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★廣汽傳祺汽車有限公司宜昌分公司丁家云，曹陽，鄒善平，黃永普

關(guān)鍵詞：智能智造；數(shù)字化；工業(yè)控制；物聯(lián)網(wǎng)

隨著智能制造技術(shù)的深入發(fā)展，數(shù)字化工廠建設(shè)日益成為生產(chǎn)制造企業(yè)的研究重點。建設(shè)數(shù)字化工廠可以起到提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量和創(chuàng)新能力、優(yōu)化生產(chǎn)管理和決策以及推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展等多方面的作用。數(shù)字化是實現(xiàn)智能制造的重要基礎(chǔ)，也是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵途徑。

目前很多新建工廠在建廠規(guī)劃之初，就已引入最先進的數(shù)字化建設(shè)成果進行底層設(shè)計，極大地提升了工廠的智能制造水平。但是已經(jīng)建成的傳統(tǒng)工廠由于數(shù)字化硬件、軟件不足，往往需要投入較多的成本進行改造升級，數(shù)字化建設(shè)過程較為緩慢。

傳統(tǒng)工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型主要依托現(xiàn)有的工業(yè)控制系統(tǒng)進行設(shè)計改造，并增加部分傳感器、控制器等硬件，以及引入工業(yè)組態(tài)軟件和云平臺等，實現(xiàn)了工廠數(shù)字化水平的大幅提升。

1　車間CCR系統(tǒng)

生產(chǎn)車間在設(shè)備安裝時會根據(jù)設(shè)備類型和區(qū)域，分布多套PLC進行本地控制，現(xiàn)場各臺PLC上收集了設(shè)備的各種狀態(tài)信息。如果缺少統(tǒng)一管理，這些設(shè)備就會形成“信息孤島”，PLC收集的現(xiàn)場信息不能充分發(fā)揮價值，生產(chǎn)過程處于暗箱之中，設(shè)備維護人員也一直處于“現(xiàn)場救火”的狀態(tài)中。

iFIX是GE公司推出的一種工業(yè)自動化軟件解決方案，它提供了生產(chǎn)操作的過程可視化、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能^[1]。使用iFIX構(gòu)建CCR系統(tǒng)（Central Control System），生產(chǎn)管理人員可以精確地監(jiān)視、控制生產(chǎn)過程和設(shè)備狀態(tài)，從而對生產(chǎn)事件快速反應，減少了原材料消耗，提高了生產(chǎn)率和用戶收益^[2]。目前基于iFIX軟件的CCR系統(tǒng)在電力、化工、工業(yè)制造等行業(yè)中得到了廣泛應用。

在應用iFIX搭建CCR系統(tǒng)時，首先要根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備和通訊方式，搭建合適的信息收集網(wǎng)絡。三菱系列PLC采用CC-LinkIE通訊，可以通過環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)串聯(lián)現(xiàn)場設(shè)備匯入到總PLC然后接入到iFIX中，而西門子PLC可通過標準TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接入。在構(gòu)建的CCR系統(tǒng)中，現(xiàn)場設(shè)備PLC形成分布式控制架構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由控制層和信息管理層組成，其中信息管理層用于CCR監(jiān)控主機單元，實現(xiàn)所有信息的收集、處理、展示和遠程控制；控制層由各車間級PLC監(jiān)控單元組成^[3]，控制層中PLC收集、處理現(xiàn)場信息并控制設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備的本地化管理。

在CCR系統(tǒng)中，生產(chǎn)管理人員實時查看當日生產(chǎn)數(shù)據(jù)，及時進行差異分析，靈活調(diào)整生產(chǎn)方案；同時也可以跟蹤產(chǎn)品的流動狀態(tài)，追溯生產(chǎn)過程。設(shè)備管理人員可以實時監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，根據(jù)設(shè)備報警信息精準處理異常，并可形成設(shè)備報表，制定預防性維護方案；通過接入能源監(jiān)視設(shè)備，系統(tǒng)自動生成水、電、氣能源使用報表，精準分析生產(chǎn)能源使用趨勢，針對高能耗過程和異常消耗進行改善，降低生產(chǎn)能源成本。

