工業(yè)自動化設(shè)備管理平臺的研究

摘 要：由于工業(yè)設(shè)備的特殊性，對其進行自動化管理一直是比較困難的任務(wù)。隨著工業(yè)設(shè)備的規(guī)模及造價越來越高，自動化管理工業(yè)設(shè)備也變得越來越困難。因此，有必要對自動化工業(yè)設(shè)備管理進行深入研究。

關(guān)鍵詞：工業(yè)控制；自動化；設(shè)備管理

1 工業(yè)設(shè)備管理內(nèi)容及方案

工業(yè)自動化設(shè)備多種多樣，包括智能儀表、PLC設(shè)備以及DCS設(shè)備等，對這些設(shè)備進行管理的內(nèi)容主要包括其基礎(chǔ)信息、預(yù)防性維護管理、大修管理以及工單管理等。

設(shè)備基礎(chǔ)信息對自動化管理工業(yè)設(shè)備至關(guān)重要，因為其完善與否會直接影響設(shè)備管理的效率。這些基礎(chǔ)信息一定會包括設(shè)備型號及規(guī)格、備件備品、保修信息以及供應(yīng)商信息等，除此之外，可能還會有設(shè)備層次結(jié)構(gòu)信息、臺帳信息、移動跟蹤信息以及設(shè)備連接信息等。層次結(jié)構(gòu)信息可以方便地定位和查找設(shè)備，所有的設(shè)備都需要建立諸如狀態(tài)檢測、采購、技術(shù)參數(shù)等臺帳信息。從設(shè)備被采購到開始，設(shè)備的使用、維修、拆卸直到報廢都需要跟蹤，這就是設(shè)備的移動跟蹤信息。不同的設(shè)備間可能會存在各種各樣的關(guān)系，如電氣連接、機械連接或管道連接關(guān)系等，設(shè)備間的連接關(guān)系有助于設(shè)備維修時做出正確的維修決策。

工單就是對設(shè)備進行檢修、維護等操作的任務(wù)書，它可以完整地追蹤設(shè)備的維護管理記錄，全過程監(jiān)督控制設(shè)備從采購到報廢的過程。預(yù)防性維護管理一般用于日常的巡檢工作或計劃性檢修，大修計劃中的項目如果在下次大修時還需要做的話，就能夠借助預(yù)防性維護進行管理。預(yù)防性設(shè)備維護管理的內(nèi)容主要包括：設(shè)備的定期檢修、基于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的預(yù)防性維護、基于檢修路線的預(yù)防性維護等。

一般而言，設(shè)備管理系統(tǒng)需要具備如下要素[1]：（1）標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議。工業(yè)自動化設(shè)備管理平臺面向的主要是智能設(shè)備，這些設(shè)備的數(shù)據(jù)主要是對設(shè)備信息的描述，描述的最終目的是將設(shè)備數(shù)據(jù)抽象為通信協(xié)議的方式，所以需要設(shè)計一個標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議。（2）充足的網(wǎng)絡(luò)帶寬。工業(yè)設(shè)備管理平臺和實時監(jiān)控系統(tǒng)可能會共享相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而設(shè)備管理平臺的數(shù)據(jù)并不一定要求是實時的，所以可以嵌入到實時監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)目障哆M行；為了兼容這兩類數(shù)據(jù)，必然需要足夠的帶寬。（3）良好的信息檢索機制。工業(yè)設(shè)備管理平臺是開放的，可能會結(jié)合多種設(shè)備的大量信息，如果沒有良好的信息檢索機制，勢必難以迅速而又有效地找到對應(yīng)設(shè)備信息。

2 設(shè)備管理平臺描述及設(shè)計

分布式控制系統(tǒng)（DCS）非常復(fù)雜，目前國內(nèi)對這種設(shè)備的自動化管理還處于起步階段。DCS設(shè)備的實時性要求比較高，在對這種設(shè)備引入設(shè)備管理的概念后，主要會產(chǎn)生如下作用[2]：（1）更加便于設(shè)備整定。統(tǒng)一的工業(yè)設(shè)備管理平臺能夠?qū)λ性O(shè)備按照給定的整定測試文件進行整定測試，可以在降低整定需要時間的同時提高整定效果。（2）整合控制系統(tǒng)的各個組成部分。雖然控制系統(tǒng)的輸入輸出多數(shù)都是標(biāo)準(zhǔn)化的，但應(yīng)變卡、溫度輸入卡等少量I/O的開發(fā)還需要耗費大量精力；對這些設(shè)備進行管理有助于納入控制系統(tǒng)的各個組成部分。（3）簡單化智能板卡的開發(fā)和應(yīng)用。傳統(tǒng)的板塊數(shù)據(jù)傳輸方式存在一些弊端，比如過于簡化的設(shè)備管理信息、在線組態(tài)I/O復(fù)雜等；應(yīng)用設(shè)備管理平臺后，會很大程度上彌補上述不足。

