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摘要：無線壓力變送器是一種基于無線通信協(xié)議的智能儀表設備，可實現壓力信號無線遠傳，方便用戶監(jiān)控調試。從用戶定制到產業(yè)升級，通信方式的創(chuàng)新促成了產品測試方式的迭代，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)的構建模式———多視圖模型，然后設計了監(jiān)控、調試和測試軟件，進行了系統(tǒng)集成，#后在實際生產中驗證了系統(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)務領域，無線儀表的應用優(yōu)勢同樣明顯，以壓力變送器為例，現有的油井壓力動態(tài)測量多采用關井測量［４］、滑架測量［５］等方式，不但依賴現場人員和基礎設施，而且數據多為存儲回放，實時性較差。引入無線壓力變送器和通信網絡后，可以實時監(jiān)控油井壓力狀況，快速識別生產問題，從而降低現場安全風險［６］。

作為一款新興產品，無線壓力變送器在結構與工藝上和傳統(tǒng)有線變送器有一定差異，因此，生產測試方法需要相應變化。此產品起初是大型企業(yè)用戶的定制產品，其生產測試環(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，產品在石油、電力、水利等行業(yè)的應用范圍不斷增加，市場規(guī)模逐年擴大，要同時兼顧產能和良率，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線上的測試效率，整理了相關預備知識，shou先搭建了產品測試環(huán)節(jié)需要的通信拓撲結構，然后對傳統(tǒng)的視圖模型軟件架構進行改良，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)了一套生產測試系統(tǒng)，進行了應用驗證，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

生產測試系統(tǒng)是一個包含用戶驗證、遠程監(jiān)控、現場調試、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，下面對系統(tǒng)研究對象、架構方法、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備，在傳統(tǒng)壓力變送器的基礎上添加了無線通信模塊，采用電池供電，從而保證用戶現場的長期使用。

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、樹型和Ｍｅｓｈ等組網方案［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ＪｏｈｎＧｏｓｓｍａｎ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桌面應用開發(fā)，Ｓｉｌｖｅｒｌｉｇｈｔ網絡應用開發(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）。觀察從ＭＶＣ到ＭＶＶＭ架構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（ＣｏｍｍａｎｄＢｉｎｄｅｒ）來替代事件觸發(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（ＤａｔａＢｉｎｄｅｒ）來分離ＧＵＩ代碼，使得軟件前端完全由數據驅動，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，可實現多人協(xié)作、分層開發(fā)。

由于ＭＶＶＭ架構多用于單個軟件的設計實現，為實現由一到多、由點到面、由軟件到系統(tǒng)的改進，提出了一種基于ＭＶＶＭ架構的架構變體———多視圖模型（Ｍｕｌｔｉ－Ｖｉｅｗ－Ｍｏｄｅｌ），并將此變體運用到生產測試系統(tǒng)開發(fā)中。

１. ３無線智慧車間

在數字化車間的基礎上，智慧車間加強了對生產線上流轉數據的利用，不僅能通過ＭＥＳ系統(tǒng)、ＥＲＰ系統(tǒng)及數據庫系統(tǒng)實現生產流程的自動化、數字化，還能通過工控網絡和通信技術實現信息化、智能化，構建面向生產的智慧系統(tǒng)［１３］。

依托重慶四聯(lián)測控技術有限公司智能壓力變送器制造數字化車間［１４］，以傳統(tǒng)計算機設備為父節(jié)點、以智能產品為子節(jié)點構建無線智慧網絡，并同時支持ＺｉｇＢｅｅ、ＬｏＲａ等無線組網方案，從而兼顧經濟性和效率性，與傳統(tǒng)生產線無縫兼容。

