焊管機(jī)組設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究范文

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摘要：為了提升設(shè)備故障預(yù)判能力，降低故障率，保障機(jī)組正常生產(chǎn)，將生產(chǎn)線關(guān)鍵崗位的控制PLC、專用采集模塊、云終端遠(yuǎn)程登陸顯示及監(jiān)控服務(wù)器接入同一局域網(wǎng)，并利用服務(wù)器對(duì)PLC、專用模塊采集到的電壓、電流、溫度、流量等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和停車時(shí)間、產(chǎn)量等生產(chǎn)信息在監(jiān)控Web界面上進(jìn)行匯總、歸類和集中顯示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握和監(jiān)控，進(jìn)一步完善了系統(tǒng)功能，提高設(shè)備運(yùn)行信息監(jiān)控的準(zhǔn)確性和設(shè)備故障的預(yù)判能力。

關(guān)鍵詞：焊管生產(chǎn)線；設(shè)備；維修；運(yùn)行狀態(tài)

焊管生產(chǎn)是離散與連續(xù)并存的多階段混合式生產(chǎn)，是一個(gè)典型的流程工業(yè)生產(chǎn)過程，具有生產(chǎn)線長(zhǎng)、工序多、設(shè)備復(fù)雜等特點(diǎn)[1]。目前，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)點(diǎn)檢主要依靠維修工人的定時(shí)巡檢，人為影響因素大，無法實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，影響設(shè)備的使用效率及壽命。經(jīng)過近幾年焊管生產(chǎn)設(shè)備升級(jí)改造，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化程度有了一定的提高，實(shí)現(xiàn)了部分單機(jī)及某些加工過程自動(dòng)化[2]。同時(shí)，由于工控網(wǎng)絡(luò)也已經(jīng)初具規(guī)模，生產(chǎn)線重要工序都采用可編程控制器（PLC）控制，設(shè)備的運(yùn)行電壓、電流、壓力、位移等數(shù)據(jù)都可以從PLC中讀取。很多新式傳感器及新的測(cè)量方式在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，使焊管生產(chǎn)設(shè)備具備數(shù)據(jù)采集條件。生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)覆蓋，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊提供了必要的硬件支撐。基于以上現(xiàn)狀，本研究開發(fā)了設(shè)備在線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，降低設(shè)備的故障率[3]。

1遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)備在線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控服務(wù)和訪問終端組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控服務(wù)器。監(jiān)控服務(wù)器將收到的數(shù)據(jù)整理、分類，在監(jiān)控界面進(jìn)行顯示，此外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警、提示功能也是由服務(wù)器完成。監(jiān)控終端面向監(jiān)控系統(tǒng)用戶，可通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查看服務(wù)器上的監(jiān)控界面。數(shù)據(jù)采集層：在挖掘現(xiàn)有傳感器、變頻器、PLC功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行本地化改造，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)要求。監(jiān)控服務(wù)器層：硬件使用設(shè)備升級(jí)替換舊服務(wù)器，軟件由自主編程設(shè)計(jì)，包括監(jiān)控Web界面編制、數(shù)據(jù)變量組態(tài)、報(bào)警提示和短信功能設(shè)定。監(jiān)控終端層：除了實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)電腦主機(jī)的訪問以外，還可在維修崗位安裝小型化訪問設(shè)備，進(jìn)行界面本地化定制，以滿足維修的使用需求。

2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

2.1在用數(shù)據(jù)采集焊管生產(chǎn)線安裝有數(shù)量眾多的傳感器、控制器和PLC，許多設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，比如矯平機(jī)電流、矯平機(jī)油缸位移、遞送機(jī)電流、銑邊機(jī)電流、遞送機(jī)速度、焊接電流、焊接弧壓、成型周長(zhǎng)、水壓機(jī)水壓及水壓機(jī)油壓等，早已作為重要的控制參數(shù)被各自PLC采集。采用共享數(shù)據(jù)塊作為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，在每個(gè)PLC站點(diǎn)增加數(shù)據(jù)傳送語句，將需要的所有數(shù)據(jù)（包括變頻器狀態(tài)字、傳感器測(cè)量值及溫度模塊采集量等）傳送到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)塊中。增加西門子CP343以太網(wǎng)通訊模塊，用網(wǎng)線將其接入監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)，并配置唯一的IP地址。

