基于工業互聯網的有色金屬加工設備遠程運維方案

王曉顏，許潔

（1中色科技股份有限公司，河南 洛陽471039；2萬基控股集團有限公司，河南 洛陽 471832）

1 前言

我國的有色金屬加工行業經過技術引進、消化、再創新、集成創新、自主創新等發展階段，其生產工藝、裝備和自動化水平得到大幅提升，部分生產設備已處于國際領先水平。有色金屬加工行業的小批量、多規格、多工序的特點，造成有色金屬加工工藝流程長，設備種類眾多，技術集成程度高等特點，因此設備運維成了有色金屬加工企業保障生產穩定的重要基礎工作。設備運維人員的技術能力、工作經驗和人力資源數量直接影響了有色金屬加工企業設備運維的質量，也影響了企業的生產穩定和產品競爭力。

隨著互聯網、大數據等新一代信息技術與工業制造技術深度融合發展，工業互聯網技術應運而生。利用工業互聯網技術，建立有色金屬加工設備遠程運維平臺，實現設備遠程運維、故障預報警、預測性維護等功能，可有效滿足行業企業的需要，降低企業的成本。

基于工業互聯網的有色金屬加工設備遠程運維通過實時信息交互的方法將車間的機器、設備、團隊和網絡通過先進的傳感器、控制器和軟件應用程序連接起來，以支持更為智能的決策、操作、維護以及高質量的技術服務與運維保障。有色金屬加工設備遠程運維可以幫助企業形成跨設備、跨車間、跨廠區、跨地區的設備信息和運維人員的互聯互通，從而提高效率，推動整個設備運維體系智能化。

2 遠程運維系統建設要求

有色金屬加工設備遠程運維是利用先進的網絡技術、數據挖掘技術，實現數據采集及集中存儲管理，數據中心數據分析人員、公司總部遠程對設備核心指標管理、設備運行監測管理、能效分析以及售后服務，充分發揮工業互聯網技術在設備運維方面的價值。

該系統設計需滿足以下要求：

①可靠性和穩定性：選用技術成熟、運行穩定的產品，在設備選型、軟件設計等各個方面充分考慮軟件、硬件的可靠性和穩定性，并可在工業環境下有效工作。

②安全性：平臺設有安全權限管理。不同范圍的人員對不同功能模塊有不同的使用權。系統有嚴格完善的密碼、日志管理，提供系統級和應用級完備的數據備份和恢復機制。

③先進性：保證采用先進的技術和設備，使系統具有強大的發展潛力，在盡可能長的時間內滿足業務需求增長，適應社會和企業的發展。

④開放性：本平臺是開放系統，滿足相關通行的國際標準或工業標準，確保能與眾多品牌設備進行數據交互。

⑤標準性：系統盡量采用統一的數據通信協議和功能規范，面向不同制造商接入各類數據采集終端，并提供開放的軟件標準接口，便于用戶的應用軟件開發和集成。

⑥可擴展性：平臺的設計與實施可靈活增減或更新各個子系統，在產品系列、容量與處理能力等方面輕松實現擴充與換代，滿足不同時期的需要。

⑦經濟性：平臺結合國內目前實際應用水平，建成后能立即得到充分利用。在滿足功能性和可靠性的前提下初期投資少，系統投運后管理維護費用少。

⑧易用性：滿足軟件用戶界面直觀、友好、簡單、便捷、避免繁瑣操作，可適應不同專業水平的人員使用。

3 系統架構

有色金屬加工設備遠程運維系統是實現對現場生產數據采集和整理，并存儲在服務器端的實時歷史數據庫中，經過對數據的二次加工，實現過程信息的遠程實時采集監視、統計分析、數據及工藝流程優化等功能，并提供隨時隨地的移動客戶端訪問功能。系統根據數據流向劃分總體分為傳感層、數據層、業務邏輯及訪問服務層、數據展示層四個層次。

