淺述智能工廠數據采集與監控系統設計與應用

王萌萌 張潔 王裕喆

摘 要 本文以某制造企業關鍵核心零部件減速器殼體自動化生產線為研究對象，結合智能制造及企業生產經營要求，應用工業互聯網、OPC等相關技術和協議實現智能工廠的生產線設備的聯網、數據的采集與監控以及采集數據的分析與利用。

關鍵詞 智能工廠;數據采集與監控系統;工業互聯網

序言

智能工廠是現代工廠信息化建設達到一定水平的產物，基礎是數字化工廠。智能工廠在管理運行過程中，通過工業互聯網技術實現設備數據的實時采集和監控，加強制造過程數據的管理和應用。

工業大數據是以新興技術的發展為背景，通過工業傳感器、無線射頻識別、企業資源計劃、計算機輔助設計等技術來擴充工業數據量。

作為工業大數據的主要數據來源，數據采集與監控系統（以下簡稱“MDC”）對其不可或缺。MDC通過軟件與設備的雙向通信，實現了設備的大數據分析診斷、精益管理、分布式監控及程序上傳與下載等;同時充分發揮數控設備的效率，使數控設備網絡化、集成化。

1智能工廠自動化生產線簡介

LX954減速器殼體為某制造企業生產產品的關鍵核心零件，產品設計精度高，涉及高精度軸承孔、定位銷孔等難點加工內容，該生產線由七臺NBH630臥式加工中心和一套桁架輸送系統組成，工序間零件的姿態轉換和轉運均由桁架完成。

結合實際應用情況，通過應用相關的智能制造技術，能夠有效實現生產設備與信息化系統之間的互聯互通，更好地為工業大數據提供數據支撐[1]。

2智能工廠的數據采集與監控系統設計與具體實現

智能工廠的數據采集與監控系統方案設計主要分為設備數據采集網絡方案設計及實施、設備加工參數采集方案設計及實施。

2.1 設備數據采集網絡方案設計及實施

網絡布線的拓撲結構標準的3層結構，即“核心層——匯聚層——接入層”結構體系，本次網絡只需安裝匯聚層和接入層交換機與機房核心交換機級聯，數控設備與現場接入層交換機之間采用六類屏蔽雙絞線敷設，接入層交換機與匯聚層交換機之間采用光纖線路完成，并且在設備兩端采用相應的光模塊轉換敷設。

2.2 生產線設備數據采集

本次智能工廠減速器殼體生產線的設備考慮到生產線分布式監控及大數據分析需要的需要，設備數據采集頻率確定為500ms一次。

（1）利用 840D標準化的OPC協議技術進行數據采集

840D 數控系統采用的數據采集方案基于 OPC 的數據交換標準， 840D 上運行的 HMI 軟件中包含了 OPC 服務器，且支持COM（Component Object Model），因此設計了基于 COM 和 C/S 架構模式的軟件框架。為了將部分監測數據保存并利用，在遠程上位機上需要建立數據庫。

（2）采集信息變量的確定

結合生產線實際需求，對通過OPC接口能夠采集到的數據進行分析，最終確定需要采集的信息。

①臥式加工中心NBH630，采用840ds系統，RJ45網卡采集，可采集參數有機床名稱、IP地址、主軸倍率、進給倍率、報警代碼、報警內容、主軸負載、主軸轉速、進給速度、三色燈狀態、開關機狀態、急停狀態、加工狀態、刀具號、軸溫度、伺服跟隨誤差。

②桁架機械手Fibro，采用840dsl系統，RJ45網卡采集，可采集參數有開/關機/報警、是否正在工作、工藝數據。

（3）數據信息采集功能開發

按照系統設計的要求，數據采集客戶端采用 OPC 方式讀取 NC 變量數據。首先初始化COM并連接西門子OPC服務，其次，建立 OPC 組（ Group），最后在添加 OPC 項（Item）。

由于西門子840D系統采用標準的OPC協議，其OPC服務器的CLSID標識是“ OPC.SINUMERIK.Machineswitch”。在與西門子OPC服務建立連接時，首先要調用CLSID From Prog ID函數去查找“ OPC.SINUMERIK.Machines witch? ”在注冊表內關聯的類標識符，之后在由 CoCreateInstance 函數來創建 OPC 服務的句柄。

（4）采集數據的傳輸

由于本系統是基于以太網的采集系統，為了將采集到的變量數據傳輸到PC端的客戶端，需要通過TCP服務來完成，數據發送端由運行于數控系統上的采集軟件來實現。首先將采集到的數據寫入TCP數據傳輸服務中，然后在服務器端的控制下將從寫入的數據打包，定時發送到上位機的服務器端[2]。

3采集數據的分析與應用

智能工廠的詳細制造數據和過程系統本質就是結合管理需要來對設備采集的數據進行匯總、分析和利用。

為了更好提高設備生產效率及利用率，通過MDC，對設備采集的數據進行了系統的分析，指導生產線相關業務的改進，主要功能模塊：

（1）設備監控模塊：通過此報表，主要實現對生產線所屬設備進行監控，通過設備的顏色顯示不同設備當時的狀態，另外通過點擊設備，可觀測該設備的監控數據，不同的設備可以根據不同的圖標顏色（關機，待機，加工，報警）顯示對應設備的狀態情況。

（2）設備日志模塊：通過此報表，主要實現設備的運行日志、工作曲線及歷史記錄的顯示功能。通過點擊生產線設備列表中生產線下的設備，則在查詢條件中顯示設備編號和設備名稱，選擇日期，則顯示該設備在指定日期內的工作狀態情況。

（3）統計圖表模塊：通過此報表，主要實現被選擇的設備在指定的日期相應班次內統計的相關信息。在報表界面下，可以點擊選擇減速器生產線設備列表中的設備，選擇日期、班次，就可以顯示該設備在指定日期相應班次的相關信息。

4結束語

本文詳細介紹了數據采集與監控系統在制造企業設計、實施以及最終的應用，通過本系統的實際應用使得企業生產過程更加透明，更易監控，生產效率得到改善;此外結合企業實際開發多維度應用數據分析報表，能夠有效地為企業的實際業務開展與管理優化提供了支撐。

參考文獻

[1] 白萍，周春，張良德.分布式數控系統DNC在離散制造業的應用[J].智能制造，2010，（z1）：107-110.

[2] 王洋，楊喆.基于Web的數控機床網絡化監控與管理系統研究[J].軍民兩用技術與產品，2017（24）：81-82.

作者簡介

王萌萌（1991-），男，河南鄧州人;畢業院校：河南科技大學，專業：物聯網工程，學歷：本科，現就職單位：第一拖拉機股份有限公司大拖公司，研究方向：智能制造、企業信息化、軟件開發。