琚長江, 胡良輝, 李 倩

(1.上海電器科學(xué)研究院, 上海 200063; 2.上海理工大學(xué), 上海 200093)

0 引 言

電氣設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場、樓宇、小區(qū)建筑等應(yīng)用場合發(fā)生設(shè)備故障時,客戶常通過電話聯(lián)系技術(shù)工程師進行溝通,而技術(shù)工程師根據(jù)客戶描述的故障現(xiàn)象進行診斷,遇到稍微復(fù)雜點的問題,常需要派技術(shù)工程師到現(xiàn)場解決問題。這種解決設(shè)備故障問題的方法效率低下,產(chǎn)品的維護成本較高。

本文設(shè)計一種基于云平臺的設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng),其核心組成包括云平臺管理軟件、智能控制器、工業(yè)通信服務(wù)器和遠程服務(wù)終端軟件。設(shè)備遠程監(jiān)控云平臺是一種應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型模式,能夠通過互聯(lián)網(wǎng)實時獲取遠程設(shè)備數(shù)據(jù),可將設(shè)備運行狀態(tài)送到客戶端軟件,技術(shù)工程師可以在遠程進行維護,解決現(xiàn)場的問題。這種新型的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以提高設(shè)備遠程維護的效率,減少人力物力,降低維護成本。

1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成

遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖1所示?；谠破脚_的設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)用于實現(xiàn)對遠程設(shè)備的監(jiān)控[1-2],主要包括云平臺管理軟件、智能控制器、工業(yè)通信服務(wù)器、遠程服務(wù)終端。在基于云平臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)中,可以將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通過智能控制器和工業(yè)通信服務(wù)器傳送到云平臺,云平臺接收信息后傳送到遠程服務(wù)終端。監(jiān)控設(shè)備的故障信息和報警信息及時地反饋給工程師,實現(xiàn)遠程維護的目標(biāo)?；谠摫O(jiān)控系統(tǒng),用戶能夠在辦公室中遠程獲知各地設(shè)備的運行狀態(tài),判斷現(xiàn)場狀況,從而遠程解決大部分的故障。

圖1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成

1.1 云平臺

云平臺部署在云端服務(wù)器上,提供云計算、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)存儲的云服務(wù)。為滿足系統(tǒng)的需求,云平臺實現(xiàn)的功能有工業(yè)通信服務(wù)器管理、數(shù)據(jù)采集、遠程監(jiān)控、故障報警、歷史數(shù)據(jù)查詢等。云平臺能夠?qū)崟r獲取遠程設(shè)備數(shù)據(jù),對設(shè)備運行進行遠程監(jiān)控、故障診斷與遠程維護。管理人員在遠離現(xiàn)場的情況下可以實時監(jiān)測和控制各個終端設(shè)備,對各設(shè)備進行相關(guān)信息的統(tǒng)計和綜合查詢。

1.2 工業(yè)通信服務(wù)器

工業(yè)通信服務(wù)器是一款智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器,是智能控制器與云平臺之間的數(shù)據(jù)通信橋梁,提供RS-232/RS-485串口到TCP/IP網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換,以太網(wǎng)側(cè)工作在TCP Client模式,串口側(cè)工作在Modbus主站模式。上電后,工業(yè)通信服務(wù)器主動連接云平臺,同時掃描智能控制器,從平臺上讀取配置信息,并同智能控制器驗證,驗證成功后云平臺與智能控制器之間進行數(shù)據(jù)雙向通信。通信服務(wù)器在斷電上電或網(wǎng)絡(luò)掉線時也能自動重新連接云平臺,可以確保通信質(zhì)量和通信的實時性,滿足遠程監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

