2024年3月25日发(作者：)
信 息 技 术
DOI：10.16661/.1672-3791.2020.14.005
2020 NO.14
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科技资讯
基于Unity3D和Redis的工业监控软件的设计与应用
齐冲 路进军
(中国核电工程有限公司郑州分公司 河南郑州 450000)
摘 要：该文根据工业监控软件的特点以及工控行业的现实需求，结合目前相关软件技术的发展水平和趋势，将虚拟现实
技术融入工业监控领域中，设计了一种基于Unity3D和Redis的成本低、可靠性强、自由度高的新型工业组态软件。该文详
细阐述了该软件的设计思想、系统结构与技术原理，并利用该软件在典型的自动化生产线中进行了实际应用，取得了预期
的效果。
关键词：工业监控 Unity3D Redis
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2020)05(b)-0005-02
①
近年来，工业制造向精细化、智能化等高端方向的发
展趋势愈发明显，这对企业生产自动化的管控能力以及各
类过程信息的集成要求也越来越高。传统的现场工业监
控软件由于其广泛的适配性及实施成本的限制，对部分有
特殊需求如三维可视化能力的生产场合的支持能力明显
不足。与此同时，随着信息化技术的广泛普及和各类自动
化软件工具的开源推广，使得监控软件的设计门槛正在下
降，使得更多的行业专家基于本行业的实际特点自行设计
适配性更高的工业监控软件。尤其是当前，虚拟现实技术
的快速发展以及广泛应用给各行业的监控系统带来了新
的启示与技术体验，这也为工控自动化行业带了新的发展
动力。
该文基于上述的工业监控软件的发展趋势及背景，采
用三维引擎Unity3d、REDIS开源内存数据库、SQL server
关系型数据库以及亚控公司的King I/O server数据采集
器，设计了一款能够实现三维可视化监控画面的工业实时
监控软件，并在某机械加工生产线上进线了实际的应用。
1 系统结构设计
该文设计的监控软件基于模块化思想，灵活组合各
功能组件，将数据采集与过程控制融为一体，构成用户的
应用软件。从软件工程的角度出发以及软件开发工作的需
要，该文将软件开发分为图形组态模块、实时管理模块、
数据采集模块、数据库存储与管理模块。
在图形化人机交互方面，该文主要利用Unity3D引擎的
强大场景交互能力以及能与大部分相关应用程序协同工
作的兼容性。Unity3D内置的物理引擎带来能够逼真的互
动效果，具备完善的光影渲染系统
[1]
。在该文设计的软件
中，运行时的人机交互界面含场景漫游、设备运行监控、
图文报表（报警及数据标签）的展示均在Unity3D引擎的
支持下实现。
在实时性数据处理方面，工业车间的实时数据量往往
巨大且存在各种类型，为了保证软件具备与传统实时数据
库相同的高效性和稳定性，平台采用了Redis集群来处理
实时数据。Redis是一个KEY-VALUE形式的缓存存储系
统，根据官方实验数据，在操作系统Linux 2.6下，其50个
并发进程执行100000个请求，读的速度是110000次/s,写
的速度是81000次/s
[2]
。尤其是Redis的各类操作具备原子
性、一致性的特点，符合工业实时数据库的需求。
在历史数据处理方面，该文考虑采用SQL server关系
型数据库来处理历史数据。历史数据对系统应用人员有
极其重要的参考价值。它从实时数据库中得到且与时间有
关，反映了实体在某一特定时刻的状态
[3]
。该文主要考虑
图1 软件总体结构园原理示意图
①作者简介：齐冲（1988—），男，汉族，黑龙江鸡西人，硕士，工程师，研究方向：仪控及工业自动化。
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图2 Redis集群高可用架构图
图3 系统人机交互界面
SQL SERVER有易用性强的特点，特别是近年来在并发存
储与查询方面的能力不断增强，且与许多其他服务器软件
紧密关联的集成性、良好的性价比以及更为完整的表结
[4]
构，在一定程度上比传统的实时历史库更能满足该文的
需求，因此使用SQL SERVER来进行历史数据的存储和管
理。
在数据采集方面，该文利用北京亚控科技公司的
KingIOServer的工业通用IO数据通信平台，其支持主流
通讯协议及各类数据库，尤其是其多语言的API接口为该
文软件的数据采集服务模块的开发及应用提供了便利条
件。
通过3D场景建立、数据集成及人机交互与功能的设
计，实现了利用现场的实时生产数据驱动三维模型，动态
展现生产现场的设备状态、工艺流程、技术参数，实现了
生产线监控三维可视化，提高了人机交互的效率及准确
性。
4 结语
该文基于UNITY开发的工业实时监控软件具备良好的
三维可视化展示能力，其监控自由度高，人机交互体验性
好，功能适配性强，外部接口丰富，可以与厂区内其他信息
系统进行交互关联，实现信息的集中采集、集中分析与集
中应用管理等，解决信息孤岛问题，为生产现场提供了有
效的管控手段，较市场上传统的组态软件而言，其可视化、
信息化的能力都得到了显著提高，具备良好的推广价值。
2 关键技术
在工业监控软件中，实时性及高可用性是软件设计开
发的重点考虑部分同时也是关键技术。在该软件开发结
构中，利用KingIOServer内部通信API的SDK，快速高效地
与KingIOServer进行通信，同时把数据采集与Redis服务
连接到一起，在内存中完成对数据的格式处理、操作、发
送，从而保证数据的处理时效性。
Redis集群设计为6个节点、3个主节点、3个从节点，分
布在3台物理服务器，每台服务器上1个主节点、1个从节点，
将Redis的主节点与从节点相互错开，若是有一台服务器故
障，Redis服务仍然有效。
参考文献
[1] 倪乐波,戚鹏,遇丽娜,等.Unity3d产品虚拟展示技术的研
究与应用[J].数字技术与应用,2010(9):1.
[2] 邱书洋.Redis缓存技术研究及应用[Ｄ].郑州大学,2015.
[3] 王琳,喻成,李昌一.实时数据库的现状与发展[J].河北理
工学院学报,2003,25(4):2.
[4] 郭珺.基于SQL Server的主动式数据转储技术研究[Ｄ].
哈尔滨工程大学,2017．
3 应用实例
为了检验对该文监控软件的实际应用能力，该文结合
行业内某机械加工生产线进行了基于该平台的监控系统
的设计。
该生产线属于典型的离散型全自动机加生产线，虽然
实现了全自动化，但信息该文设计的监控软件，对原生产
线的监控系统进行了改造设计。
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