摘 要：無線壓力變送器是一種基于無線通信協(xié)議的智能儀表設(shè)備，可實現(xiàn)壓力信號無線遠傳，方便用戶監(jiān)控調(diào)試。 從用戶定制到產(chǎn)業(yè)升級，通信方式的創(chuàng)新促成了產(chǎn)品測試方式的迭代，在多模無線通信充分覆蓋的智慧車間生產(chǎn)環(huán)境下，引入多協(xié)議融合、多終端監(jiān)控、多用戶協(xié)同的新型測試方案勢在必行。 shou先提出了一種測試系統(tǒng)的構(gòu)建模式———多視圖模型，然后設(shè)計了監(jiān)控、調(diào)試和測試軟件，進行了系統(tǒng)集成，#后在實際生產(chǎn)中驗證了系統(tǒng)的效率優(yōu)勢。
引言
相較傳統(tǒng)儀表，無線儀表在通信靈活性、測量實時性、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線儀表已走入千家萬戶［１－３］；在業(yè)務(wù)領(lǐng)域，無線儀表的應(yīng)用優(yōu)勢同樣明顯，以壓力變送器為例，現(xiàn)有的油井壓力動態(tài)測量多采用關(guān)井測量［４］、滑架測量［５］ 等方式，不但依賴現(xiàn)場人員和基礎(chǔ)設(shè)施，而且數(shù)據(jù)多為存儲回放，實時性較差。引入無線壓力變送器和通信網(wǎng)絡(luò)后，可以實時監(jiān)控油井壓力狀況，快速識別生產(chǎn)問題，從而降低現(xiàn)場安全風(fēng)險［６］。
作為一款新興產(chǎn)品，無線壓力變送器在結(jié)構(gòu)與工藝上和傳統(tǒng)有線變送器有一定差異，因此，生產(chǎn)測試方法需要相應(yīng)變化。 此產(chǎn)品起初是大型企業(yè)用戶的定制產(chǎn)品，其生產(chǎn)測試環(huán)節(jié)均是定制化的，需要投入較多人力成本和時間成本；如今，產(chǎn)品在石油、電力、水利等行業(yè)的應(yīng)用范圍不斷增加，市場規(guī)模逐年擴大，要同時兼顧產(chǎn)能和良率，實行標準化、集群化、并行化的測試方式必不可少［７］。
為提升無線壓力變送器在車間生產(chǎn)線上的測試效率，整理了相關(guān)預(yù)備知識，shou先搭建了產(chǎn)品測試環(huán)節(jié)需要的通信拓撲結(jié)構(gòu)，然后對傳統(tǒng)的視圖模型軟件架構(gòu)進行改良，形成了一套基于多視圖模型（Ｍｕｌｔｉ－Ｖｉｅｗ－Ｍｏｄｅｌ）的快速開發(fā)模式，#后采用該模式開發(fā)了一套生產(chǎn)測試系統(tǒng)，進行了應(yīng)用驗證，證明了測試系統(tǒng)的便捷性、可用性和高效性。
１ 系統(tǒng)概述
生產(chǎn)測試系統(tǒng)是一個包含用戶驗證、遠程監(jiān)控、現(xiàn)場調(diào)試、自動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，有助于簡化工作流程，助力無線壓力變送器的標準化生產(chǎn)，下面對系統(tǒng)研究對象、架構(gòu)方法、環(huán)境依賴三個方面進行介紹。
１. １ 無線壓力變送器
無線壓力變送器是一種智能儀表設(shè)備，在傳統(tǒng)壓力變送器的基礎(chǔ)上添加了無線通信模塊，采用電池供電，從而保證用戶現(xiàn)場的長期使用。
研究對象為SC-G08系列高精度無線智能變送器（０. ０5％ＦＳ），是一種高性能無線壓力變送器，使用高靈敏度單晶硅復(fù)合傳感器和多參數(shù)補償算法，可選擇 ＺｉｇＢｅｅ、ＬｏＲａ、ＮＢ－ＩｏＴ、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ 和 ＷＩＡ－ＰＡ 等通信方式，支持星型、樹型和 Ｍｅｓｈ 等組網(wǎng)方案［８］。
１. ２ 視圖模型架構(gòu)