（1）傳感層

傳感層位于生產現場，系統可利用智能網關與現場PLC或智能儀表等連接。PLC或智能儀表將現場設備如塔、閥門、水泵等信息采集上來并完成邏輯處理，智能網關從PLC或智能儀表取出實時設備數據，然后通過3G/4G/WIFI等多種網絡傳輸方式向數據層傳輸。

（2）數據層

首先由數據采集軟件與傳感層對接，將數據通過內部的接口協議匯總到實時數據庫完成實時數據的存儲、處理并對上層應用提供數據訪問服務接口。實時數據庫是數據層的核心，系統的一切顯示、分析、調度都是建立在數據庫中的大量數據的基礎上的。

（3）業務邏輯及訪問服務層

實時數據庫中雖然已經保存了全部的實時、歷史數據，但用戶真正需要的是直觀的分析展示結果，因此業務邏輯及訪問服務層主要是根據用戶的實際需求，為用戶實現實時工藝流程顯示，報表、報警、趨勢等功能，以及包括并能夠提供跨平臺發布，支持各類移動終端。

（4）數據展示層

數據展示層即PC、移動客戶端，通過IE瀏覽器或手機APP客戶端方式查看。

4 系統功能

有色金屬加工設備遠程運維的基本功能是實現對現場生產數據采集和整理，并存儲在服務器端的實時歷史數據庫中，經過對數據的二次加工，實現過程信息的遠程實時采集監視、統計分析、數據及工藝流程優化等，并提供隨時隨地的移動客戶端訪問功能。

（1）遠程可視化展示功能

有色金屬加工設備遠程運維系統應具有遠程可視化功能，通過豐富的數據接口形式和真實質感的畫面元素，實時進行現場工況監控。平臺集成報表分析、故障管理、趨勢曲線、設備管控等功能，全方位多角度對工藝數據進行采集、處理、顯示。

（2）設備管控

有色金屬加工設備遠程運維系統可根據不同客戶的具體需求，按照地域、功能、工藝流程等，多層次多角度對設備工藝進行呈現。方便客戶對工藝工況進行及時全面的了解和掌控。

（3）數字化工業流程

有色金屬加工設備遠程運維系統具有豐富的畫面控件。相較于傳統工程組態軟件，平臺的組態畫面具有高分辨率、高清晰度、高質感等優勢，輕松實現現場工藝的真實呈現。

（4）報表分析

有色金屬加工設備遠程運維系統提供標準報表功能，界面美觀、可交互；展現控件豐富，布局靈活，有多種主題和樣式供選擇。實現標準日報月報年報，同時可在圖表上進行數據篩選、全局聯動等多種交互操作的價值共享于整個企業。

有色金屬加工設備遠程運維系統具備完善的報警和預警功能。通過豐富的閾值設置，對工況報警信息進行及時傳遞，包括聲光報警、短信告知、郵件等多種形式。報警信息與趨勢曲線持續長期歸檔，幫助客戶排查工藝工況問題所在。

有色金屬加工設備遠程運維系統對運維人員進行不同的權限分配，同時，對每個登陸系統的人員以及對應的操作都進行詳盡的記錄并生成系統日志，保證在系統出現操作問題時第一時間確認問題源，進而從根本排除。

圖1 遠程可視化展示功能

圖2 設備管控界面

圖3 工藝流程展示界面

圖4 故障管理和趨勢曲線展示界面

5 結語

建設有色金屬加工設備遠程運維系統，主要包括數據采集系統、數據傳輸系統、數據存儲系統、數據分析及應用分系統。有色金屬加工設備運行狀態的監控與報警可通過固定或移動終端，將設備運行情況展示給相關人員，實現設備的故障報警及日志功能。通過有色金屬加工設備遠程運維系統的監控、統計、報表功能，可為行業動態管理、政策決策提供數據支持。通過有色金屬加工設備遠程運維系統可以實現行業設備運行狀態的監控與報警、設備故障智能分析、生產及系統優化、機組效能提升，實現設備主動、智能維保及生產運行智能、精準管理。同時可實現人、機、物的全面互聯，是大幅提升實際解決制造企業生產和運營優化能力、推動工業數字化轉型的有效途徑。