2　局域語音自動報警系統(tǒng)

局域語音自動報警系統(tǒng)主要以車間環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)，搭配語音設(shè)備和自動呼叫設(shè)備實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)變化后的自動呼叫。

車間各個分布式PLC和總控PLC串聯(lián)在一起形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，總控PLC可以讀取車間設(shè)備的所有信息并可實現(xiàn)遠程控制。在局域語音自動報警系統(tǒng)中，主要用到總控PLC的信息收集功能，并將信息傳遞至語音模塊。

語音模塊是一種高穩(wěn)定性大功率輸出的插卡語音播放板，具有存儲和插卡功能，支持外接高音質(zhì)音響設(shè)備，除可通過高電平/有源開關(guān)量控制外，還可以通過RS232和RS485串口通訊控制。由于現(xiàn)場PLC通常采用標準TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)通訊，不能直接與語音模塊通訊，在使用時可以通過串口服務器實現(xiàn)PLC與語音模塊之間的通訊。在語音模塊設(shè)計時，對于所需播報的信息，可以應用AI語音軟件合成語音文件，存儲到語音模塊后由總控PLC觸發(fā)語音播報。語音模塊與播音設(shè)備連接后即可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備異常狀態(tài)的語音播報。

在語音模塊將文字信息轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇粜畔⒑螅Z音播報內(nèi)容僅能在音響設(shè)備周圍才能獲得，設(shè)備管理人員仍需要安排專人將信息通報至現(xiàn)場。為實現(xiàn)報警信息的自動播報，需要改進對講設(shè)備的控制方式，設(shè)計由PLC控制中間繼電器、現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)變化信息觸發(fā)的局域語音自動呼叫裝置。當現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)變化后在語音模塊播報狀態(tài)信息的同時，PLC控制中間繼電器動作觸發(fā)對講機對講開關(guān)，可以同步將狀態(tài)信息傳送至現(xiàn)場設(shè)備管理人員，實現(xiàn)設(shè)備異常的快速處理對應，極大地提升了響應能力，保障了現(xiàn)場生產(chǎn)。

3　數(shù)字化遠程監(jiān)控系統(tǒng)（加密廣播）

隨著工廠自動化生產(chǎn)能力的不斷提升，工廠的生產(chǎn)能力對設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)的依賴也越來越高。在傳統(tǒng)的工廠車間中現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)依賴人工巡檢和設(shè)備值班，設(shè)備狀態(tài)信息的傳遞存在滯后，且準確度難以保證。特別是班后的非生產(chǎn)時間，管理人員往往不能獲得現(xiàn)場設(shè)備信息，一旦設(shè)備出現(xiàn)重大異常，將嚴重影響正常的生產(chǎn)過程。

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為生產(chǎn)管理人員遠程掌握設(shè)備狀態(tài)信息提供了快速高效的方法。在建立數(shù)字化遠程監(jiān)控系統(tǒng)時，4G DTU（Data Transfer Unit）模塊在遠程通訊中起到了重要作用。4G DTU即4G數(shù)據(jù)傳輸單元，是一種專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4G網(wǎng)絡數(shù)據(jù)進行傳輸?shù)脑O(shè)備，其主要作用是實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸。它一端連接串口設(shè)備（如傳感器、控制器等），另一端通過4G網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)中心或服務器進行通信，主要具有以下特點：（1）高速傳輸：利用4G網(wǎng)絡的高速率，能夠快速傳輸數(shù)據(jù)；（2）穩(wěn)定性高：在復雜的網(wǎng)絡環(huán)境中保持穩(wěn)定的連接，確保數(shù)據(jù)不丟失；（3）易于部署：安裝和配置相對簡單，無需復雜的網(wǎng)絡知識；（4）兼容性強：可以與多種串口設(shè)備兼容，適應不同的應用場景。

基于上述特點4G DTU廣泛應用于遠程監(jiān)控、智能抄表、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)自動化等領(lǐng)域^[4]，為實現(xiàn)設(shè)備的遠程管理和數(shù)據(jù)采集提供了便捷可靠的解決方案。

