M型苗床自動化控制和維護系統的技術研究

張慎杰 趙江平

摘 ?要：制造業設備終端用戶對先進制造技術的需求日益增強。加強制造業創新，實現產業升級換代，對中國制造業保持國際競爭力來說至關重要。本文通過在M型自動化苗床設備上增加嵌入式模塊和為客戶提供設備故障診斷與維護系統，可以方便實現故障的遠程診斷和維護指導，節約大量的售后維護費用。

關鍵詞：M型苗床;維護系統;自動化控制

中圖分類號：TH165.3 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）14-0149-03

Technical Research on Automatic Control and Maintenance System for

M-type Seedling Equipment

ZHANG Shenjie1，ZHAO Jiangping2

（1.Zhongshan Congzhong Electromechanical Technology Co.，Ltd.，Zhongshan ?528400，China;

2.Zhongshan Torch Polytechnic，Zhongshan ?528436，China）

Abstract：End-users of manufacturing equipment are increasingly demanding advanced manufacturing technologies. Strengthen the innovation of manufacturing industry to achieve industrial upgrading is very important for China’s manufacturing industry to maintain its international competitiveness. By adding embedded modules to M-type automatic seedbed equipment and providing equipment fault diagnosis and maintenance system for customers，the remote fault diagnosis and maintenance guidance can be easily realized，and a large amount of after-sales maintenance costs can be saved.

Keywords：M-type seedbed;maintenance system;automatic control

0 ?引 ?言

《中國制造2025》越來越廣泛地受到世界矚目，實現工業4.0時代智能制造和按需定制，加強制造業創新，實現產業升級換代，對中國制造業保持國際競爭力來說至關重要。制造業設備終端用戶對先進制造技術的需求日益增強，使得關鍵技術設備的采購具有國際化和分散化的特點。一方面提高了企業的技術水平和制造能力，另一方面，這些先進、復雜的裝備的管理和維護也給企業帶來了更高的技術和成本要求[1]。因此，企業要投入大量的人力、物力和財力保證先進裝備的正常運行，而傳統的現場設備管理手段和落后的個人維護方式決定了其高成本和低效率的弊端，嚴重影響了企業的實際產能和經濟效益。因此，設備制造商如何采用有效的技術和工具，保障其故障診斷和維護的全球快速響應能力，是設備制造商增加裝備高附加值，減少售后成本，增加品牌信任度和擴大市場的一個關鍵問題。

1 ?M型苗床自動化控制原理

將育苗、育秧、種植不同類綠葉速生蔬菜、水果、菌類等的生態環境如室內溫度數據、室內光照數據、室內濕度數據、化肥配比數據、農藥配比數據以及全自動機械化育秧裝置中育苗盤運行速度數據用計算機編程后輸入即插即用存儲芯片中，使用時將即插即用存儲芯片插接到32位ARM嵌入式MCU單片機上的數據插口上，利用網絡平臺，實現作物環境智能控制。自動化控制原理圖如圖1所示。

在綠葉速生蔬菜、菌類生長過程中，根據若干布置在全自動機械化育秧裝置中的室內空氣溫度傳感器、室內空氣濕度傳感器、室內風速傳感器、室內光照傳感器、室內二氧化碳傳感器、室內氨傳感器和若干布置在全自動機械化育秧裝置室外的室外空氣溫度傳感器、室外空氣濕度傳感器、室外風速傳感器、室外光照傳感器、室外雨雪傳感器所檢測到的室內外的各項數據與即插即用存儲芯片內所存儲的室內溫度數據、室內濕度數據、室內光照數據進行比對實時控制不同類綠葉速生蔬菜、菌類等的生態環境，同時根據即插即用存儲芯片內所存儲的化肥配比數據、農藥配比數據來配置化肥和農藥劑型噴灑，從而提高了農作物的品質和產量以及生長速度。

