智能制造技术在行业中的应用系列 第四讲 工厂设备的智能物联技术

专家：李方园 领域：SCADA-RTU 行业：未设置 日期：20-07-30 12:50 点击数：411

1、前言

工厂设备的智能化主要通过生产设备的自动化控制、状态信息和生产数据的采集与智能物联技术，形成高度数字化、自动化、状态可感知的智能生产装备，为智能制造及云管理平台的各类应用和服务提供数据支撑。

2、设备智能化框架

图1为设备智能化框架图，包括生产设备数据采集需求、生产设备数据采集实现方法、设备智能化的实施，流程等，适用于连接工厂底层设备智能化改造及实施。对于流程型或离散型的各类生产设备，利用传感、数据采集、信息网络等技术手段采集设备的状态信息和生产数据，用于企业内部各类控制、管理系统的业务应用，并最终为智能制造及云管理平台的各类应用提供支撑；同时，设备的各类数据也可以直接通过各类智能物联网关等边缘网关设备直接接入智能制造及云管理平台，为平台的智能应用提供数据基础。

图1 设备智能化框架图

（1）流程型行业数据采集

流程工业具有高能耗、高污染、高排放、高危险的特征，企业关注的重点是生产的连续、安全、高效、节能、环保、优化运行。流程工业的基础是流程工艺和生产设备，由过程控制系统实现生产的自动化，由设备，监测与维护管理系统保障设备运行的可靠性。

流程工业的设备智能化主要是通过增加传感器、检测仪和人工巡检方式实现设备的智能化。对于温度、压力、振动等一些物理量，可以通过加装传感器或检测仪实时获取设备运行状态，并通过无线网络或有线网络传送到设备监测与维护管理系统。对于破损、泄露、开裂等一些难以通过传感器进行检测的设备状态信息，采用人工巡检的方式，通过检测仪间接或人的感官直接获取设备状态，并使用移动终端记录、上传到设备监测与维护管理系统。

（2）离散型行业数据采集

连续工业生产与离散工业生产在设备、物料和产品特点方面的差异，导致了两种类型的工业生产在制造管理中存在诸多差异，离散制造企业制造执行过程中的生产数据采集主要用于支持企业的生产设备控制、排产计划、生产运维三个方面。

3、控制系统SCADA数据采集

图2为一种常见的SCADA软件系统构成，其软件划分的方法一般为层次法，把软件分为很多层，按照层次关系进行操作，如对于操作系统就必须按照层次进行分析，层次法的好处在于只要层间的关系划分合理，对某一层不满意，就可以重新编写一个层替换原来的层，而不需要修改其它代码。表1为SCADA软件构成的层次。

图2 SCADA系统软件构成

表1 软件构成的层次

从软件划分的角度看规约接口模块是整个SCADA软件直接和控制设备打交道的，从监控系统的数据来源看它是最底层的数据提供者，它所服务的对象是实时数据库。一般按照规约不同进行模块的划分，不同的规约采用不同的模块实现，OPC和OLE由专门的模块实现，不同的OPC和OLE采用不同的模块实现。

所有的规约都可以用有限状态机模型进行描述，采用状态机，画出状态转移图后，编写程序时，可以非常清楚状态间的转移和转移条件，避免进入死状态或者出现饿死的状态。规约接口模块可以由软件在前置系统实现，也可以通过硬件（网关设备）实现。所有的数据都写入实时数据库。

4、产品检测系统的物联技术实例

本实例中，采用现场工作站、视觉算法层以及数据中心等构成完整的五金件产品检测系统，如图3所示。

图3 产品检测系统

现场工作站主要由一些光学设备及自动化运行系统构成。光学系统一般包括工业相机、光源、棱镜等。高性能电脑则是视觉算法的载体，它将负责与现场工业相机通信，获取图片，并执行检测。当五金件经过相机时，传感器将触发一个脉冲信号通知相机进行拍照。图4为待测物体形状、数量和位置识别。

图5为产品检测系统在企业智能制造与云管理中的位置，充分发挥了智能物联的优势，实现了与MES、PLM、CRM系统对接，为技术人员提供完备的数据流，从而形成更加系统的智能制造体系。

图4 待测五金件识别

图5 产品检测系统在企业智能制造与云管理中的位置智能制造

5、结束语

在现有工厂区域内为了适应智能制造的生产环境，以及未来以数据为驱动的产业发展需求，工业企业内部网络整体上需满足高带宽、低时延、高可靠的要求，可选择多种智能物联技术，采用SCADA数据采集、边缘网关等方法，既保证网络的安全性，也增加了制造业的智能化和柔性能力。

摘自《自动化博览》2020年7月刊