1.3 智能控制器

智能控制器適用于工廠中流水線、機械手的控制,支持工業(yè)以太網(wǎng)通信及串口通信、可編程控制、高精度運動控制、直線插補、圓弧插補和主從軸同步控制、電子凸輪等復(fù)雜高精度的運動控制技術(shù)[3-4]。智能控制器支持梯形圖編程,通過可編程軟件二次開發(fā)應(yīng)用程序,程序容量24 KB。核心硬件主要采用一款A(yù)RM公司功能強大的Cortex M4處理器,外接系統(tǒng)程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、片外FLASH存儲器、實時時鐘、電源電路、看門狗、輸入/輸出處理電路等。智能控制器在工業(yè)現(xiàn)場對設(shè)備進行運行管理,并通過工業(yè)通信服務(wù)器與云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

1.4 遠程終端軟件

終端軟件可運行在手機、iPad(Android、IOS系統(tǒng))上[5],支持HTML5頁面設(shè)計技術(shù)、數(shù)據(jù)庫緩存加速訪問技術(shù),通過基于http協(xié)議的Restful框架數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)移動終端對云服務(wù)的訪問,用戶能隨時隨地獲取生產(chǎn)信息,并下達命令。系統(tǒng)對用戶進行分類,使不同用戶根據(jù)其權(quán)限訪問不同的界面和數(shù)據(jù)。軟件配合實際工程中的業(yè)務(wù)功能設(shè)計,使工作人員能更直觀地運用遠程服務(wù)終端軟件。用戶通過遠程終端軟件可遠程監(jiān)控智能控制器連接的相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)。

2 遠程維護系統(tǒng)工作原理

基于云平臺的設(shè)備監(jiān)控與維護工作流程示意如圖2所示。

圖2 基于云平臺的設(shè)備監(jiān)控與維護工作流程示意

智能控制器和工業(yè)通信服務(wù)器采集現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù),通過以太網(wǎng)上傳至云平臺?；ヂ?lián)網(wǎng)云平臺對設(shè)備運行狀況、故障信息、實時狀態(tài)等信息進行實時監(jiān)控;進行生產(chǎn)監(jiān)控,顯示包括生產(chǎn)狀態(tài)、生產(chǎn)速度、產(chǎn)量及運行時間等數(shù)據(jù);對設(shè)備信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行集中處理,具有多樣化的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析功能。

當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時[6],云平臺通過郵件、短信等方式,及時通知相關(guān)工程維護技術(shù)人員、負責(zé)人或客戶服務(wù)人員。工程維護技術(shù)人員可以在終端軟件查看遠程診斷信息,得知具體的故障點,并根據(jù)平臺提供的信息遠程排除相關(guān)故障,在不能遠程解決的情況下才會通知應(yīng)用工程師去現(xiàn)場服務(wù)。

3 試驗驗證

3.1 試驗平臺組成

試驗平臺包含云平臺管理系統(tǒng)、遠程服務(wù)APP終端軟件、工業(yè)通信服務(wù)器、智能控制器、生產(chǎn)流水線、機械手物料定位系統(tǒng)、激光打印機等模塊?；谠破脚_的監(jiān)控系統(tǒng)的試驗系統(tǒng)如圖3所示。用戶可通過遠程服務(wù)APP終端軟件,在手機或平板電腦上進行下單;云平臺接到訂單以后,負責(zé)分發(fā)生產(chǎn)任務(wù)到生產(chǎn)設(shè)備,同時監(jiān)控原料、訂單、生產(chǎn)狀態(tài)等信息;用戶可通過終端軟件查看即時的生產(chǎn)信息;工業(yè)通信服務(wù)器完成底層工作設(shè)備的數(shù)據(jù)與云平臺之間的傳輸工作;智能控制器控制生產(chǎn)流水線、機械手等完成生產(chǎn)加工任務(wù),將生產(chǎn)數(shù)據(jù)、報警信息等上傳到云平臺;激光打印機用來模擬生產(chǎn)終端。

圖3 基于云平臺的監(jiān)控系統(tǒng)的試驗系統(tǒng)