工業(yè)自動化設(shè)備管理平臺的總體結(jié)構(gòu)可以結(jié)合B/S和C/S兩種方式，進行優(yōu)勢互補。B/S模式用于設(shè)備信息發(fā)布，C/S模式用于實現(xiàn)過程實時數(shù)據(jù)，并將客戶端、通信服務(wù)器以及數(shù)據(jù)服務(wù)器分離開來，這樣會有如下優(yōu)勢：升級設(shè)備管理平臺時不需要改變客戶端，數(shù)據(jù)及通信服務(wù)器的分離使通信服務(wù)器的改變盡量不影響數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器的功能是對通信服務(wù)進行管理，并采集數(shù)據(jù)，同時響應(yīng)客戶端的數(shù)據(jù)讀取請求；通信服務(wù)器位于獨立的主機上，可以管理任意域內(nèi)的控制站集合；客戶端發(fā)出工業(yè)設(shè)備管理請求，讀取征訂范圍中的相關(guān)數(shù)據(jù)。

在對DCS設(shè)備進行管理時，其管理內(nèi)容主要包括設(shè)備狀態(tài)管理、信息管理、查詢統(tǒng)計及分析、日志報表管理等方面[3]。設(shè)備狀態(tài)管理的內(nèi)容主要有設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備故障診斷，檢測對象是主控制器及整個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；在采集到各設(shè)備的故障診斷信息后，設(shè)備管理平臺即可準(zhǔn)確定位故障產(chǎn)生的原因，以便維護和修復(fù)。設(shè)備信息管理的內(nèi)容主要有設(shè)備的前期管理及工程管理，前者包括設(shè)備類型、制造商以及制造日期等制造信息，后者一般是設(shè)備運行時工作人員的操作記錄，比如維修記錄、標(biāo)定記錄等。查詢統(tǒng)計及分析管理確保工業(yè)設(shè)備管理人員能夠按照一定的時間、設(shè)備類型等查詢條件對數(shù)據(jù)進行檢索；設(shè)備的日志報表管理能夠?qū)υO(shè)備的各類管理信息進行處理，并生成相關(guān)的統(tǒng)計報表。設(shè)備管理的功能示意圖如圖1所示。

圖1 設(shè)備管理功能示意圖

3 設(shè)備管理平臺核心功能

卡件管理一直是DCS設(shè)備管理中故障出現(xiàn)比較多的部分，卡件主要有通訊模塊和I/O模塊。文章設(shè)計的工業(yè)自動化設(shè)備管理平臺利用硬件組態(tài)對外接口得到硬件結(jié)構(gòu)信息，然后利用數(shù)據(jù)通信組件提取卡件設(shè)備的管理信息。在卡件管理過程中，通訊控制方式采取主從應(yīng)答式，管理數(shù)據(jù)并不處于實時隊列中，因此對設(shè)備管理平臺的實時數(shù)據(jù)傳輸并無影響，這樣能夠有效減輕網(wǎng)絡(luò)負載。

當(dāng)I/O模塊發(fā)起通信請求時，其過程包括I/O主動上送數(shù)據(jù)或主動下發(fā)數(shù)據(jù)兩大類[4]；不論是哪類通信過程，I/O模塊都負責(zé)整個通信過程的完成，如果通信過程異常，I/O模塊就會重啟此過程。主設(shè)備發(fā)送完數(shù)據(jù)包后在等待接收方響應(yīng)的過程中，并不會繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包。控制器在啟動后5秒內(nèi)會向所有I/O模塊廣播啟動信息，從而方便I/O模塊的集中處理。

設(shè)備硬件的配置信息獲取組件會讀取XML配置文件，解析后去讀取相關(guān)硬件的配置信息，比如總體組態(tài)信息、控制器組態(tài)信息等?？傮w組態(tài)信息包含設(shè)備管理平臺的管理規(guī)模、模塊信息入口等；控制器組態(tài)信息有名稱、組態(tài)數(shù)據(jù)、擴展組態(tài)信息等。除了要對普通的工業(yè)設(shè)備進行管理外，還需要管理諸如交換機等的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。由于交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中是透明傳輸?shù)模杂行Ч芾斫粨Q機就需要配置交換機的SE附屬管理設(shè)備，這些設(shè)備被連接到交換機上，不僅可以監(jiān)控交換機的運行狀態(tài)，還能和工業(yè)設(shè)備管理服務(wù)器進行信息交換。

4 結(jié)束語

文章首先對工業(yè)設(shè)備管理涉及到的管理信息和管理內(nèi)容進行了研究，在此基礎(chǔ)上描述并設(shè)計了工業(yè)自動化設(shè)備管理平臺，然后進一步說明了此設(shè)備管理平臺的核心功能，對工業(yè)自動化設(shè)備管理有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1]班偉.EPA工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備管理技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D].大連理工大學(xué)，2013.

[2]陳建樹.工業(yè)自動化設(shè)備管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].浙江大學(xué)，2014.

[3]孫書忠.工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備管理與維護[J].鐵路采購與物流，2014.

[4]熊娟蕓.機械設(shè)備管理存在的問題及改進措施[J].科技與創(chuàng)新，2014.

作者簡介：魯峻廷（1986，2-），男，漢族，湖南省長沙市，初級工程師，本科雙學(xué)位，研究方向：電氣自動化，低壓電氣系統(tǒng)，工廠自動化，大型港口設(shè)備電氣控制方向。