視圖模型（ＭＶＶＭ，Ｍｏｄｅｌ－Ｖｉｅｗ－ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ） 是一種先金的軟件構(gòu)建模式，#早由 Ｊｏｈｎ Ｇｏｓｓｍａｎ 提出［９］。 與 ＭＶＣ架構(gòu)［１０］和 ＭＶＰ 架構(gòu)［１１］ 相比，ＭＶＶＭ 架構(gòu)在軟件功能的前后端分離上更具優(yōu)勢（見圖 １），因此，在業(yè)界已有較為廣泛的框架應(yīng)用研究與框架變體研究，如 ＷＰＦ 桌面應(yīng)用開發(fā)，Ｓｉｌｖｅｒｌｉｇｈｔ 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)，以及基于 ＭＶＶＭ 模式的架構(gòu)變體ＺＫ、Ｖｕｅ 和 Ｋｎｏｃｋｏｕｔ 等［１２］。
從圖 １ 不難看出，三種架構(gòu)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）。 觀察從 ＭＶＣ 到 ＭＶＶＭ 架構(gòu) Ｂｒｉｄｇｅ 的迭代，可進一步明確 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）來替代事件觸發(fā)，避免了 Ｖｉｅｗ 對 Ｍｏｄｅｌ的直接操作；
（２）數(shù)據(jù)解耦：與 ＭＶＰ 相較，ＭＶＶＭ 引入了數(shù)據(jù)綁定器（Ｄａｔａ Ｂｉｎｄｅｒ）來分離 ＧＵＩ 代碼，使得軟件前端完全由數(shù)據(jù)驅(qū)動，減少了接口開發(fā)工作；
（３）開發(fā)解耦：與 ＭＶＣ、ＭＶＰ 相較，ＭＶＶＭ 模式中上層元件對下層元件不可見，ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層對 Ｖｉｅｗ 層、Ｍｏｄｅｌ 層對 ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層的引用不是必須的，因此，可實現(xiàn)多人協(xié)作、分層開發(fā)。
由于 ＭＶＶＭ 架構(gòu)多用于單個軟件的設(shè)計實現(xiàn)，為實現(xiàn)由一到多、由點到面、由軟件到系統(tǒng)的改進，提出了一種基于 ＭＶＶＭ 架構(gòu)的架構(gòu)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(tǒng)開發(fā)中。
１. ３ 無線智慧車間
在數(shù)字化車間的基礎(chǔ)上，智慧車間加強了對生產(chǎn)線上流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的利用，不僅能通過 ＭＥＳ 系統(tǒng)、ＥＲＰ 系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動化、數(shù)字化，還能通過工控網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)實現(xiàn)信息化、智能化，構(gòu)建面向生產(chǎn)的智慧系統(tǒng)［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(shù)字化車間［１４］，以傳統(tǒng)計算機設(shè)備為父節(jié)點、以智能產(chǎn)品為子節(jié)點構(gòu)建無線智慧網(wǎng)絡(luò)，并同時支持 ＺｉｇＢｅｅ、ＬｏＲａ 等無線組網(wǎng)方案，從而兼顧經(jīng)濟性和效率性，與傳統(tǒng)生產(chǎn)線無縫兼容。
２ 系統(tǒng)實現(xiàn)
本系統(tǒng)的搭建目的是在不同 Ｗｉｎｄｏｗｓ 系統(tǒng)版本的測試、調(diào)試和監(jiān)控終端上實現(xiàn)對應(yīng)功能，集成系統(tǒng)授權(quán)與用戶管理，主要包含如下實現(xiàn)步驟。
２. １ 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建
測試系統(tǒng)的功能網(wǎng)絡(luò)依托壓力變送器標準生產(chǎn)線，通常包含工控機、氣體壓力控制器、數(shù)字萬用表等設(shè)備，并配備有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與操作人員。