使用4G DTU搭建遠程監(jiān)控系統(tǒng)時，由于4G DTU輸入一般只支持RS232和RS485串口通訊方式，需要根據(jù)現(xiàn)場使用的實際通訊方式進行通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換，例如三菱Q系列PLC需要通過串口服務器將以太網(wǎng)通訊轉(zhuǎn)換為RS232或RS485串口通訊模式。當4G DTU通過串口服務器與現(xiàn)場PLC設(shè)備建立通訊后，使用4G DTU產(chǎn)品提供的云端平臺創(chuàng)建設(shè)備，即可采集現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)信息和生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，在完成管理界面制作后，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化目視化管理。物聯(lián)網(wǎng)平臺可以通過微信小程序?qū)崟r查看當前設(shè)備信息，實現(xiàn)遠程管理，如圖1所示。現(xiàn)場管理人員可以通過添加觸發(fā)器來設(shè)置設(shè)備上傳感器的報警條件，當上傳平臺的數(shù)據(jù)達到設(shè)定的上下限時，平臺可以通過短信報警、語音報警、微信推送報警、郵箱報警四種方式，及時提醒工廠管理人員查看設(shè)備信息。

圖1 數(shù)字化管理界面

通過4G DTU建立數(shù)字化遠程化遠程管理系統(tǒng)，生產(chǎn)管理人員通過最常用的手機微信平臺即可實時查看現(xiàn)場設(shè)備、工藝參數(shù)等關(guān)鍵信息，可方便高效地完成資源協(xié)調(diào)和生產(chǎn)組織。物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的報警推送方式，可以通過企業(yè)微信等辦公軟件實現(xiàn)報警信息推送，在生產(chǎn)班組內(nèi)全員可見，極大地方便了生產(chǎn)異常狀態(tài)的處理過程，提升了工廠生產(chǎn)的組織效率。

4  總結(jié)

傳統(tǒng)工廠在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中如果從零開始開發(fā)新系統(tǒng)，需要投入大量的資金和人力資源，往往會導致數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作緩慢。傳統(tǒng)工廠可以在現(xiàn)有條件基礎(chǔ)上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、AI智能模塊等新技術(shù)，進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索。通過自主模式推進數(shù)字化應用開發(fā)，可以保證數(shù)字化功能緊貼現(xiàn)場實際需求，解決生產(chǎn)過程中的痛點問題，既能控制投入成本，又能培養(yǎng)工廠技術(shù)人員的設(shè)備管理和數(shù)字化開發(fā)能力。本文提到的三種模式相對簡單、投入成本低，且可不斷改進升級，可以廣泛應用于生產(chǎn)制造企業(yè)的數(shù)字化生產(chǎn)管理過程，以提升工廠的智能智造水平。

作者簡介：

丁家云（1992-），男，湖北宜昌人，中級工程師，學士，現(xiàn)就職于廣汽傳祺汽車有限公司宜昌分公司，研究方向為智能制造涂裝設(shè)備管理。

曹　陽（1984-），男，湖北宜昌人，中級工程師，學士，現(xiàn)就職于廣汽傳祺汽車有限公司宜昌分公司，研究方向為智能制造涂裝設(shè)備管理。

鄒善平（1990-），男，湖北神農(nóng)架人，現(xiàn)就職于廣汽傳祺汽車有限公司宜昌分公司，研究方向為智能制造涂裝設(shè)備管理。

黃永普（1987-），男，湖北仙桃人，副高級工程師，學士，現(xiàn)就職于廣汽傳祺汽車有限公司宜昌分公司，研究方向為智能制造涂裝設(shè)備管理。

參考文獻：

[1] 百度百科, http://baike.baidu.com/view/357736.html; 2008-04-20

[2] 李勉. iFIX在煤水凈化系統(tǒng)中的應用[J]. 機電工程技術(shù), 2011.

[3] 張道兵. 污水處理廠自控系統(tǒng)研究[D]. 鎮(zhèn)江: 江蘇大學, 2013.

[4] 趙穎穎. 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的嵌入式傳感器網(wǎng)絡安全研究[J]. 通信電源技術(shù), 2023.

摘自《自動化博覽》2024年11月刊