葉愛(ài)萍，賈 沛，席忠民，鐘 劍，王之恒

（1.北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120；2.廣州汽車集團(tuán)乘用車有限公司，廣州 511434）

分析與探討

智能監(jiān)控系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用

葉愛(ài)萍1，賈 沛1，席忠民2，鐘 劍2，王之恒1

（1.北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120；2.廣州汽車集團(tuán)乘用車有限公司，廣州 511434）

主要研究廣汽乘用車某沖壓生產(chǎn)線上的智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)和生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，通過(guò)OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)PLC數(shù)據(jù)的采集、處理及報(bào)警等功能，并采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存取及處理；另外該系統(tǒng)采用ASP程序和B/S模式實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)和視頻的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)訪問(wèn)，并采用VPN服務(wù)器保證了外部網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)和視頻的安全性。

智能監(jiān)控；OPC技術(shù)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；VPN技術(shù)；ASP

0　引言

智能監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)象信息采集系統(tǒng)、界面顯示系統(tǒng)、分析處理系統(tǒng)和報(bào)警反饋系統(tǒng)等組成，智能監(jiān)控系統(tǒng)包括智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)和智能參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)是在原有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中添加智能視頻分析模塊，通過(guò)分析識(shí)別出是否有人員出入規(guī)定區(qū)域、判斷監(jiān)控畫(huà)面中是否有異常情況等，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警或觸發(fā)其他動(dòng)作。智能參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)是將采集的數(shù)據(jù)顯示，并分析處理給出判斷是否報(bào)警等提示信息，同時(shí)觸發(fā)相應(yīng)的處理程序。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)Intranet或Internet實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

目前，智能監(jiān)控系統(tǒng)在物業(yè)管理、生產(chǎn)管理、交通管理、軍事管理等領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用[1]。本文主要針對(duì)汽車沖壓線生產(chǎn)的零件數(shù)量大、種類多、過(guò)程復(fù)雜、對(duì)設(shè)備要求高等特點(diǎn)，研究了一套智能生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視生產(chǎn)過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和各種參數(shù)，控制者也可遠(yuǎn)程監(jiān)控，不必親臨現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)省大量人力物力。管理人員可以監(jiān)視遠(yuǎn)程生產(chǎn)運(yùn)行情況，根據(jù)需要及時(shí)發(fā)出調(diào)度指令，制造商可以方便地利用本地豐富的軟硬件資源對(duì)遠(yuǎn)程對(duì)象進(jìn)行故障診斷、系統(tǒng)升級(jí)等。

1　沖壓線智能監(jiān)控系統(tǒng)介紹

1.1組成架構(gòu)

沖壓線智能監(jiān)控系統(tǒng)組織架構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，并同時(shí)支持現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖1　智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

視頻監(jiān)控系統(tǒng)（如圖2所示）是對(duì)沖壓生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)分布于不同工位的設(shè)備采用高清攝像機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和硬盤錄像機(jī)顯示到現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)視器，并通過(guò)內(nèi)置的視頻處理軟件識(shí)別報(bào)警和視頻資料的輪詢播放，另外通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可在遠(yuǎn)程客戶瀏覽器上實(shí)時(shí)查看和檢索視頻。

圖2　視頻監(jiān)控系統(tǒng)

設(shè)備參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)（如圖3所示）通過(guò)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)，并通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，供用戶查詢和遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

圖3　設(shè)備參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)

1.2智能監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)智能生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的研究，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將分布于各個(gè)設(shè)備的傳感器、監(jiān)控設(shè)備等連接起來(lái)，然后各個(gè)管理站點(diǎn)的服務(wù)再用局域網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)資源和信息共享，采用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)采集，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)沖壓車間生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)、故障信息的顯示報(bào)警、沖壓生產(chǎn)線實(shí)時(shí)的智能視頻監(jiān)控、生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)與智能分析，此外通過(guò)人性化的交互軟件界面設(shè)計(jì)將有助于提高整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的可操作性和實(shí)用性。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用?？低暤谋O(jiān)控軟件平臺(tái)，該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)視頻的點(diǎn)播、輪詢、查詢、回放、快進(jìn)、遠(yuǎn)程訪問(wèn)等功能，界面如圖4所示。

圖4　視頻監(jiān)控系統(tǒng)界面

智能參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)整線監(jiān)控軟件平臺(tái)、遠(yuǎn)程網(wǎng)頁(yè)監(jiān)控平臺(tái)和本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)?，F(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)控軟件主界面如圖5所示，包含用戶登錄、整線所有設(shè)備的部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)和狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、日志查詢、故障報(bào)警提示并記錄等功能。遠(yuǎn)程網(wǎng)頁(yè)監(jiān)控平臺(tái)的功能基本和現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)控軟件的功能一致，界面設(shè)計(jì)也類似。

圖5　設(shè)備參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)主界面

2　關(guān)鍵技術(shù)

2.1OPC現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

OPC（OLE for Process Control），是一種以O(shè)LE技術(shù)為基礎(chǔ)的接口標(biāo)準(zhǔn)，是應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制器之間的數(shù)據(jù)通訊的接口。自從有了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備繁多，只要遵循同一個(gè)的OPC接口標(biāo)準(zhǔn)就可以很容易實(shí)現(xiàn)Windows應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制器的數(shù)據(jù)通訊。

