通用橋式起重機MES系統應用

聶建偉 胡凱敏

摘?要：隨著我國制造業向工業4.0發展，沿海地區制造業工廠紛紛引進了MES系統。橋式起重機在我國制造業中占有非常重要地位，市場客戶對江西工埠機械有限公司有越來越多的遠程數據監控方面要求。本文主要介紹在.NET Framework4.5環境下，通過C#編寫上位機程序，讀取/寫入西門子S7-200 SMART PLC的內部V區寄存器數據，實現遠程監控橋式起重機運行數據和狀態目的。并且一臺PC電腦監控多臺起重機，從而搭建起重機MES系統。

關鍵詞：工業4.0;MES系統;C#上位機;PLC;數據監控

起重機在機械、交通運輸、港口、冶金、汽車、采礦、造船和國防等行業應用非常廣泛，減輕了人類眾多繁重的體力勞動問題。隨著我國從制造業大國向制造業強國發展，沿海地區制造業大廠紛紛引入了MES系統智能制造理念。起重機的幾個痛點一直未能解決：（1）各部件難以記錄其具體使用次數，難以判斷其使用壽命;（2）操作人員難以有效記錄各臺起重機各月使用次數，無法制定一對一保養計劃;（3）工廠巡檢人員無法同時監控工廠所有起重機的當前運行狀況。

江西工埠機械針對以上問題點提出要盡快開發出屬于起重機的MES系統，從而更全面的監控各臺起重機信息，針對性的制定保養計劃，減少由于設備故障導致停工停產問題。

1 論述分析

MES是一個復雜的信息化項目，系統中的各個組件都不是孤立的，必須要全局考慮，分布分項將各個工作落地實施。根據起重機硬件狀況，此MES系統的搭建需要從硬件到軟件，分步完成，具體工作如下：

1.1 硬件架構搭建

為了MES系統的安全性和可靠性，系統總體架構為服務器+客戶的端運行方式，整個項目基于可靠地windows系統。PC服務器開發平臺基于.NET Framework 4.5，使用C#開發語言編程軟件。

由于橋式起重機大車機構需要行走，PLC的網口的物理位置不是固定的，因此無法使用有線的連接方式與MES系統服務器連接，所以服務端主交換機與（GBM起重機）客戶端交換機通過無線方式組網。將工控機通過網線連接主交換機，再將主交換機與工廠內各臺起重機的客戶端交換機無線方式組網。設置工控機及起重機PLC網口IP地址及網關，將其設置為：IP 192.168.1.X。X值為各PC和PLC地址，使其在同一局域網中，并保證不會出現IP沖突。

1.2 PC軟件UI設計

起重機MES系統通過采集制動器、電機、行程開關的各月份使用情況，幫助客戶有針對性的制定各月保養計劃，減少生產時停工停產狀況發生。所以通過C#編寫的winform窗體程序需要涵蓋大量信息，添加tabControl控件將MES頁面進行分頁，目前設置為“運轉監控”頁面和“圖表顯示”頁面。

“運轉監控”頁面主要顯示車間起重機的連線狀態、運行狀態、運行時間、故障次數、IP地址等信息，從而方便技術員或工廠領導一目了然的了解車間解車間所有起重機的狀況，出現故障時可以快速到達現場。添加groupbox控件劃分各臺起重機的數據顯示區域，設備信息通過標簽控件label進行顯示。

“圖表顯示”頁面主要顯示選取的一臺起重機的詳細信息，信息包括制動器各個月份的使用頻率，此臺起重機各個部件故障報警占比。通過這些信息，技術員可以針對特殊月份制定保養計劃。記錄各臺起重機的頻繁故障報警部件，聯合專家查找真因。

添加chart控件對制動器各月的使用次數進行監控，將控件的Series成員下的Series1的屬性ChartType設置為“Column”（柱形圖顯示）。設置各月份使用次數超過1000次時顯示為紅色，提醒技術員盡快進行維護保養動作。

添加chart控件對設備故障次數進行監控，將控件的Series成員下的Series1的屬性ChartType設置為“Pie”（餅圖顯示）。技術員和專業人員通過此餅圖可以直觀的了解該起重機哪個部件頻繁故障，從而制定有針對性的保養和維修計劃。

1.3 PC軟件代碼編寫

MES系統的上位機與西門子PLC的通訊協議走TCP/IP方式，西門子公司針對上位機通訊提供有專用API庫供開發者使用，將項目工程引用添加西門子PLC庫文件S7.NET.DLL。起重機MES系統主要實現方式是PC上位機讀取/寫入PLC的V區寄存器，對應庫方法為ReadBytes和WriteBytes。

PLC有大量寄存器，需要分配一個專用區間供MES系統交互使用。在此定義V區寄存器范圍為VB3000至VB3999，共1000個字節地址供使用，通過ReadMultipleBytes方法讀取一段V區間地址數據。

1.4 PLC梯形圖編程

PC上位機要顯示起重機的狀態信息，則必須保證PLC將正確數據寫入V區寄存器中，以供PC讀取。MES系統顯示起重機的連接狀態，需要PLC提供心跳信號，梯形圖邏輯將VB3000間隔1S時間寫1和寫0，若MES系統識別VB3000超時未有變化，則認為此臺起重機掉線，分析其為斷電或網線故障。起重機各部件使用一次，則在該部件對應寄存器使用次數增加一次。同理，各部件故障一次，則對應寄存器故障次數增加一次。使用西門子PLC的ADD_DI加法雙精度整數指令，將所需要監控的部件進行監控。起重機各部件動作由PLC的Q輸出點驅動繼電器控制其對應動作，所以每使用一次則通過該Q輸出點的上升沿指令輸出，觸發對應寄存器地址數據加1。

2 結語

時代在更替，科技在進步，起重機與智能化信息化結合發展更能符合當今世界的發展潮流，所以具備MES系統起重機具備極大的發展前景。一直以來我國起重機處于模仿和追趕階段，此次工業4.0的產業升級，給我國提供了一次彎道超車的機會。開發起重機MES系統是我們朝著智能起重機發展的一小步，也是關鍵的一步。我們應該積極采取符合自身的方式方法，縮小與傳統起重機強國在這方面的差距。相信經過政府的重視和投入，科技工作者不斷的研究學習之后，能夠對該領域的認識達到一個到新的高度。

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作者簡介：聶建偉（1990-），男，漢族，江西樟樹人，本科，助理工程師，研究方向：起重機;胡凱敏（1988-），男，漢族，江西高安人，本科，助理工程師，研究方向：起重機。