

 

上述構建方法提高了應用程序的構建效率，進(jìn)而幫助實(shí)現測試系統軟件的快速開(kāi)發(fā)與拓展。

 

２. ３軟件開(kāi)發(fā)

 

在無(wú)線(xiàn)壓力變送器研發(fā)、調試和生產(chǎn)測試環(huán)節中，軟件是操作人員實(shí)現壓力變送器遠程配置、遠程操作的主要媒介。 本項目圍繞建立生產(chǎn)測試系統的目的，進(jìn)行了如下配套軟件的開(kāi)發(fā)：

（１）監控軟件

監控軟件（ＷＴ Ｍｏｎｉｔｏｒ）主要用于壓力變送器上線(xiàn)入網(wǎng)后的設備信息監控與可視化，能幫助用戶(hù)快速獲取儀表運行狀態(tài)與壓力信息，既可以部署在本地（內網(wǎng)環(huán)境），又可以運行在遠程服務(wù)器（公網(wǎng)環(huán)境）。

 

為實(shí)現更好的軟件性能并能提供屏幕觸控功能，WT Mo-nitor基于．ＮＥＴ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ４. ７. ２ 開(kāi)發(fā)，采用異步模型，從而更好地實(shí)現 ＮＢ－ＩｏＴ、５Ｇ、ＺｉｇＢｅｅ、ＬｏＲａ 等無(wú)線(xiàn)儀表的多路并發(fā)要求。

（２）調試／ 標定軟件

調試／ 標定軟件（ＷＴ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）主要用于幫助研發(fā)人員在調試過(guò)程中對單臺無(wú)線(xiàn)壓力變送器進(jìn)行功能檢查，集成了參數解析、儀表描述標定、儀表參數標定等功能。由于變送器的調試與標定依賴(lài)模型一致，但有不同環(huán)境的使用需求，因此，借助交叉復用方法，構建了兩種不同的前臺界面（圖 ７）：

 

①調試軟件：主要用于研發(fā)環(huán)境，提供標定命令構建、自定義命令發(fā)送、儀表信息導入導出等功能，移除了對外部數據庫的依賴(lài)；

②標定軟件：主要用于生產(chǎn)環(huán)境，提供儀表數據可視化、參數標定、數據庫連接等功能，可以實(shí)現儀表的手動(dòng)標定或手動(dòng)加壓測試，移除了部分不適用于生產(chǎn)環(huán)境的功能。盡管在調試／ 標定軟件中可以實(shí)現儀表加壓測試，但依賴(lài)手動(dòng)操作，而且只能進(jìn)行單臺儀表調試／ 標定，因此，在此基礎上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了自動(dòng)測試軟件。

（３）自動(dòng)測試軟件

自動(dòng)測試軟件（ＷＴ Ｔｅｓｔ）是適用于無(wú)線(xiàn)壓力變送器整機測試的工控機軟件，同時(shí)也具備儀表標定、數據庫檢索等功能，實(shí)現了壓力變送器與壓力控制器、服務(wù)器和遠程數據庫的協(xié)同工作。無(wú)線(xiàn)壓力變送器的整機測試主要包含如圖 ８ 所示步驟：

①軟件初始化：檢查外部設備工作是否正常，嘗試在工控機與壓力控制器、服務(wù)器和遠程數據庫之間建立通信連接；

②連接儀表：正確安裝無(wú)線(xiàn)壓力變送器，并嘗試與工控機建立連接，并進(jìn)入標定狀態(tài)。

③自動(dòng)測試：從遠程數據庫讀取有關(guān)信息，并將量程、單位等出廠(chǎng)信息寫(xiě)入儀表，隨后依照工藝流程，對壓力控制器進(jìn)行逐量程多點(diǎn)位施壓、卸壓操作，確保每個(gè)點(diǎn)位誤差、回差均滿(mǎn)足精度要求；

④開(kāi)儀表：測試合格后，切斷儀表與工控機的通信，更改通信間隔時(shí)間，隨后斷電；

⑤結果記錄：將全流程的測試信息與測試結果進(jìn)行記錄，并寫(xiě)入遠程數據庫。

 

如圖 ９ 所示，ＷＴ Ｔｅｓｔ 基于．ＮＥＴ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ４. ０ 開(kāi)發(fā)，并采用標準 Ｉ／ Ｏ 函數庫（ＶＩＳＡ）進(jìn)行讀寫(xiě)，從而在 Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ ／ ７ ／１０ 等系統上取得一致的用戶(hù)體驗。

 

２. ４系統集成

 

項目采用配備好立授權軟件（ＷＴ Ｌｏｇｉｎ）來(lái)實(shí)現內網(wǎng)授權管理，只實(shí)現 Ｗｅｂ ＡＰＩ 驗證功能，實(shí)際軟件在用戶(hù)驗證通過(guò)后再實(shí)例化，用戶(hù)信息和配置文件將作為啟動(dòng)參數傳遞給軟件模型。

 

目前授權軟件僅作為測試系統的集成入口實(shí)現用戶(hù)驗證，后續可匯總不同軟件在工控機上的使用信息，實(shí)現完整的后臺管理系統。

３ 系統驗證

３. １ 環(huán)境配置

下面嘗試將測試系統部署于數字化車(chē)間中，對系統進(jìn)行全功能驗證，主要環(huán)境硬件配置如下間配備的基本外部支持

３. ２生產(chǎn)驗證

 

無(wú)線(xiàn)壓力變送器在定制產(chǎn)品生產(chǎn)的整機手動(dòng)測試過(guò)程中，需要人工手動(dòng)操作壓力控制器逐點(diǎn)計數，單表測試時(shí)長(cháng)在 １５ 分鐘以上。

 

本項目的生產(chǎn)測試系統實(shí)現了信息錄入、自動(dòng)測試和結果記錄的流程自動(dòng)化。 經(jīng)車(chē)間驗證，在采用自動(dòng)測試軟件（圖 １０）后，從儀表連接到測試結束，總時(shí)長(cháng)為 ５ ～ １０ 分鐘，減時(shí)增效達 ３３％ ～６６％，全程wuxu人工干預，有效避免了人工可能出現的誤操作情況。

 

４ 總結

構建了無(wú)線(xiàn)壓力變送器生產(chǎn)測試系統，驗證了多視圖模型在軟件開(kāi)發(fā)上的好特優(yōu)勢，提升了車(chē)間生產(chǎn)力，為新產(chǎn)品的快速標準化提供了幫助。