2 ?M型苗床故障診斷與維護系統為制造商增加裝備高附加值

對于設備制造商而言，M型苗床故障診斷與維護系統的實現可以提高技術水平和設備附加值。通過在M型苗床增加嵌入式模塊和為客戶提供該設備診斷與維護系統，可以方便的實現故障的遠程診斷和維護指導，節約大量的售后維護費用，具體包括：減少員工長途出差次數，對于用戶設備可以迅速做出故障診斷，提高服務能力，提高維修服務工作效率，降低人員成本。系統的應用，可以提高設備的可靠性、高附加值，開辟新的商務活動空間，增強客戶對設備品牌的信任度和認可度，增強設備制造商的競爭能力，有利于擴大市場。

對于制造企業而言，通過M型苗床管理、故障診斷與維護系統的應用，可以使維修需求的響應能力加快，可以更快做出故障診斷和排除;可以使維護成本降低，停機維修費用減少;可有效縮短因故障造成苗床設備停機的時間，提高設備利用率，提高生產能力和經濟效益;與其它管理信息系統的集成使用，可以保證企業生產計劃的順利執行。

3 ?M型苗床故障診斷與維護系統應用技術

M型苗床故障診斷與維護系統可用于構建育苗設備監控網絡，獲取設備狀態數據[2]，可以進行設備的本地故障診斷和維護，可以進行設備的遠程故障診斷和維護，并可根據獲取的設備信息進行設備生產、檢修和維修等計劃的安排，并可與其它的管理信息系統（例如：ERP系統）實現信息的雙向交流，共同實現設備的管理、生產的計劃和執行的監控。

系統基于工業以太網構建統一的控制網絡，為苗床設備故障診斷與維護系統提供網絡平臺。基于工業以太網的控制網絡向下能夠與串行通訊接口RS485、RS232連接，能夠與各種現場總線（PROFIBUS等）接口連接。

嵌入式模塊部分，將針對苗床設備的連續運轉情況，完成遠程設備診斷及遠程監控任務。結合I/O配置及設備診斷配置軟件，使嵌入式遠程監測與診斷維護硬件平臺具有通用性，可以推廣到其他相關領域。網絡協議符合標準：TCP/IP協議、HTTP協議;軟件符合主流工業標準，包括：Socket接口標準、COM/DCOM/OPC標準;數據采集與輸出支持下列信號標準：4-20mA輸入/輸出、開關量輸入/輸出、熱電阻（熱電偶）輸入、脈沖信號輸入。能夠與主流ERP系統雙向傳遞數據，符合S95標準（IEC/ISO 62264：企業管理-控制系統集成標準），能共同實現設備生產、檢修和維修等計劃的安排。

4 ?M型苗床故障診斷和維護系統實現技術

4.1 ?M型苗床故障診斷與維護系統的網絡平臺

設備群的管理、故障診斷和維護系統的網絡平臺、系統的嵌入式設備模塊、系統的軟件模塊及其與其它管理信息系統的集成等關鍵技術[3]。在已有的工業以太網的基礎上，構建統一的車間控制網絡。開發和利用各種通訊接口，使其向下能與具有各種現場總線，串行通訊RS485、RS232接口的設備連接，向上通過以太網的兼容性能與Internet/Intranet（互聯網/內聯網）集成，為設備信息的收集、傳遞、處理，設備的現場管理、維護提供高效、便利的網絡平臺，是整個系統的支撐環境。

4.2 ?嵌入式模塊的數據處理、采集與遠程傳輸

針對M型苗床故障診斷與數據采集需求，開發不同的I/O數據采集模塊（如4-20mA輸入/輸出模塊、開關量輸入/輸出模塊、熱電阻（熱電偶）輸入模塊等），將這些參數進行簡單處理，如量程轉換等，并存儲于嵌入式設備中，通過工業以太網、Internet/Intranet提供遠程數據傳輸與數據存儲的硬件平臺。

4.3 ?基于嵌入式Web服務器的軟件模塊

用戶可以通過標準的互連網瀏覽器訪問現場M型苗床的運行狀況，及時準確的判斷現場苗床設備的故障原因，它是一種更直接、更正確、更及時的本地診斷維護技術，同時為苗床設備增加了遠程監控/監視的功能。

