★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；數字化；工業(yè)控制；物聯(lián)網(wǎng)

隨著(zhù)智能制造技術(shù)的深入發(fā)展，數字化工廠(chǎng)建設日益成為生產(chǎn)制造企業(yè)的研究重點(diǎn)。建設數字化工廠(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)數字化轉型和可持續發(fā)展等多方面的作用。數字化是實(shí)現智能制造的重要基礎，也是制造業(yè)轉型升級的關(guān)鍵途徑。

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

傳統工廠(chǎng)的數字化轉型主要依托現有的工業(yè)控制系統進(jìn)行設計改造，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(shí)現了工廠(chǎng)數字化水平的大幅提升。

1　車(chē)間CCR系統

生產(chǎn)車(chē)間在設備安裝時(shí)會(huì )根據設備類(lèi)型和區域，分布多套PLC進(jìn)行本地控制，現場(chǎng)各臺PLC上收集了設備的各種狀態(tài)信息。如果缺少統一管理，這些設備就會(huì )形成“信息孤島”，PLC收集的現場(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，設備維護人員也一直處于“現場(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、數據采集和數據監控功能^[1]。使用iFIX構建CCR系統（Central Control System），生產(chǎn)管理人員可以精確地監視、控制生產(chǎn)過(guò)程和設備狀態(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(hù)收益^[2]。目前基于iFIX軟件的CCR系統在電力、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系統時(shí)，首先要根據現場(chǎng)設備和通訊方式，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)結構串聯(lián)現場(chǎng)設備匯入到總PLC然后接入到iFIX中，而西門(mén)子PLC可通過(guò)標準TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接入。在構建的CCR系統中，現場(chǎng)設備PLC形成分布式控制架構。系統結構由控制層和信息管理層組成，其中信息管理層用于CCR監控主機單元，實(shí)現所有信息的收集、處理、展示和遠程控制；控制層由各車(chē)間級PLC監控單元組成^[3]，控制層中PLC收集、處理現場(chǎng)信息并控制設備運轉狀態(tài)，實(shí)現設備的本地化管理。

在CCR系統中，生產(chǎn)管理人員實(shí)時(shí)查看當日生產(chǎn)數據，及時(shí)進(jìn)行差異分析，靈活調整生產(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。設備管理人員可以實(shí)時(shí)監視現場(chǎng)設備狀態(tài)，根據設備報警信息精準處理異常，并可形成設備報表，制定預防性維護方案；通過(guò)接入能源監視設備，系統自動(dòng)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(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)報警系統

局域語(yǔ)音自動(dòng)報警系統主要以車(chē)間環(huán)網(wǎng)為基礎，搭配語(yǔ)音設備和自動(dòng)呼叫設備實(shí)現設備狀態(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)結構，總控PLC可以讀取車(chē)間設備的所有信息并可實(shí)現遠程控制。在局域語(yǔ)音自動(dòng)報警系統中，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)音模塊是一種高穩定性大功率輸出的插卡語(yǔ)音播放板，具有存儲和插卡功能，支持外接高音質(zhì)音響設備，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。由于現場(chǎng)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(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PLC與語(yǔ)音模塊之間的通訊。在語(yǔ)音模塊設計時(shí)，對于所需播報的信息，可以應用AI語(yǔ)音軟件合成語(yǔ)音文件，存儲到語(yǔ)音模塊后由總控PLC觸發(fā)語(yǔ)音播報。語(yǔ)音模塊與播音設備連接后即可實(shí)現現場(chǎng)設備異常狀態(tài)的語(yǔ)音播報。

在語(yǔ)音模塊將文字信息轉變?yōu)槁曇粜畔⒑?，語(yǔ)音播報內容僅能在音響設備周?chē)拍塬@得，設備管理人員仍需要安排專(zhuān)人將信息通報至現場(chǎng)。為實(shí)現報警信息的自動(dòng)播報，需要改進(jìn)對講設備的控制方式，設計由PLC控制中間繼電器、現場(chǎng)設備狀態(tài)變化信息觸發(fā)的局域語(yǔ)音自動(dòng)呼叫裝置。當現場(chǎng)設備狀態(tài)變化后在語(yǔ)音模塊播報狀態(tài)信息的同時(shí)，PLC控制中間繼電器動(dòng)作觸發(fā)對講機對講開(kāi)關(guān)，可以同步將狀態(tài)信息傳送至現場(chǎng)設備管理人員，實(shí)現設備異常的快速處理對應，極大地提升了響應能力，保障了現場(chǎng)生產(chǎn)。

