前言

工廠設(shè)備的智能化主要通過生產(chǎn)設(shè)備的自動化控制、狀態(tài)信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與智能物聯(lián)技術(shù)，形成高度數(shù)字化、自動化、狀態(tài)可感知的智能生產(chǎn)裝備，為智能制造及云管理平臺的各類應(yīng)用和服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

設(shè)備智能化框架

圖1為設(shè)備智能化框架圖，包括生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集需求、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)方法、設(shè)備智能化的實施，流程等，適用于連接工廠底層設(shè)備智能化改造及實施。對于流程型或離散型的各類生產(chǎn)設(shè)備，利用傳感、數(shù)據(jù)采集、信息網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)手段采集設(shè)備的狀態(tài)信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，用于企業(yè)內(nèi)部各類控制、管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用，并最終為智能制造及云管理平臺的各類應(yīng)用提供支撐；同時，設(shè)備的各類數(shù)據(jù)也可以直接通過各類智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)等邊緣網(wǎng)關(guān)設(shè)備直接接入智能制造及云管理平臺，為平臺的智能應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖1 設(shè)備智能化框架圖

（1）流程型行業(yè)數(shù)據(jù)采集

流程工業(yè)具有高能耗、高污染、高排放、高危險的特征，企業(yè)關(guān)注的重點是生產(chǎn)的連續(xù)、安全、高效、節(jié)能、環(huán)保、優(yōu)化運行。流程工業(yè)的基礎(chǔ)是流程工藝和生產(chǎn)設(shè)備，由過程控制系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，由設(shè)備，監(jiān)測與維護管理系統(tǒng)保障設(shè)備運行的可靠性。

流程工業(yè)的設(shè)備智能化主要是通過增加傳感器、檢測儀和人工巡檢方式實現(xiàn)設(shè)備的智能化。對于溫度、壓力、振動等一些物理量，可以通過加裝傳感器或檢測儀實時獲取設(shè)備運行狀態(tài)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)傳送到設(shè)備監(jiān)測與維護管理系統(tǒng)。對于破損、泄露、開裂等一些難以通過傳感器進行檢測的設(shè)備狀態(tài)信息，采用人工巡檢的方式，通過檢測儀間接或人的感官直接獲取設(shè)備狀態(tài)，并使用移動終端記錄、上傳到設(shè)備監(jiān)測與維護管理系統(tǒng)。

（2）離散型行業(yè)數(shù)據(jù)采集

連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)與離散工業(yè)生產(chǎn)在設(shè)備、物料和產(chǎn)品特點方面的差異，導(dǎo)致了兩種類型的工業(yè)生產(chǎn)在制造管理中存在諸多差異，離散制造企業(yè)制造執(zhí)行過程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集主要用于支持企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備控制、排產(chǎn)計劃、生產(chǎn)運維三個方面。

控制系統(tǒng)SCADA數(shù)據(jù)采集

圖2為一種常見的SCADA軟件系統(tǒng)構(gòu)成，其軟件劃分的方法一般為層次法，把軟件分為很多層，按照層次關(guān)系進行操作，如對于操作系統(tǒng)就必須按照層次進行分析，層次法的好處在于只要層間的關(guān)系劃分合理，對某一層不滿意，就可以重新編寫一個層替換原來的層，而不需要修改其它代碼。表1為SCADA軟件構(gòu)成的層次。

圖2 SCADA系統(tǒng)軟件構(gòu)成

表1 軟件構(gòu)成的層次

從軟件劃分的角度看規(guī)約接口模塊是整個SCADA軟件直接和控制設(shè)備打交道的，從監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源看它是最底層的數(shù)據(jù)提供者，它所服務(wù)的對象是實時數(shù)據(jù)庫。一般按照規(guī)約不同進行模塊的劃分，不同的規(guī)約采用不同的模塊實現(xiàn)，OPC和OLE由專門的模塊實現(xiàn)，不同的OPC和OLE采用不同的模塊實現(xiàn)。

所有的規(guī)約都可以用有限狀態(tài)機模型進行描述，采用狀態(tài)機，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖后，編寫程序時，可以非常清楚狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)移條件，避免進入死狀態(tài)或者出現(xiàn)餓死的狀態(tài)。規(guī)約接口模塊可以由軟件在前置系統(tǒng)實現(xiàn)，也可以通過硬件（網(wǎng)關(guān)設(shè)備）實現(xiàn)。所有的數(shù)據(jù)都寫入實時數(shù)據(jù)庫。

產(chǎn)品檢測系統(tǒng)的物聯(lián)技術(shù)實例

本實例中，采用現(xiàn)場工作站、視覺算法層以及數(shù)據(jù)中心等構(gòu)成完整的五金件產(chǎn)品檢測系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 產(chǎn)品檢測系統(tǒng)

現(xiàn)場工作站主要由一些光學(xué)設(shè)備及自動化運行系統(tǒng)構(gòu)成。光學(xué)系統(tǒng)一般包括工業(yè)相機、光源、棱鏡等。高性能電腦則是視覺算法的載體，它將負責(zé)與現(xiàn)場工業(yè)相機通信，獲取圖片，并執(zhí)行檢測。當(dāng)五金件經(jīng)過相機時，傳感器將觸發(fā)一個脈沖信號通知相機進行拍照。圖4為待測物體形狀、數(shù)量和位置識別。

圖5為產(chǎn)品檢測系統(tǒng)在企業(yè)智能制造與云管理中的位置，充分發(fā)揮了智能物聯(lián)的優(yōu)勢，實現(xiàn)了與MES、PLM、CRM系統(tǒng)對接，為技術(shù)人員提供完備的數(shù)據(jù)流，從而形成更加系統(tǒng)的智能制造體系。

圖4 待測五金件識別

圖5 產(chǎn)品檢測系統(tǒng)在企業(yè)智能制造與云管理中的位置智能制造

結(jié)束語

在現(xiàn)有工廠區(qū)域內(nèi)為了適應(yīng)智能制造的生產(chǎn)環(huán)境，以及未來以數(shù)據(jù)為驅(qū)動的產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，工業(yè)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)整體上需滿足高帶寬、低時延、高可靠的要求，可選擇多種智能物聯(lián)技術(shù)，采用SCADA數(shù)據(jù)采集、邊緣網(wǎng)關(guān)等方法，既保證網(wǎng)絡(luò)的安全性，也增加了制造業(yè)的智能化和柔性能力。

摘自《自動化博覽》2020年7月刊