通過對標準生產(chǎn)線進行少量的軟硬件擴充，即可以較低成本構(gòu)建適用于無線壓力變送器的生產(chǎn)測試網(wǎng)絡(luò)。為保證通信安全性和儀表響應(yīng)速度，在軟件上，本系統(tǒng)采用 Ｃ／ Ｓ 架構(gòu)，開發(fā)環(huán)境為 Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２０１７，框架為．ＮＥＴＦｒａｍｅｗｏｒｋ ４．ｘ，從而實現(xiàn)在 Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ ／ ７ ／ １０ 操作系統(tǒng)上原生運行。
在硬件上，本系統(tǒng)采用無線通信板卡（ＺｉｇＢｅｅ、ＬｏＲａ 等）與 ＧＰＩＢ 板卡作為工控機的外部通信拓展，分別通過 ＵＳＢ／ＲＳ２３２ 板卡與儀表建立無線通信、通過 ＧＰＩＢ 板卡與壓力控制器建立有線通信，通過增加／ 減少拓展接口即可實現(xiàn)軟件與不同協(xié)議儀表通信功能的變更（圖 ２）。
通過生產(chǎn)測試網(wǎng)絡(luò)，智慧車間的測試數(shù)據(jù)可以經(jīng)由無線通信中繼節(jié)點或移動基站上載到服務(wù)器和監(jiān)控設(shè)備，從而幫助決策人員實現(xiàn)對整個生產(chǎn)測試環(huán)節(jié)的監(jiān)控與管理。
２. ２ 框架設(shè)計
ＷＰＦ 和 ＷｉｎＦｏｒｍｓ 是兩種由微軟提供、基于．ＮＥＴ 框架的桌面程序開發(fā)框架，是目前工控機桌面開發(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(shè)計模式的原生支持，本系統(tǒng)選用 ＷＰＦ 作為軟件開發(fā)的主要框架。
如 １. ２ 所述，ＭＶＶＭ 設(shè)計模式采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計，ＷＰＦ框架每部分主要功能和實現(xiàn)內(nèi)容如下：
（１）Ｍｏｄｅｌ 層：采用 Ｃ＃進行面向?qū)ο蟮牡讓咏＃Ｐ皖悺傩耘c方法，是 ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層的數(shù)據(jù)源；
（２） Ｖｉｅｗ 層：采用 ＸＡＭＬ 描述語言進行設(shè)計，包含窗口、頁面、控件等，并聲明了前臺所需數(shù)據(jù)和需執(zhí)行的命令，不包含實際數(shù)據(jù)和命令實現(xiàn)；
（３）ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層：采用 Ｃ＃編寫綁定器（ Ｂｉｎｄｅｒ），其中包含模型對象的實例化、模型屬性與方法整理、屬性與方法的綁定，是 Ｖｉｅｗ 層的數(shù)據(jù)源。
為便于軟件開發(fā)，本系統(tǒng)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 描述語言編寫的前臺資源，包含前臺窗口、頁面、控件使用的模板（ Ｔｅｍ⁃ｐｌａｔｅ）和主題風(fēng)格（Ｓｔｙｌｅ）；
（２）數(shù)值轉(zhuǎn)換器（Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）：采用 Ｃ＃編寫的后臺綁定數(shù)據(jù)到前臺的轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn) ＩＶａｌｕｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒ 接口，從而保證數(shù)據(jù)傳遞的方向正確與可用；
（３）設(shè)置文件（ Ｓｅｔｔｉｎｇ）：采用 ＸＭＬ 語言存儲的程序運行時可能讀取的配置信息，包含應(yīng)用程序設(shè)置和用戶設(shè)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。
總的來看，ＭＶＶＭ 設(shè)計模式結(jié)構(gòu)簡潔（圖 ３），各模塊之間邊界清晰可見、分工明確，既適合個人開發(fā)，也適用于團隊協(xié)作。
然而，由于在 ＭＶＶＭ 模式中，每一個界面都同時包含Ｍｏｄｅｌ、Ｖｉｅｗ、ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 以及相應(yīng)的 Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，因此，在如下情形下存在劣勢：