2.2新增數(shù)據(jù)采集2.2.1以太網(wǎng)采集模塊對(duì)于某些距離PLC較遠(yuǎn)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備和傳感器，若采用通過線纜連接PLC輸入模塊的方式，存在許多缺點(diǎn)：①每個(gè)采集點(diǎn)一般需要一根3芯線纜，長(zhǎng)距離布線操作困難，材耗過大；②過長(zhǎng)的電信號(hào)傳輸線路會(huì)導(dǎo)致如干擾、衰減等問題的產(chǎn)生[4]。通過安裝以太網(wǎng)采集模塊方案，將模塊就近安裝在采集目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，區(qū)域內(nèi)所有采集點(diǎn)先通過線纜將電氣信號(hào)傳送到模塊，采集模塊再通過網(wǎng)線接入監(jiān)控局域網(wǎng)，每個(gè)采集模塊擁有不同的IP地址，在服務(wù)器上可以采集到各模塊所有輸入點(diǎn)的信號(hào)數(shù)據(jù)。2.2.2無線測(cè)溫系統(tǒng)無線測(cè)溫系統(tǒng)采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)[5]。可工作在高電磁干擾環(huán)境中，系統(tǒng)包括無線溫度傳感器和無線接入模塊。無線溫度傳感器具有功耗低、體積小、安裝方便等特點(diǎn)。測(cè)量溫度范圍-20~80℃，測(cè)量距離10~100m，電池工作時(shí)間大于5年。無線測(cè)溫接入模塊，可接入傳感器64只，帶LCD現(xiàn)場(chǎng)顯示，支持RS485總線接口。由于無線溫度接入模塊不支持Profibus-DP標(biāo)準(zhǔn)，為了將溫度數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控服務(wù)器，需要先接入網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行中轉(zhuǎn)，再接入PLC總線。之后通過PLC編程，將每個(gè)溫度值傳送到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)塊中，PLC組態(tài)如圖2所示。2.2.3潤(rùn)滑油路流量檢測(cè)生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備除了安裝多個(gè)無線測(cè)溫模塊外，還在減速機(jī)潤(rùn)滑油路上安裝了液體流量傳感器，實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)滑油路狀態(tài)的定量監(jiān)測(cè)。采用的管道式渦輪液體流量計(jì)測(cè)量精度達(dá)到0.5%R，介質(zhì)溫度-20~80℃，量程0.45~9m3/h，滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，通過PLC模擬量輸入模塊可實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的采集。