3　數字化遠程監控系統（加密廣播）

隨著(zhù)工廠(chǎng)自動(dòng)化生產(chǎn)能力的不斷提升，工廠(chǎng)的生產(chǎn)能力對設備運轉狀態(tài)的依賴(lài)也越來(lái)越高。在傳統的工廠(chǎng)車(chē)間中現場(chǎng)設備狀態(tài)依賴(lài)人工巡檢和設備值班，設備狀態(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(shí)間，管理人員往往不能獲得現場(chǎng)設備信息，一旦設備出現重大異常，將嚴重影響正常的生產(chǎn)過(guò)程。

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為生產(chǎn)管理人員遠程掌握設備狀態(tài)信息提供了快速高效的方法。在建立數字化遠程監控系統時(shí)，4G DTU（Data Transfer Unit）模塊在遠程通訊中起到了重要作用。4G DTU即4G數據傳輸單元，是一種專(zhuān)門(mén)用于將串口數據轉換為4G網(wǎng)絡(luò )數據進(jìn)行傳輸的設備，其主要作用是實(shí)現遠程數據傳輸。它一端連接串口設備（如傳感器、控制器等），另一端通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )與數據中心或服務(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，能夠快速傳輸數據；（2）穩定性高：在復雜的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中保持穩定的連接，確保數據不丟失；（3）易于部署：安裝和配置相對簡(jiǎn)單，無(wú)需復雜的網(wǎng)絡(luò )知識；（4）兼容性強：可以與多種串口設備兼容，適應不同的應用場(chǎng)景。

基于上述特點(diǎn)4G DTU廣泛應用于遠程監控、智能抄表、環(huán)境監測、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域^[4]，為實(shí)現設備的遠程管理和數據采集提供了便捷可靠的解決方案。

使用4G DTU搭建遠程監控系統時(shí)，由于4G DTU輸入一般只支持RS232和RS485串口通訊方式，需要根據現場(chǎng)使用的實(shí)際通訊方式進(jìn)行通訊協(xié)議轉換，例如三菱Q系列PLC需要通過(guò)串口服務(wù)器將以太網(wǎng)通訊轉換為RS232或RS485串口通訊模式。當4G DTU通過(guò)串口服務(wù)器與現場(chǎng)PLC設備建立通訊后，使用4G DTU產(chǎn)品提供的云端平臺創(chuàng )建設備，即可采集現場(chǎng)設備狀態(tài)信息和生產(chǎn)管理數據，在完成管理界面制作后，實(shí)現現場(chǎng)設備的數字化目視化管理。物聯(lián)網(wǎng)平臺可以通過(guò)微信小程序實(shí)時(shí)查看當前設備信息，實(shí)現遠程管理，如圖1所示?，F場(chǎng)管理人員可以通過(guò)添加觸發(fā)器來(lái)設置設備上傳感器的報警條件，當上傳平臺的數據達到設定的上下限時(shí)，平臺可以通過(guò)短信報警、語(yǔ)音報警、微信推送報警、郵箱報警四種方式，及時(shí)提醒工廠(chǎng)管理人員查看設備信息。

圖1 數字化管理界面

通過(guò)4G DTU建立數字化遠程化遠程管理系統，生產(chǎn)管理人員通過(guò)最常用的手機微信平臺即可實(shí)時(shí)查看現場(chǎng)設備、工藝參數等關(guān)鍵信息，可方便高效地完成資源協(xié)調和生產(chǎn)組織。物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的報警推送方式，可以通過(guò)企業(yè)微信等辦公軟件實(shí)現報警信息推送，在生產(chǎn)班組內全員可見(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

傳統工廠(chǎng)在數字化轉型過(guò)程中如果從零開(kāi)始開(kāi)發(fā)新系統，需要投入大量的資金和人力資源，往往會(huì )導致數字化轉型工作緩慢。傳統工廠(chǎng)可以在現有條件基礎上，結合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、AI智能模塊等新技術(shù)，進(jìn)行數字化轉型探索。通過(guò)自主模式推進(jìn)數字化應用開(kāi)發(fā)，可以保證數字化功能緊貼現場(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，又能培養工廠(chǎng)技術(shù)人員的設備管理和數字化開(kāi)發(fā)能力。本文提到的三種模式相對簡(jiǎn)單、投入成本低，且可不斷改進(jìn)升級，可以廣泛應用于生產(chǎn)制造企業(yè)的數字化生產(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，中級工程師，學(xué)士，現就職于廣汽傳祺汽車(chē)有限公司宜昌分公司，研究方向為智能制造涂裝設備管理。

曹　陽(yáng)（1984-），男，湖北宜昌人，中級工程師，學(xué)士，現就職于廣汽傳祺汽車(chē)有限公司宜昌分公司，研究方向為智能制造涂裝設備管理。

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

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

參考文獻：

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

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

[3] 張道兵. 污水處理廠(chǎng)自控系統研究[D]. 鎮江: 江蘇大學(xué), 2013.

[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