（１）跨界面情形：如果單個軟件中存在多個界面，針對每個界面單好實行 ＭＶＶＭ 模式會復(fù)用大量代碼，增加不必要的工作時間；
（２）跨軟件情形：如果單個系統(tǒng)中存在多個軟件，針對每個軟件單好實行 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(guī)避上述劣勢，本系統(tǒng)引入了多視圖模型（Ｍｕｌｔｉ－Ｖｉｅｗ－Ｍｏｄｅｌ）的架構(gòu)變體，綜合考慮了測試系統(tǒng)所需軟件的各項依賴，并針對性地制定了構(gòu)建方案：
（１）資源整合：參照測試工藝流程，提取并編寫跨解決方案的資源字典、公共模型和轉(zhuǎn)換器，以求盡可能多地減少軟件之間的重復(fù)代碼（圖 ４）。
（２）框架精簡：對于小型可復(fù)用界面（彈窗、對話框等）和自定義控件，直接將 Ｍｏｄｅｌ 和 ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層放置在 Ｖｉｅｗ層后臺代碼中，同時實現(xiàn) ＤａｔａＣｏｎｔｅｘｔ 功能和 ＩＮｏｔｉｆｙＰｒｏｐｅｒ⁃ｔｙＣｈａｎｇｅｄ 接口，減少文件數(shù)和代碼量。
（３）交叉復(fù)用：建立 Ｖｉｅｗ 與 ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層之間的多對多關(guān)系（圖 ５），實現(xiàn)多視圖模型變體，包括：
①單個 Ｖｉｅｗ 層對應(yīng)兩套并列的 ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層，其中一套用于前端調(diào)試（ＶｉｅｗＳｕｐｐｏｒｔ），另一套用于后端調(diào)試和實際運行（ＭｏｄｅｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ），從而實現(xiàn)項目前后端開發(fā)完全隔離，方便多人分組開發(fā)；
②單個 ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ 層對應(yīng)多個 Ｖｉｅｗ 層，同時對多個界面提供后臺數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對不同應(yīng)用場景或不同用戶提供展示不同數(shù)據(jù)的軟件界面。
上述構(gòu)建方法提高了應(yīng)用程序的構(gòu)建效率，進而幫助實現(xiàn)測試系統(tǒng)軟件的快速開發(fā)與拓展。
２. ３軟件開發(fā)
在無線壓力變送器研發(fā)、調(diào)試和生產(chǎn)測試環(huán)節(jié)中，軟件是操作人員實現(xiàn)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(tǒng)的目的，進行了如下配套軟件的開發(fā)：
（１）監(jiān)控軟件
監(jiān)控軟件（ＷＴ Ｍｏｎｉｔｏｒ）主要用于壓力變送器上線入網(wǎng)后的設(shè)備信息監(jiān)控與可視化，能幫助用戶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(nèi)網(wǎng)環(huán)境），又可以運行在遠程服務(wù)器（公網(wǎng)環(huán)境）。
為實現(xiàn)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 開發(fā)，采用異步模型，從而更好地實現(xiàn) ＮＢ－ＩｏＴ、５Ｇ、ＺｉｇＢｅｅ、ＬｏＲａ 等無線儀表的多路并發(fā)要求。
（２）調(diào)試／ 標定軟件
調(diào)試／ 標定軟件（ＷＴ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）主要用于幫助研發(fā)人員在調(diào)試過程中對單臺無線壓力變送器進行功能檢查，集成了參數(shù)解析、儀表描述標定、儀表參數(shù)標定等功能。由于變送器的調(diào)試與標定依賴模型一致，但有不同環(huán)境的使用需求，因此，借助交叉復(fù)用方法，構(gòu)建了兩種不同的前臺界面（圖 ７）：