２系統(tǒng)實現

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

２. １網絡構建

測試系統(tǒng)的功能網絡依托壓力變送器標準生產線，通常包含工控機、氣體壓力控制器、數字萬用表等設備，并配備有網絡環(huán)境與操作人員。

通過對標準生產線進行少量的軟硬件擴充，即可以較低成本構建適用于無線壓力變送器的生產測試網絡。為保證通信安全性和儀表響應速度，在軟件上，本系統(tǒng)采用Ｃ／Ｓ架構，開發(fā)環(huán)境為ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ２０１７，框架為．ＮＥＴＦｒａｍｅｗｏｒｋ４．ｘ，從而實現在ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ／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軟件與不同協(xié)議儀表通信功能的變更（圖２）。

通過生產測試網絡，智慧車間的測試數據可以經由無線通信中繼節(jié)點或移動基站上載到服務器和監(jiān)控設備，從而幫助決策人員實現對整個生產測試環(huán)節(jié)的監(jiān)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設計模式采用三層結構設計，ＷＰＦ框架每部分主要功能和實現內容如下：

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

（２）Ｖｉｅｗ層：采用ＸＡＭＬ描述語言進行設計，包含窗口、頁面、控件等，并聲明了前臺所需數據和需執(zhí)行的命令，不包含實際數據和命令實現；

（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層的數據源。

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）和主題風格（Ｓｔｙｌｅ）；

（２）數值轉換器（Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）：采用Ｃ＃編寫的后臺綁定數據到前臺的轉換器，實現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語言存儲的程序運行時可能讀取的配置信息，包含應用程序設置和用戶設置；

（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。

總的來看，ＭＶＶＭ設計模式結構簡潔（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：對于小型可復用界面（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層之間的多對多關系（圖５），實現多視圖模型變體，包括：

①單個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際運行（ＭｏｄｅｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ），從而實現項目前后端開發(fā)完全隔離，方便多人分組開發(fā)；

②單個ＶｉｅｗＭｏｄｅｌ層對應多個Ｖｉｅｗ層，同時對多個界面提供后臺數據，實現對不同應用場景或不同用戶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，進而幫助實現測試系統(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)、調試和生產測試環(huán)節(jié)中，軟件是操作人員實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（ＷＴＭｏｎｉｔｏｒ）主要用于壓力變送器上線入網后的設備信息監(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（內網環(huán)境），又可以運行在遠程服務器（公網環(huán)境）。

為實現更好的軟件性能并能提供屏幕觸控功能，WT Mo-nitor基于．ＮＥＴＦｒａｍｅｗｏｒｋ４. ７. ２開發(fā)，采用異步模型，從而更好地實現ＮＢ－ＩｏＴ、５Ｇ、ＺｉｇＢｅｅ、ＬｏＲａ等無線儀表的多路并發(fā)要求。

（２）調試／標定軟件

調試／標定軟件（ＷＴＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）主要用于幫助研發(fā)人員在調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；

②標定軟件：主要用于生產環(huán)境，提供儀表數據可視化、參數標定、數據庫連接等功能，可以實現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環(huán)境的功能。盡管在調試／標定軟件中可以實現儀表加壓測試，但依賴手動操作，而且只能進行單臺儀表調試／標定，因此，在此基礎上進一步開發(fā)了自動測試軟件。

（３）自動測試軟件

自動測試軟件（ＷＴＴｅｓｔ）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、數據庫檢索等功能，實現了壓力變送器與壓力控制器、服務器和遠程數據庫的協(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：檢查外部設備工作是否正常，嘗試在工控機與壓力控制器、服務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：從遠程數據庫讀取有關信息，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結果記錄：將全流程的測試信息與測試結果進行記錄，并寫入遠程數據庫。

如圖９所示，ＷＴＴｅｓｔ基于．ＮＥＴＦｒａｍｅｗｏｒｋ４. ０開發(fā)，并采用標準Ｉ／Ｏ函數庫（ＶＩＳＡ）進行讀寫，從而在ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ／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軟件（ＷＴＬｏｇｉｎ）來實現內網授權管理，只實現ＷｅｂＡＰＩ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傳遞給軟件模型。

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

３系統(tǒng)驗證