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★廣汽傳祺汽車(chē)有限公司宜昌分公司丁家云，曹陽(yáng)，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(chǎng)建設(shè)日益成為生產(chǎn)制造企業(yè)的研究重點(diǎn)。建設(shè)數(shù)字化工廠(chǎng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)智能制造的重要基礎(chǔ)，也是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵途徑。

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

傳統(tǒng)工廠(chǎng)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(jìn)行設(shè)計(jì)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(tái)等，實(shí)現(xiàn)了工廠(chǎng)數(shù)字化水平的大幅提升。

1　車(chē)間CCR系統(tǒng)

生產(chǎn)車(chē)間在設(shè)備安裝時(shí)會(huì)根據(jù)設(shè)備類(lèi)型和區(qū)域，分布多套PLC進(jìn)行本地控制，現(xiàn)場(chǎng)各臺(tái)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(huì)形成“信息孤島”，PLC收集的現(xiàn)場(chǎng)信息不能充分發(fā)揮價(jià)值，生產(chǎn)過(guò)程處于暗箱之中，設(shè)備維護(hù)人員也一直處于“現(xiàn)場(chǎng)救火”的狀態(tài)中。

iFIX是GE公司推出的一種工業(yè)自動(dòng)化軟件解決方案，它提供了生產(chǎn)操作的過(guò)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(guò)程和設(shè)備狀態(tài)，從而對(duì)生產(chǎn)事件快速反應(yīng)，減少了原材料消耗，提高了生產(chǎn)率和用戶(hù)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(yīng)用。

在應(yīng)用iFIX搭建CCR系統(tǒng)時(shí)，首先要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和通訊方式，搭建合適的信息收集網(wǎng)絡(luò)。三菱系列PLC采用CC-LinkIE通訊，可以通過(guò)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)串聯(lián)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備匯入到總PLC然后接入到iFIX中，而西門(mén)子PLC可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)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(jī)單元，實(shí)現(xiàn)所有信息的收集、處理、展示和遠(yuǎn)程控制；控制層由各車(chē)間級(jí)PLC監(jiān)控單元組成^[3]，控制層中PLC收集、處理現(xiàn)場(chǎng)信息并控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，實(shí)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(shí)時(shí)查看當(dāng)日生產(chǎn)數(shù)據(jù)，及時(shí)進(jìn)行差異分析，靈活調(diào)整生產(chǎn)方案；同時(shí)也可以跟蹤產(chǎn)品的流動(dòng)狀態(tài)，追溯生產(chǎn)過(guò)程。設(shè)備管理人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)，根據(jù)設(shè)備報(bào)警信息精準(zhǔn)處理異常，并可形成設(shè)備報(bào)表，制定預(yù)防性維護(hù)方案；通過(guò)接入能源監(jiān)視設(shè)備，系統(tǒng)自動(dòng)生成水、電、氣能源使用報(bào)表，精準(zhǔn)分析生產(chǎn)能源使用趨勢(shì)，針對(duì)高能耗過(guò)程和異常消耗進(jìn)行改善，降低生產(chǎn)能源成本。

2　局域語(yǔ)音自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

局域語(yǔ)音自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要以車(chē)間環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)，搭配語(yǔ)音設(shè)備和自動(dòng)呼叫設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)變化后的自動(dòng)呼叫。

車(chē)間各個(gè)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(chē)間設(shè)備的所有信息并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。在局域語(yǔ)音自動(dòng)報(bào)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(yǔ)音模塊。

語(yǔ)音模塊是一種高穩(wěn)定性大功率輸出的插卡語(yǔ)音播放板，具有存儲(chǔ)和插卡功能，支持外接高音質(zhì)音響設(shè)備，除可通過(guò)高電平/有源開(kāi)關(guān)量控制外，還可以通過(guò)RS232和RS485串口通訊控制。由于現(xiàn)場(chǎng)PLC通常采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)通訊，不能直接與語(yǔ)音模塊通訊，在使用時(shí)可以通過(guò)串口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)PLC與語(yǔ)音模塊之間的通訊。在語(yǔ)音模塊設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于所需播報(bào)的信息，可以應(yīng)用AI語(yǔ)音軟件合成語(yǔ)音文件，存儲(chǔ)到語(yǔ)音模塊后由總控PLC觸發(fā)語(yǔ)音播報(bào)。語(yǔ)音模塊與播音設(shè)備連接后即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備異常狀態(tài)的語(yǔ)音播報(bào)。

在語(yǔ)音模塊將文字信息轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇粜畔⒑螅Z(yǔ)音播報(bào)內(nèi)容僅能在音響設(shè)備周?chē)拍塬@得，設(shè)備管理人員仍需要安排專(zhuān)人將信息通報(bào)至現(xiàn)場(chǎng)。為實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的自動(dòng)播報(bào)，需要改進(jìn)對(duì)講設(shè)備的控制方式，設(shè)計(jì)由PLC控制中間繼電器、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)變化信息觸發(fā)的局域語(yǔ)音自動(dòng)呼叫裝置。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)變化后在語(yǔ)音模塊播報(bào)狀態(tài)信息的同時(shí)，PLC控制中間繼電器動(dòng)作觸發(fā)對(duì)講機(jī)對(duì)講開(kāi)關(guān)，可以同步將狀態(tài)信息傳送至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理人員，實(shí)現(xiàn)設(shè)備異常的快速處理對(duì)應(yīng)，極大地提升了響應(yīng)能力，保障了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

