第四章 研究方法
4.1 即時監控系統
由於本系統主要依附在PLC 的架構下，藉由 PLC 透過 Modbus TCP 通 訊協定，將儲存在PLC 內部記憶體位置的資料傳送到 PC 端，到 PC 端之後 有三種走向，一是由PC 端將收集來的資料輸出成 CSV 檔案，讓資料可以直 接以檔案的方式匯入資料庫；二是由本研究自行開發的異常偵測系統，監控
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製程參數是否有超出預設閥值的異常現象，若是有，則會透過 Line 發送異
常訊息，若無則繼續監控；三則是可以在Web 上透過圖形化方式，來觀看機
台各項數據，如圖4-3 為即時監控異常偵測系統的流程圖。以下將一一介紹 該系統之研究方法各項步驟。
圖 4-3 即時監控異常偵測系統流程圖
4.1.2 機台連線與通訊協定
在PLC 之通訊架構上， PLC 是被定位為僕系統(Slave)而任何與 PLC 連 線之週邊設備均為主系統(Master)，也就是說任何週邊設備與 PLC 間之通訊 是由主系統(週邊設備)來主動發出命令，而僕系統(PLC)只有在收到命令訊息 後才依該命令之要求回應訊息給主系統，而不能主動發出訊息給主系統，如 圖4-4 之關係圖[19]所示：
圖 4-4 主僕定位與通訊互動關係
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本研究以開源使用的 PLC 通訊協定 nModbus 來實現模擬連線程式，軟 體系統使用Visual Studio[20](如圖 4-5)平台來做為程式開發。
圖 4-5 Visual Studio 程式開發平台
為了能與 Fatek 的 PLC 進行溝通，硬體連線及通訊參數設定需雙方一 致，故必須要有Modbus 與 Fatek 的通訊編碼(如表 4-1)。
表 4-1 Modbus 與 Fatek 的通訊編碼
Modbus protocol Fatek protocol Description
00001~00256 Y0~Y255 Contact output 01001~01256 X0~X255 Contact input 02001~04002 M0~M2001 Internal relay 06001~07000 S0~S999 Stepper relay 09001~09256 T0~T255 Timer 09501~09756 C0~C255 Counter 40001~44168 R0~R4167 R class register 45001~45999 R5000~R5998 Hold/read register 46001~48999 D0~D2998 D class register 49001~49256 T0~T255 Timer 49501~49700 C0~C199 Counter (16 bit) 49701~49812 C200~C255 Counter (32 bit)22
4.1.3 資料接收
本 研 究 利 用 TCP/IP 為主要通訊來接收資料， TCP 為 一種連接向 (Connection oriented)的通訊協定，以三向交握(Three-way Handshake)方式建 立虛擬連線(Virtual connection)[21]，而 TCP 在協議通訊前，通訊的雙方都必 須建立連接才能夠進行溝通，這樣的作法一則可以確保連線是安全的，二則 可以確保資料在傳輸中的正確性，以及傳輸速率的控制，綜合以上因素可以 說TCP 協議具有高度的穩定性與可靠性。(圖 4-6 為三向交握示意圖)
圖 4-6 三向交握(Three-way Handshake)示意圖
4.1.4 資料庫與 Web browser
為了將收集到的資料整理成有用的數據，本研究利用 MySQL 資料庫做
為資料儲存的地方並結合PHP 網頁化的模式。將儲存在 PLC 內部記憶體位 置的資料傳輸至 PC 端，並透過 PC 將資料轉成 CSV Table(如圖 4-7)，使資
料庫可以直接匯入，以此方式確保即便在資料遺失時，仍可於 CSV 檔中找
到所需數據資料。圖4-8 為數據處理流程。
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Factory ID varchar
Device ID int
Name varchar
IP Address varchar
Port int
Device Type varchar
Slave ID int
Communication Type varchar
Switch varchar
Connect Success varchar
DataID Time Data
0 11/15 09:31:48.2297 32767 0 11/15 09:31:48.4227 32767 1 11/15 09:31:48.6686 1 1 11/15 09:31:48.6966 1 0 11/15 09:31:48.6796 32767 1 11/15 09:31:48.8566 3 0 11/15 09:31:48.9255 32767 1 11/15 09:31:48.9895 4 0 11/15 09:31:49.2014 32767 1 11/15 09:31:49.2654 7 0 11/15 09:31:49.4504 32767 1 11/15 09:31:49.5153 9 0 11/15 09:31:49.7043 32767 1 11/15 09:31:49.7653 12
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表 4-3 數據資料之欄位設計
名稱 資料型態
Data ID varchar
Time datetime
Data int
4.1.5 LINE BOT 官方機器人
根據尼爾森媒體(Nielsen)的調查，12-65 歲的台灣民眾將近 91%，也就 是將近 1,700 萬人都在使用 LINE[22]通訊軟體，這也代表我國人民對於使 用LINE 軟體是非常尋常的事情。而 LINE 從 2016 年開始提供免費「LINE BOT API 試用」帳號(LINE BOT API Trial Account)申請，這讓任何人都可以 在 LINE 的平台上開發聊天機器人的多元應用[23]。本研究為了能夠解決在 機台遇到異常狀態時，能夠及時的將訊息告知負責的機台人員，盡快進行修 繕作業並排除問題，決定使用LINE BOT 來實現此功能。以下為 LINE BOT 功能步驟：
Step 1 至 LINE 官網申請帳號後，並取得 Token 序號與 User ID(如圖 4-9 與 圖4-10)。
圖 4-9 Token 序號
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圖 4-10 User ID Step 2 申請 Azure 雲端運算平台帳號。
Step 3 建 置 V i s u a l S t u d i o ( 2 0 1 5 ) C # 專 案 環 境 ， 下 載 並 使 用 Studyhost.Example.Linebot 套件，進行程式的編輯設定與修改。
Step 4 將程式發佈至 Azure 雲端運算平台，並將專案的 URL 綁至 LINE BOT 的 Webhook URL 欄位，此欄位是紀錄機器人程式的位置，LINE 則 會將使用者的訊息往欄位指定的地方傳送過去。