4.4 ?嵌入式的I/O配置及苗床設備診斷配置軟件

考慮到M型苗床診斷與維護的需求及同行業的相關產品需求。為擴充嵌入式設備的I/O連接能力，考慮開發I/O配置模塊。通過I/O配置能夠方便靈活的連接不同的I/O變量，用戶可以自定義I/O變量的量程、I/O變量的工位號、I/O變量的相關說明等。客戶或者設備制造商的遠程服務中心，可以根據這些信息管理設備（如安排生產或檢修）、維護診斷現場設備[4]。苗床設備診斷軟件既可運行在嵌入式設備中，提供簡單的生產運行、診斷功能，如操作參數、上下限報警、設備運行狀態錯誤等;又可運行在異地的遠程服務器上，提供苗床設備生產管理、遠程診斷和維護服務。

5 ?苗床設備故障診斷與維護系統的集成

5.1 ?苗床設備帶故障運行過程的故障檢測與診斷策略

將容錯技術拓展到過程辨識與狀態監控領域，研究對歷史故障具有容錯能力的信號處理方法，并以容錯估計、容錯辨識和容錯濾波等新算法為工具，進行設備帶故障運行決策。針對設備管理、診斷、維護知識，建立符合苗床特點的故障診斷專家系統。

5.2 ?基于S95（IEC/ISO 62264：企業管理控制系統集成標準）的集成框架

由于基于網絡的設備管理系統集成的關鍵技術，涉及的學科領域面廣，各領域術語與模型不一致，因此急需在S95標準的基礎上，開展苗床設備故障診斷與維護系統的術語、模型的標準化研究和應用推廣工作，并建立苗床設備故障診斷與維護系統的合理框架結構[5]。

5.3 ?苗床設備故障診斷與維護系統的集成

基于S95標準，將苗床管理模塊納入已有的ERP系統中，或者開發ERP系統設備管理模塊的接口;實現企業自有設備組件的排產、維護等工作;實現對設備維護零部件、費用的準確管理。設備供應商/制造商還可實現準確的售后維護，減低售后維護成本。

6 ?結 ?論

M型苗床應用現代通訊技術，在系統管理和過程控制方面進行全面滲透，充分利用了信息技術提升傳統產業。通過濕、溫、光等傳感器苗床流水線系統數據，通過無線寬帶與中央數據模塊處理信號互聯可實現物聯網在線精準控制和智能化控制功能，實現無人看守，大大提高了設備運行的自動化程度，也提高了工作效率。

在制造企業“信息化、自動化”融合的背景下，促進制造企業的升級和轉型，設備的故障診斷與維護系統的應用，就是裝備產業技術升級和高附加值產業化的一個重要發展方向。實現設備維護的現代化、網絡化、智能化已經成為安全高產高效生產的重要保障，可以提高設備的可靠性、高附加值，開辟了新的商務活動空間，增強客戶對設備品牌的信任度和認可度，增強設備制造商的競爭能力，有利于擴大市場。

參考文獻：

[1] 季海鵬，安雅程，楊鎮豪，等.數據挖掘在設備維護階段的應用 [J].山東工業技術，2016（2）：94.

[2] 趙炯，李呈光，肖豪，等.大型設備機載智能數據采集系統設計 [J].機電一體化，2015，21（8）：42-46.

[3] 侯成義，趙永強.大型設備維修知識管理系統框架及關鍵模塊研究 [J].工具技術，2012，46（2）：32-36.

[4] 張萌.信息化在企業管理中的作用 [J].現代信息科技，2019，3（10）：140-141.

[5] 何谷有.智能設備故障診斷及維修技術 [J].設備管理與維修，2018（20）：49-50.

作者簡介：張慎杰（1986-），男，漢族，福建福州人，技師，研究方向：機電控制系統相關技術;通訊作者：趙江平（1965-），女，漢族，山西太原人，教授，碩士，研究方向：機電一體化技術教學與研究。