淺述智能工廠數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

王萌萌 張潔 王裕喆

摘 要 本文以某制造企業(yè)關(guān)鍵核心零部件減速器殼體自動化生產(chǎn)線為研究對象，結(jié)合智能制造及企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營要求，應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、OPC等相關(guān)技術(shù)和協(xié)議實現(xiàn)智能工廠的生產(chǎn)線設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控以及采集數(shù)據(jù)的分析與利用。

關(guān)鍵詞 智能工廠;數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng);工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

序言

智能工廠是現(xiàn)代工廠信息化建設(shè)達(dá)到一定水平的產(chǎn)物，基礎(chǔ)是數(shù)字化工廠。智能工廠在管理運行過程中，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的實時采集和監(jiān)控，加強(qiáng)制造過程數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用。

工業(yè)大數(shù)據(jù)是以新興技術(shù)的發(fā)展為背景，通過工業(yè)傳感器、無線射頻識別、企業(yè)資源計劃、計算機(jī)輔助設(shè)計等技術(shù)來擴(kuò)充工業(yè)數(shù)據(jù)量。

作為工業(yè)大數(shù)據(jù)的主要數(shù)據(jù)來源，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱“MDC”）對其不可或缺。MDC通過軟件與設(shè)備的雙向通信，實現(xiàn)了設(shè)備的大數(shù)據(jù)分析診斷、精益管理、分布式監(jiān)控及程序上傳與下載等;同時充分發(fā)揮數(shù)控設(shè)備的效率，使數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、集成化。

1智能工廠自動化生產(chǎn)線簡介

LX954減速器殼體為某制造企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的關(guān)鍵核心零件，產(chǎn)品設(shè)計精度高，涉及高精度軸承孔、定位銷孔等難點加工內(nèi)容，該生產(chǎn)線由七臺NBH630臥式加工中心和一套桁架輸送系統(tǒng)組成，工序間零件的姿態(tài)轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)運均由桁架完成。

結(jié)合實際應(yīng)用情況，通過應(yīng)用相關(guān)的智能制造技術(shù)，能夠有效實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備與信息化系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，更好地為工業(yè)大數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)支撐[1]。

2智能工廠的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與具體實現(xiàn)

智能工廠的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計主要分為設(shè)備數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計及實施、設(shè)備加工參數(shù)采集方案設(shè)計及實施。

2.1 設(shè)備數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計及實施

網(wǎng)絡(luò)布線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的3層結(jié)構(gòu)，即“核心層——匯聚層——接入層”結(jié)構(gòu)體系，本次網(wǎng)絡(luò)只需安裝匯聚層和接入層交換機(jī)與機(jī)房核心交換機(jī)級聯(lián)，數(shù)控設(shè)備與現(xiàn)場接入層交換機(jī)之間采用六類屏蔽雙絞線敷設(shè)，接入層交換機(jī)與匯聚層交換機(jī)之間采用光纖線路完成，并且在設(shè)備兩端采用相應(yīng)的光模塊轉(zhuǎn)換敷設(shè)。

2.2 生產(chǎn)線設(shè)備數(shù)據(jù)采集

本次智能工廠減速器殼體生產(chǎn)線的設(shè)備考慮到生產(chǎn)線分布式監(jiān)控及大數(shù)據(jù)分析需要的需要，設(shè)備數(shù)據(jù)采集頻率確定為500ms一次。

（1）利用 840D標(biāo)準(zhǔn)化的OPC協(xié)議技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

840D 數(shù)控系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)采集方案基于 OPC 的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)， 840D 上運行的 HMI 軟件中包含了 OPC 服務(wù)器，且支持COM（Component Object Model），因此設(shè)計了基于 COM 和 C/S 架構(gòu)模式的軟件框架。為了將部分監(jiān)測數(shù)據(jù)保存并利用，在遠(yuǎn)程上位機(jī)上需要建立數(shù)據(jù)庫。

（2）采集信息變量的確定

結(jié)合生產(chǎn)線實際需求，對通過OPC接口能夠采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終確定需要采集的信息。

①臥式加工中心NBH630，采用840ds系統(tǒng)，RJ45網(wǎng)卡采集，可采集參數(shù)有機(jī)床名稱、IP地址、主軸倍率、進(jìn)給倍率、報警代碼、報警內(nèi)容、主軸負(fù)載、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、三色燈狀態(tài)、開關(guān)機(jī)狀態(tài)、急停狀態(tài)、加工狀態(tài)、刀具號、軸溫度、伺服跟隨誤差。