2.3監(jiān)控服務(wù)器建設(shè)在服務(wù)器上應(yīng)用西門子SIMATICWinCC軟件，進(jìn)行監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)編程。首先建立變量表，對(duì)每個(gè)變量進(jìn)行IP地址、數(shù)據(jù)塊地址定義，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集。然后進(jìn)行監(jiān)控界面設(shè)計(jì)編程，包括各級(jí)界面顯示內(nèi)容設(shè)計(jì)、組件屬性設(shè)置、變量定義及代碼編程。監(jiān)控界面主頁(yè)分為4個(gè)區(qū)塊，分別顯示機(jī)組狀態(tài)、工程名稱、機(jī)組產(chǎn)量以及停止時(shí)間等重要生產(chǎn)信息。每個(gè)生產(chǎn)線區(qū)塊下還有3個(gè)鏈接按鈕，分別是“工業(yè)參數(shù)設(shè)定”、“生產(chǎn)過程信息”和“設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況”，點(diǎn)擊按鈕，可打開相應(yīng)的頁(yè)面來查看更具體的狀態(tài)數(shù)據(jù)。在完成所有編程后，對(duì)WinCC監(jiān)控界面進(jìn)行Web。Web方式的主要優(yōu)勢(shì)在于監(jiān)控客戶機(jī)不必安裝WinCC軟件，只需安裝十幾兆的客戶端程序，就可以通過瀏覽器查看監(jiān)控界面。對(duì)各個(gè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的上下限閾值進(jìn)行定義，當(dāng)數(shù)據(jù)超過設(shè)置閾值時(shí)，監(jiān)控界面數(shù)據(jù)框?qū)⒏淖冾伾M(jìn)行報(bào)警提示，將報(bào)警結(jié)果以直觀、清晰的方式反饋給維護(hù)人員[6]，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況界面如圖3所示。為了充分發(fā)揮設(shè)備在線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，提高監(jiān)控系統(tǒng)的使用效率，設(shè)計(jì)開發(fā)了手機(jī)短信提示功能，與其他無線通訊業(yè)務(wù)相比，此功能具有成本低、適用面寬、支持存儲(chǔ)和重發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合小數(shù)據(jù)量、弱實(shí)時(shí)性、低成本要求的數(shù)據(jù)通訊，符合大多數(shù)超遠(yuǎn)距離信息集成的需求[7]。手機(jī)短信模塊是基于移動(dòng)GSM短信平臺(tái)的工業(yè)級(jí)通訊終端，它內(nèi)嵌GSM核心單元的無線Modem，可實(shí)現(xiàn)發(fā)送中英文短信的功能，模塊采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)規(guī)格設(shè)計(jì)，提供RS232標(biāo)準(zhǔn)接口，通過轉(zhuǎn)接線與監(jiān)控服務(wù)器連接。在服務(wù)器上進(jìn)行編程以滿足設(shè)計(jì)要求。短信平臺(tái)以各生產(chǎn)線為基本單位，根據(jù)發(fā)送短信內(nèi)容的不同，分為生產(chǎn)類短信和故障類短信，可對(duì)各生產(chǎn)線接收兩類短信的手機(jī)號(hào)碼分別設(shè)置，實(shí)現(xiàn)有效內(nèi)容的準(zhǔn)確推送，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。

2.4監(jiān)控終端層建設(shè)設(shè)備在線遠(yuǎn)程監(jiān)控Web界面是在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上進(jìn)行編程組態(tài)的，任意一臺(tái)接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的PC主機(jī)都可以通過IE瀏覽器訪問。同時(shí)，在路由器上進(jìn)行端口映射，實(shí)現(xiàn)了辦公PC主機(jī)的訪問，打開IE瀏覽器，輸入地址，根據(jù)系統(tǒng)提示安裝WinCCWeb功能客戶端程序后，就可以瀏覽監(jiān)控界面。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況監(jiān)控主要服務(wù)于設(shè)備維修崗位，以便于維修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備不良狀態(tài)。考慮到維修崗位人員只需要查看監(jiān)控界面，不需要其他的辦公功能，因此在維修崗位安裝小型化主機(jī)，采用云終端方案，達(dá)到了不間斷對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)控，對(duì)故障類型及時(shí)診斷處理的目的[8]。在系統(tǒng)安全方面，硬件上云終端采用用戶無法修改的嵌入式固件系統(tǒng)，安全性高，監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)之間安裝有網(wǎng)閘設(shè)備，可有效避免兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的相互攻擊或感染。軟件上監(jiān)控服務(wù)器安裝病毒防護(hù)和防火墻軟件，對(duì)云終端遠(yuǎn)程登陸賬號(hào)進(jìn)行了權(quán)限設(shè)置，具有防止非法操作的功能[9]。

3結(jié)束語

設(shè)備在線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓、電流、溫度、流量等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)以及停車時(shí)間、產(chǎn)量等生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，改變了以前主要依靠維修人員定時(shí)定點(diǎn)觀察、檢測(cè)設(shè)備的巡檢狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握，提升了設(shè)備故障預(yù)判能力，有效降低設(shè)備故障率，保障了機(jī)組正常生產(chǎn)[10]。隨著系統(tǒng)功能的進(jìn)一步豐富和完善，將會(huì)發(fā)揮更大的作用。

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作者：劉晶晶 單位：渤海裝備華油鋼管公司