聶建偉 胡凱敏

摘?要：隨著我國(guó)制造業(yè)向工業(yè)4.0發(fā)展，沿海地區(qū)制造業(yè)工廠(chǎng)紛紛引進(jìn)了MES系統(tǒng)。橋式起重機(jī)在我國(guó)制造業(yè)中占有非常重要地位，市場(chǎng)客戶(hù)對(duì)江西工埠機(jī)械有限公司有越來(lái)越多的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控方面要求。本文主要介紹在.NET Framework4.5環(huán)境下，通過(guò)C#編寫(xiě)上位機(jī)程序，讀取/寫(xiě)入西門(mén)子S7-200 SMART PLC的內(nèi)部V區(qū)寄存器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控橋式起重機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)目的。并且一臺(tái)PC電腦監(jiān)控多臺(tái)起重機(jī)，從而搭建起重機(jī)MES系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0;MES系統(tǒng);C#上位機(jī);PLC;數(shù)據(jù)監(jiān)控

起重機(jī)在機(jī)械、交通運(yùn)輸、港口、冶金、汽車(chē)、采礦、造船和國(guó)防等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，減輕了人類(lèi)眾多繁重的體力勞動(dòng)問(wèn)題。隨著我國(guó)從制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)發(fā)展，沿海地區(qū)制造業(yè)大廠(chǎng)紛紛引入了MES系統(tǒng)智能制造理念。起重機(jī)的幾個(gè)痛點(diǎn)一直未能解決：（1）各部件難以記錄其具體使用次數(shù)，難以判斷其使用壽命;（2）操作人員難以有效記錄各臺(tái)起重機(jī)各月使用次數(shù)，無(wú)法制定一對(duì)一保養(yǎng)計(jì)劃;（3）工廠(chǎng)巡檢人員無(wú)法同時(shí)監(jiān)控工廠(chǎng)所有起重機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行狀況。

江西工埠機(jī)械針對(duì)以上問(wèn)題點(diǎn)提出要盡快開(kāi)發(fā)出屬于起重機(jī)的MES系統(tǒng)，從而更全面的監(jiān)控各臺(tái)起重機(jī)信息，針對(duì)性的制定保養(yǎng)計(jì)劃，減少由于設(shè)備故障導(dǎo)致停工停產(chǎn)問(wèn)題。

1 論述分析

MES是一個(gè)復(fù)雜的信息化項(xiàng)目，系統(tǒng)中的各個(gè)組件都不是孤立的，必須要全局考慮，分布分項(xiàng)將各個(gè)工作落地實(shí)施。根據(jù)起重機(jī)硬件狀況，此MES系統(tǒng)的搭建需要從硬件到軟件，分步完成，具體工作如下：

1.1 硬件架構(gòu)搭建

為了MES系統(tǒng)的安全性和可靠性，系統(tǒng)總體架構(gòu)為服務(wù)器+客戶(hù)的端運(yùn)行方式，整個(gè)項(xiàng)目基于可靠地windows系統(tǒng)。PC服務(wù)器開(kāi)發(fā)平臺(tái)基于.NET Framework 4.5，使用C#開(kāi)發(fā)語(yǔ)言編程軟件。

由于橋式起重機(jī)大車(chē)機(jī)構(gòu)需要行走，PLC的網(wǎng)口的物理位置不是固定的，因此無(wú)法使用有線(xiàn)的連接方式與MES系統(tǒng)服務(wù)器連接，所以服務(wù)端主交換機(jī)與（GBM起重機(jī)）客戶(hù)端交換機(jī)通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式組網(wǎng)。將工控機(jī)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接主交換機(jī)，再將主交換機(jī)與工廠(chǎng)內(nèi)各臺(tái)起重機(jī)的客戶(hù)端交換機(jī)無(wú)線(xiàn)方式組網(wǎng)。設(shè)置工控機(jī)及起重機(jī)PLC網(wǎng)口IP地址及網(wǎng)關(guān)，將其設(shè)置為：IP 192.168.1.X。X值為各PC和PLC地址，使其在同一局域網(wǎng)中，并保證不會(huì)出現(xiàn)IP沖突。

1.2 PC軟件UI設(shè)計(jì)

起重機(jī)MES系統(tǒng)通過(guò)采集制動(dòng)器、電機(jī)、行程開(kāi)關(guān)的各月份使用情況，幫助客戶(hù)有針對(duì)性的制定各月保養(yǎng)計(jì)劃，減少生產(chǎn)時(shí)停工停產(chǎn)狀況發(fā)生。所以通過(guò)C#編寫(xiě)的winform窗體程序需要涵蓋大量信息，添加tabControl控件將MES頁(yè)面進(jìn)行分頁(yè)，目前設(shè)置為“運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控”頁(yè)面和“圖表顯示”頁(yè)面。

“運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控”頁(yè)面主要顯示車(chē)間起重機(jī)的連線(xiàn)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間、故障次數(shù)、IP地址等信息，從而方便技術(shù)員或工廠(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)一目了然的了解車(chē)間解車(chē)間所有起重機(jī)的狀況，出現(xiàn)故障時(shí)可以快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。添加groupbox控件劃分各臺(tái)起重機(jī)的數(shù)據(jù)顯示區(qū)域，設(shè)備信息通過(guò)標(biāo)簽控件label進(jìn)行顯示。