②桁架機(jī)械手Fibro，采用840dsl系統(tǒng)，RJ45網(wǎng)卡采集，可采集參數(shù)有開/關(guān)機(jī)/報警、是否正在工作、工藝數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)信息采集功能開發(fā)

按照系統(tǒng)設(shè)計的要求，數(shù)據(jù)采集客戶端采用 OPC 方式讀取 NC 變量數(shù)據(jù)。首先初始化COM并連接西門子OPC服務(wù)，其次，建立 OPC 組（ Group），最后在添加 OPC 項（Item）。

由于西門子840D系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的OPC協(xié)議，其OPC服務(wù)器的CLSID標(biāo)識是“ OPC.SINUMERIK.Machineswitch”。在與西門子OPC服務(wù)建立連接時，首先要調(diào)用CLSID From Prog ID函數(shù)去查找“ OPC.SINUMERIK.Machines witch? ”在注冊表內(nèi)關(guān)聯(lián)的類標(biāo)識符，之后在由 CoCreateInstance 函數(shù)來創(chuàng)建 OPC 服務(wù)的句柄。

（4）采集數(shù)據(jù)的傳輸

由于本系統(tǒng)是基于以太網(wǎng)的采集系統(tǒng)，為了將采集到的變量數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C端的客戶端，需要通過TCP服務(wù)來完成，數(shù)據(jù)發(fā)送端由運行于數(shù)控系統(tǒng)上的采集軟件來實現(xiàn)。首先將采集到的數(shù)據(jù)寫入TCP數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)中，然后在服務(wù)器端的控制下將從寫入的數(shù)據(jù)打包，定時發(fā)送到上位機(jī)的服務(wù)器端[2]。

3采集數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用

智能工廠的詳細(xì)制造數(shù)據(jù)和過程系統(tǒng)本質(zhì)就是結(jié)合管理需要來對設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析和利用。

為了更好提高設(shè)備生產(chǎn)效率及利用率，通過MDC，對設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，指導(dǎo)生產(chǎn)線相關(guān)業(yè)務(wù)的改進(jìn)，主要功能模塊：

（1）設(shè)備監(jiān)控模塊：通過此報表，主要實現(xiàn)對生產(chǎn)線所屬設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，通過設(shè)備的顏色顯示不同設(shè)備當(dāng)時的狀態(tài)，另外通過點擊設(shè)備，可觀測該設(shè)備的監(jiān)控數(shù)據(jù)，不同的設(shè)備可以根據(jù)不同的圖標(biāo)顏色（關(guān)機(jī)，待機(jī)，加工，報警）顯示對應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)情況。

（2）設(shè)備日志模塊：通過此報表，主要實現(xiàn)設(shè)備的運行日志、工作曲線及歷史記錄的顯示功能。通過點擊生產(chǎn)線設(shè)備列表中生產(chǎn)線下的設(shè)備，則在查詢條件中顯示設(shè)備編號和設(shè)備名稱，選擇日期，則顯示該設(shè)備在指定日期內(nèi)的工作狀態(tài)情況。

（3）統(tǒng)計圖表模塊：通過此報表，主要實現(xiàn)被選擇的設(shè)備在指定的日期相應(yīng)班次內(nèi)統(tǒng)計的相關(guān)信息。在報表界面下，可以點擊選擇減速器生產(chǎn)線設(shè)備列表中的設(shè)備，選擇日期、班次，就可以顯示該設(shè)備在指定日期相應(yīng)班次的相關(guān)信息。

4結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)在制造企業(yè)設(shè)計、實施以及最終的應(yīng)用，通過本系統(tǒng)的實際應(yīng)用使得企業(yè)生產(chǎn)過程更加透明，更易監(jiān)控，生產(chǎn)效率得到改善;此外結(jié)合企業(yè)實際開發(fā)多維度應(yīng)用數(shù)據(jù)分析報表，能夠有效地為企業(yè)的實際業(yè)務(wù)開展與管理優(yōu)化提供了支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 白萍，周春，張良德.分布式數(shù)控系統(tǒng)DNC在離散制造業(yè)的應(yīng)用[J].智能制造，2010，（z1）：107-110.

[2] 王洋，楊喆.基于Web的數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控與管理系統(tǒng)研究[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2017（24）：81-82.

作者簡介

王萌萌（1991-），男，河南鄧州人;畢業(yè)院校：河南科技大學(xué)，專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程，學(xué)歷：本科，現(xiàn)就職單位：第一拖拉機(jī)股份有限公司大拖公司，研究方向：智能制造、企業(yè)信息化、軟件開發(fā)。