①調(diào)試軟件：主要用于研發(fā)環(huán)境，提供標定命令構(gòu)建、自定義命令發(fā)送、儀表信息導(dǎo)入導(dǎo)出等功能，移除了對外部數(shù)據(jù)庫的依賴；
②標定軟件：主要用于生產(chǎn)環(huán)境，提供儀表數(shù)據(jù)可視化、參數(shù)標定、數(shù)據(jù)庫連接等功能，可以實現(xiàn)儀表的手動標定或手動加壓測試，移除了部分不適用于生產(chǎn)環(huán)境的功能。盡管在調(diào)試／ 標定軟件中可以實現(xiàn)儀表加壓測試，但依賴手動操作，而且只能進行單臺儀表調(diào)試／ 標定，因此，在此基礎(chǔ)上進一步開發(fā)了自動測試軟件。
（３）自動測試軟件
自動測試軟件（ＷＴ Ｔｅｓｔ）是適用于無線壓力變送器整機測試的工控機軟件，同時也具備儀表標定、數(shù)據(jù)庫檢索等功能，實現(xiàn)了壓力變送器與壓力控制器、服務(wù)器和遠程數(shù)據(jù)庫的協(xié)同工作。無線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(shè)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(shù)據(jù)庫之間建立通信連接；
②連接儀表：正確安裝無線壓力變送器，并嘗試與工控機建立連接，并進入標定狀態(tài)。
③自動測試：從遠程數(shù)據(jù)庫讀取有關(guān)信息，并將量程、單位等出廠信息寫入儀表，隨后依照工藝流程，對壓力控制器進行逐量程多點位施壓、卸壓操作，確保每個點位誤差、回差均滿足精度要求；
④開儀表：測試合格后，切斷儀表與工控機的通信，更改通信間隔時間，隨后斷電；
⑤結(jié)果記錄：將全流程的測試信息與測試結(jié)果進行記錄，并寫入遠程數(shù)據(jù)庫。
如圖 ９ 所示，ＷＴ Ｔｅｓｔ 基于．ＮＥＴ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ４. ０ 開發(fā)，并采用標準 Ｉ／ Ｏ 函數(shù)庫（ＶＩＳＡ）進行讀寫，從而在 Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ ／ ７ ／１０ 等系統(tǒng)上取得一致的用戶體驗。
２. ４系統(tǒng)集成
項目采用配備好立授權(quán)軟件（ＷＴ Ｌｏｇｉｎ）來實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)授權(quán)管理，只實現(xiàn) Ｗｅｂ ＡＰＩ 驗證功能，實際軟件在用戶驗證通過后再實例化，用戶信息和配置文件將作為啟動參數(shù)傳遞給軟件模型。
目前授權(quán)軟件僅作為測試系統(tǒng)的集成入口實現(xiàn)用戶驗證，后續(xù)可匯總不同軟件在工控機上的使用信息，實現(xiàn)完整的后臺管理系統(tǒng)。
３ 系統(tǒng)驗證
３. １ 環(huán)境配置
下面嘗試將測試系統(tǒng)部署于數(shù)字化車間中，對系統(tǒng)進行全功能驗證，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
無線壓力變送器在定制產(chǎn)品生產(chǎn)的整機手動測試過程中，需要人工手動操作壓力控制器逐點計數(shù)，單表測試時長在 １５ 分鐘以上。
本項目的生產(chǎn)測試系統(tǒng)實現(xiàn)了信息錄入、自動測試和結(jié)果記錄的流程自動化。 經(jīng)車間驗證，在采用自動測試軟件（圖 １０）后，從儀表連接到測試結(jié)束，總時長為 ５ ～ １０ 分鐘，減時增效達 ３３％ ～６６％，全程wuxu人工干預(yù)，有效避免了人工可能出現(xiàn)的誤操作情況。
４ 總結(jié)
構(gòu)建了無線壓力變送器生產(chǎn)測試系統(tǒng)，驗證了多視圖模型在軟件開發(fā)上的好特優(yōu)勢，提升了車間生產(chǎn)力，為新產(chǎn)品的快速標準化提供了幫助。
關(guān)注我們 實現(xiàn)共贏