“圖表顯示”頁(yè)面主要顯示選取的一臺(tái)起重機(jī)的詳細(xì)信息，信息包括制動(dòng)器各個(gè)月份的使用頻率，此臺(tái)起重機(jī)各個(gè)部件故障報(bào)警占比。通過(guò)這些信息，技術(shù)員可以針對(duì)特殊月份制定保養(yǎng)計(jì)劃。記錄各臺(tái)起重機(jī)的頻繁故障報(bào)警部件，聯(lián)合專(zhuān)家查找真因。

添加chart控件對(duì)制動(dòng)器各月的使用次數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，將控件的Series成員下的Series1的屬性ChartType設(shè)置為“Column”（柱形圖顯示）。設(shè)置各月份使用次數(shù)超過(guò)1000次時(shí)顯示為紅色，提醒技術(shù)員盡快進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)動(dòng)作。

添加chart控件對(duì)設(shè)備故障次數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，將控件的Series成員下的Series1的屬性ChartType設(shè)置為“Pie”（餅圖顯示）。技術(shù)員和專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)此餅圖可以直觀的了解該起重機(jī)哪個(gè)部件頻繁故障，從而制定有針對(duì)性的保養(yǎng)和維修計(jì)劃。

1.3 PC軟件代碼編寫(xiě)

MES系統(tǒng)的上位機(jī)與西門(mén)子PLC的通訊協(xié)議走TCP/IP方式，西門(mén)子公司針對(duì)上位機(jī)通訊提供有專(zhuān)用API庫(kù)供開(kāi)發(fā)者使用，將項(xiàng)目工程引用添加西門(mén)子PLC庫(kù)文件S7.NET.DLL。起重機(jī)MES系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)方式是PC上位機(jī)讀取/寫(xiě)入PLC的V區(qū)寄存器，對(duì)應(yīng)庫(kù)方法為ReadBytes和WriteBytes。

PLC有大量寄存器，需要分配一個(gè)專(zhuān)用區(qū)間供MES系統(tǒng)交互使用。在此定義V區(qū)寄存器范圍為VB3000至VB3999，共1000個(gè)字節(jié)地址供使用，通過(guò)ReadMultipleBytes方法讀取一段V區(qū)間地址數(shù)據(jù)。

1.4 PLC梯形圖編程

PC上位機(jī)要顯示起重機(jī)的狀態(tài)信息，則必須保證PLC將正確數(shù)據(jù)寫(xiě)入V區(qū)寄存器中，以供PC讀取。MES系統(tǒng)顯示起重機(jī)的連接狀態(tài)，需要PLC提供心跳信號(hào)，梯形圖邏輯將VB3000間隔1S時(shí)間寫(xiě)1和寫(xiě)0，若MES系統(tǒng)識(shí)別VB3000超時(shí)未有變化，則認(rèn)為此臺(tái)起重機(jī)掉線(xiàn)，分析其為斷電或網(wǎng)線(xiàn)故障。起重機(jī)各部件使用一次，則在該部件對(duì)應(yīng)寄存器使用次數(shù)增加一次。同理，各部件故障一次，則對(duì)應(yīng)寄存器故障次數(shù)增加一次。使用西門(mén)子PLC的ADD_DI加法雙精度整數(shù)指令，將所需要監(jiān)控的部件進(jìn)行監(jiān)控。起重機(jī)各部件動(dòng)作由PLC的Q輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)繼電器控制其對(duì)應(yīng)動(dòng)作，所以每使用一次則通過(guò)該Q輸出點(diǎn)的上升沿指令輸出，觸發(fā)對(duì)應(yīng)寄存器地址數(shù)據(jù)加1。

2 結(jié)語(yǔ)

時(shí)代在更替，科技在進(jìn)步，起重機(jī)與智能化信息化結(jié)合發(fā)展更能符合當(dāng)今世界的發(fā)展潮流，所以具備MES系統(tǒng)起重機(jī)具備極大的發(fā)展前景。一直以來(lái)我國(guó)起重機(jī)處于模仿和追趕階段，此次工業(yè)4.0的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，給我國(guó)提供了一次彎道超車(chē)的機(jī)會(huì)。開(kāi)發(fā)起重機(jī)MES系統(tǒng)是我們朝著智能起重機(jī)發(fā)展的一小步，也是關(guān)鍵的一步。我們應(yīng)該積極采取符合自身的方式方法，縮小與傳統(tǒng)起重機(jī)強(qiáng)國(guó)在這方面的差距。相信經(jīng)過(guò)政府的重視和投入，科技工作者不斷的研究學(xué)習(xí)之后，能夠?qū)υ擃I(lǐng)域的認(rèn)識(shí)達(dá)到一個(gè)到新的高度。

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作者簡(jiǎn)介：聶建偉（1990-），男，漢族，江西樟樹(shù)人，本科，助理工程師，研究方向：起重機(jī);胡凱敏（1988-），男，漢族，江西高安人，本科，助理工程師，研究方向：起重機(jī)。