3.2 試驗平臺功能

(1) 設(shè)備運行管理。對整體設(shè)備統(tǒng)計的數(shù)據(jù)有設(shè)備使用次數(shù)、設(shè)備使用時長、設(shè)備故障記錄。故障記錄包括故障點、故障信息、故障發(fā)生時間點、故障解決時間點和故障修復(fù)時長。通過故障時間、設(shè)備持續(xù)運行時間的信息來計算設(shè)備的平均無故障時間MTBF。

(2) 訂單定制。用戶可以通過終端APP下訂單來定制不同的產(chǎn)品,通過APP設(shè)計要打印的名片盒上的文字,發(fā)送給現(xiàn)場的智能控制器,點擊打印確認后,即可完成名片的制作。訂單定制界面如圖4所示。

圖4 訂單定制界面

(3) 生產(chǎn)監(jiān)控。生產(chǎn)監(jiān)控的變量有原料數(shù)量、產(chǎn)品數(shù)量、不良品數(shù)量、生產(chǎn)效率(每小時產(chǎn)量)、成品不良率等。監(jiān)控的設(shè)備運行概況有運行中或者停機中傳送帶的速度。產(chǎn)量統(tǒng)計界面如圖5所示,餅圖包括合格品數(shù)量和不合格品數(shù)量,以及各自所占的比例;折線圖顯示在所選月份里每天的產(chǎn)量。

圖5 產(chǎn)量統(tǒng)計界面

(4) 視頻監(jiān)控。終端APP軟件還集成視頻攝像頭監(jiān)控功能。在工作現(xiàn)場安裝攝像頭,視頻圖像傳送到云平臺存儲,同時終端APP軟件可以實時監(jiān)控現(xiàn)場,得到生產(chǎn)現(xiàn)場的畫面,讓管理者能隨時隨地了解生產(chǎn)情況。

(5) 故障診斷與報警。當(dāng)出現(xiàn)故障時,云平臺通過郵件、短信等方式自動地通知給預(yù)先設(shè)置的相關(guān)負責(zé)人。相關(guān)人員可以根據(jù)故障信息得知具體的故障點。當(dāng)收到云平臺系統(tǒng)報出的故障信息后,APP終端軟件自動報警,并通知操作人員。

3.3 試驗平臺驗證

試驗平臺的工作流程如下:

(1) 待加工的原料為名片盒,在傳輸帶上循環(huán)輸送。

(2) 通過平板電腦或手機的APP軟件連接云平臺,輸入名片盒上待定制的字符。APP軟件將打印命令通過云平臺發(fā)送到工業(yè)通信服務(wù)器,再由工業(yè)通信服務(wù)器發(fā)送到智能控制器,智能控制器通過檢測傳感器檢測到一個空的名片盒,控制三軸機械手抓取名片盒,放置到待打印位置,再控制激光打印機打印出所需要的字符。

(3) 訂單通過APP軟件進行下單,生產(chǎn)流水線由智能控制器控制,工業(yè)通信服務(wù)器將生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備信息等上傳到云平臺。云平臺實時顯示正在運行的流水線設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)狀態(tài)統(tǒng)計。云平臺電腦瀏覽器端監(jiān)控畫面如圖6所示。

圖6 云平臺電腦瀏覽器端監(jiān)控畫面

4 結(jié) 語

試驗平臺能夠穩(wěn)定、可靠地連續(xù)運行,驗證設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計是可行的。遠程監(jiān)控系統(tǒng)可實時監(jiān)控遠程設(shè)備、生產(chǎn)信息,還可以通過視頻遠程監(jiān)控和指導(dǎo)現(xiàn)場操作,使系統(tǒng)運行高效,故障響應(yīng)時間加快,降低解決問題的成本。

系統(tǒng)研究的成果可以進一步推廣,可以提高設(shè)備管理的信息化水平,加快工業(yè)化和信息化的融合,提升企業(yè)在設(shè)備研究、設(shè)計、系統(tǒng)集成以及運行管理方面的綜合實力。

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