OPC服務(wù)器可以通過(guò)自動(dòng)化接口或者自定義的接口與上位機(jī)程序通訊，OLE三層接口關(guān)系如圖6所示。

2.2數(shù)據(jù)庫(kù)管理

本系統(tǒng)采用微軟的SQLServer2008數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)用性設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)和日志數(shù)據(jù)庫(kù)。其中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是將OPC采集來(lái)的實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)存入到表中，方便遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)；歷史數(shù)據(jù)庫(kù)是將OPC采集到的所有更新的數(shù)據(jù)添加時(shí)間列存入表中，方便查詢。本系統(tǒng)采用自動(dòng)滾動(dòng)存儲(chǔ)，其中視頻存儲(chǔ)周期為2周，參數(shù)存儲(chǔ)周期為半年。

2.3基于WEB的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)

遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式，并采用asp語(yǔ)言編程，可采用VBScript和JavaScript等簡(jiǎn)易的腳本語(yǔ)言編寫，asp程序無(wú)需編譯、易于生成、獨(dú)立于瀏覽器，可通過(guò)ADO連接ODBC來(lái)訪問(wèn)服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫(kù)表，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中表進(jìn)行增、刪、改、查等操作[2]。

本系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程監(jiān)控包含用戶登錄、現(xiàn)場(chǎng)整線狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示、部分關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、現(xiàn)場(chǎng)視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史視頻查詢等功能。遠(yuǎn)程監(jiān)控界面遵循和現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)監(jiān)控的界面一致，保證用戶使用的方便性和無(wú)差異性。

2.4VPN數(shù)據(jù)加密技術(shù)

VPN（虛擬專用網(wǎng)絡(luò)）屬于遠(yuǎn)程訪問(wèn)技術(shù)，是在公用網(wǎng)絡(luò)上建立專用網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行加密通訊。實(shí)質(zhì)就是利用加密技術(shù)在公網(wǎng)上封裝出一個(gè)數(shù)據(jù)通信隧道。

本系統(tǒng)采用VPN服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)的數(shù)據(jù)加密，布置圖如圖7所示。該VPN服務(wù)器基于Windows 2000 Server操作系統(tǒng)，配備一個(gè)公用的IP地址，連接企業(yè)內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)和公用Internet[3]。

圖7　VPN專用網(wǎng)絡(luò)示意圖

2.5用戶權(quán)限管理

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)支持用戶權(quán)限管理，遠(yuǎn)程用戶管理員為每個(gè)用戶添加了權(quán)限等級(jí)，每個(gè)用戶在登錄系統(tǒng)時(shí)可以根據(jù)不同的用戶等級(jí)擁有不同的訪問(wèn)權(quán)限。一級(jí)用戶可以查看所有的實(shí)時(shí)視頻、參數(shù)以及歷史視頻和參數(shù)，并且可以控制前端設(shè)備；二級(jí)用戶可以查看所有的實(shí)時(shí)視頻、參數(shù)，可遠(yuǎn)程控制某些設(shè)備；三級(jí)用戶可以查看所有的實(shí)時(shí)視頻和參數(shù)；四級(jí)用戶可以查看部分授權(quán)視頻和參數(shù)。

3　現(xiàn)場(chǎng)分布式數(shù)據(jù)采集

OPC便于集成不同系統(tǒng)中數(shù)據(jù)，不同控制系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接再與應(yīng)用程序連接，只需要知道不同控制系統(tǒng)的PLC地址即可。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖8所示。

圖8　數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

OPC服務(wù)器配置流程如下圖所示：

1）打開(kāi)Station Configuration，如圖9所示，在Index 1中插入OPCServer，在Index 3中插入IE General，保存站名為Server0813。

圖9　OPC服務(wù)器組態(tài)

2）在SIMATIC Manager里新建一個(gè)項(xiàng)目，新建一個(gè)PC Station，配置和步驟1相同，并建立一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)。再點(diǎn)擊“Configure NetWork”設(shè)置OPC服務(wù)器的OPC連接，如圖10所示，只需要在添加連接時(shí)將相應(yīng)的PLC地址輸入正確即可，如圖所示。

圖10　OPC服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接

4　結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在國(guó)產(chǎn)乘用車沖壓生產(chǎn)線上的視頻和參數(shù)的本地監(jiān)控及遠(yuǎn)程監(jiān)控，在實(shí)時(shí)性方面滿足了一定的要求，在實(shí)地使用中系統(tǒng)穩(wěn)定性好、響應(yīng)時(shí)間短、易維護(hù)、界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔易懂。但是在系統(tǒng)智能化水平與監(jiān)控范圍上還有一些不完善的地方，相信隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步還可以進(jìn)一步提高改善，從而實(shí)現(xiàn)更加智能化與實(shí)用的監(jiān)控系統(tǒng)。

[1] 趙慶磊.關(guān)于智能監(jiān)控系統(tǒng)的探討[J].江西建材,2014,(19):269-269.

[2] 徐進(jìn)學(xué),胡紅武,劉玉梅,等.基于OPC技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(5):574-577.

[3] 肖毅.VPN技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò),2005,(14):28,41.

Application of intelligent monitoring system in automobile production line

YE Ai-ping1, JIA Pei1, XI Zhong-min2, ZHONG Jian2, WANG Zhi-heng1

TP277

A

1009-0134(2016)02-0038-04

2015-12-17

國(guó)家科技重大專項(xiàng)資助

葉愛(ài)萍（1988 -），女，助理工程師，碩士，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)應(yīng)用。