3　數(shù)字化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)（加密廣播）

隨著工廠(chǎng)自動(dòng)化生產(chǎn)能力的不斷提升，工廠(chǎng)的生產(chǎn)能力對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的依賴(lài)也越來(lái)越高。在傳統(tǒng)的工廠(chǎng)車(chē)間中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)依賴(lài)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(zhǔn)確度難以保證。特別是班后的非生產(chǎn)時(shí)間，管理人員往往不能獲得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息，一旦設(shè)備出現(xiàn)重大異常，將嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)過(guò)程。

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為生產(chǎn)管理人員遠(yuǎn)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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，4G DTU（Data Transfer Unit）模塊在遠(yuǎn)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(zhuān)門(mén)用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)脑O(shè)備，其主要作用是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(guò)4G網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心或服務(wù)器進(jìn)行通信，主要具有以下特點(diǎn)：（1）高速傳輸：利用4G網(wǎng)絡(luò)的高速率，能夠快速傳輸數(shù)據(jù)；（2）穩(wěn)定性高：在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)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(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)；（4）兼容性強(qiáng)：可以與多種串口設(shè)備兼容，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

基于上述特點(diǎn)4G DTU廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能抄表、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域^[4]，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，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(chǎng)使用的實(shí)際通訊方式進(jìn)行通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換，例如三菱Q系列PLC需要通過(guò)串口服務(wù)器將以太網(wǎng)通訊轉(zhuǎn)換為RS232或RS485串口通訊模式。當(dāng)4G DTU通過(guò)串口服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)PLC設(shè)備建立通訊后，使用4G DTU產(chǎn)品提供的云端平臺(tái)創(chuàng)建設(shè)備，即可采集現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化目視化管理。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以通過(guò)微信小程序?qū)崟r(shí)查看當(dāng)前設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，如圖1所示。現(xiàn)場(chǎng)管理人員可以通過(guò)添加觸發(fā)器來(lái)設(shè)置設(shè)備上傳感器的報(bào)警條件，當(dāng)上傳平臺(tái)的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定的上下限時(shí)，平臺(tái)可以通過(guò)短信報(bào)警、語(yǔ)音報(bào)警、微信推送報(bào)警、郵箱報(bào)警四種方式，及時(shí)提醒工廠(chǎng)管理人員查看設(shè)備信息。

圖1 數(shù)字化管理界面

通過(guò)4G DTU建立數(shù)字化遠(yuǎn)程化遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，生產(chǎn)管理人員通過(guò)最常用的手機(jī)微信平臺(tái)即可實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)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(tái)提供的報(bào)警推送方式，可以通過(guò)企業(yè)微信等辦公軟件實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息推送，在生產(chǎn)班組內(nèi)全員可見(jiàn)，極大地方便了生產(chǎn)異常狀態(tài)的處理過(guò)程，提升了工廠(chǎng)生產(chǎn)的組織效率。

4  總結(jié)

傳統(tǒng)工廠(chǎng)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過(guò)程中如果從零開(kāi)始開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)，需要投入大量的資金和人力資源，往往會(huì)導(dǎo)致數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作緩慢。傳統(tǒng)工廠(chǎng)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(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索。通過(guò)自主模式推進(jìn)數(shù)字化應(yīng)用開(kāi)發(fā)，可以保證數(shù)字化功能緊貼現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，解決生產(chǎn)過(guò)程中的痛點(diǎn)問(wèn)題，既能控制投入成本，又能培養(yǎng)工廠(chǎng)技術(shù)人員的設(shè)備管理和數(shù)字化開(kāi)發(fā)能力。本文提到的三種模式相對(duì)簡(jiǎn)單、投入成本低，且可不斷改進(jìn)升級(jí)，可以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造企業(yè)的數(shù)字化生產(chǎn)管理過(guò)程，以提升工廠(chǎng)的智能智造水平。

作者簡(jiǎn)介：

丁家云（1992-），男，湖北宜昌人，中級(jí)工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于廣汽傳祺汽車(chē)有限公司宜昌分公司，研究方向?yàn)橹悄苤圃焱垦b設(shè)備管理。

曹　陽(yáng)（1984-），男，湖北宜昌人，中級(jí)工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于廣汽傳祺汽車(chē)有限公司宜昌分公司，研究方向?yàn)橹悄苤圃焱垦b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(chē)有限公司宜昌分公司，研究方向?yàn)橹悄苤圃焱垦b設(shè)備管理。

黃永普（1987-），男，湖北仙桃人，副高級(jí)工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于廣汽傳祺汽車(chē)有限公司宜昌分公司，研究方向?yàn)橹悄苤圃焱垦b設(shè)備管理。

參考文獻(xiàn)：

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

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年11月刊