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

葉愛萍，賈 沛，席忠民，鐘 劍，王之恒

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

葉愛萍1，賈 沛1，席忠民2，鐘 劍2，王之恒1

（1.北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120；2.廣州汽車集團乘用車有限公司，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)場的設(shè)備參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)和生產(chǎn)線現(xiàn)場視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，通過OPC技術(shù)實現(xiàn)了多個現(xiàn)場PLC數(shù)據(jù)的采集、處理及報警等功能，并采用SQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時存取及處理；另外該系統(tǒng)采用ASP程序和B/S模式實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)和視頻的遠程實時訪問，并采用VPN服務(wù)器保證了外部網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)和視頻的安全性。

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

0　引言

智能監(jiān)控系統(tǒng)是通過對象信息采集系統(tǒng)、界面顯示系統(tǒng)、分析處理系統(tǒng)和報警反饋系統(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，通過分析識別出是否有人員出入規(guī)定區(qū)域、判斷監(jiān)控畫面中是否有異常情況等，并及時發(fā)出報警或觸發(fā)其他動作。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警等提示信息，同時觸發(fā)相應(yīng)的處理程序。遠程監(jiān)控系統(tǒng)是通過Intranet或Internet實現(xiàn)對現(xiàn)場監(jiān)控的遠程訪問。

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]。本文主要針對汽車沖壓線生產(chǎn)的零件數(shù)量大、種類多、過程復雜、對設(shè)備要求高等特點，研究了一套智能生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)以及遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以現(xiàn)場監(jiān)視生產(chǎn)過程和現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)和各種參數(shù)，控制者也可遠程監(jiān)控，不必親臨現(xiàn)場，節(jié)省大量人力物力。管理人員可以監(jiān)視遠程生產(chǎn)運行情況，根據(jù)需要及時發(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遠程對象進行故障診斷、系統(tǒng)升級等。

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)，并同時支持現(xiàn)場監(jiān)控和遠程監(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）是對沖壓生產(chǎn)線現(xiàn)場分布于不同工位的設(shè)備采用高清攝像機，通過網(wǎng)絡(luò)交換機和硬盤錄像機顯示到現(xiàn)場視頻監(jiān)視器，并通過內(nèi)置的視頻處理軟件識別報警和視頻資料的輪詢播放，另外通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可在遠程客戶瀏覽器上實時查看和檢索視頻。

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）通過實時采集現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，并通過上位機軟件實時顯示并存儲到本地數(shù)據(jù)庫，供用戶查詢和遠程訪問。

圖3　設(shè)備參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)

1.2智能監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

通過智能生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的研究，運用現(xiàn)場總線技術(shù)將分布于各個設(shè)備的傳感器、監(jiān)控設(shè)備等連接起來，然后各個管理站點的服務(wù)再用局域網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)資源和信息共享，采用OPC技術(shù)實現(xiàn)不同設(shè)備的標準化數(shù)據(jù)采集，從而實現(xiàn)整個沖壓車間生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的檢測、故障信息的顯示報警、沖壓生產(chǎn)線實時的智能視頻監(jiān)控、生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的實時采集、存儲與智能分析，此外通過人性化的交互軟件界面設(shè)計將有助于提高整個監(jiān)控系統(tǒng)的可操作性和實用性。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用?？低暤谋O(jiān)控軟件平臺，該平臺可以實現(xiàn)視頻的點播、輪詢、查詢、回放、快進、遠程訪問等功能，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)場整線監(jiān)控軟件平臺、遠程網(wǎng)頁監(jiān)控平臺和本地數(shù)據(jù)庫平臺?，F(xiàn)場狀態(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)的實時顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、日志查詢、故障報警提示并記錄等功能。遠程網(wǎng)頁監(jiān)控平臺的功能基本和現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)控軟件的功能一致，界面設(shè)計也類似。

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)的接口標準，是應(yīng)用程序和現(xiàn)場設(shè)備控制器之間的數(shù)據(jù)通訊的接口。自從有了這個標準，即使現(xiàn)場設(shè)備繁多，只要遵循同一個的OPC接口標準就可以很容易實現(xiàn)Windows應(yīng)用程序和現(xiàn)場設(shè)備控制器的數(shù)據(jù)通訊。

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

2.2數(shù)據(jù)庫管理

本系統(tǒng)采用微軟的SQLServer2008數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計根據(jù)實用性設(shè)計了實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、用戶數(shù)據(jù)庫、報警數(shù)據(jù)庫和日志數(shù)據(jù)庫。其中，實時數(shù)據(jù)庫是將OPC采集來的實時更新的數(shù)據(jù)存入到表中，方便遠程數(shù)據(jù)訪問；歷史數(shù)據(jù)庫是將OPC采集到的所有更新的數(shù)據(jù)添加時間列存入表中，方便查詢。本系統(tǒng)采用自動滾動存儲，其中視頻存儲周期為2周，參數(shù)存儲周期為半年。

2.3基于WEB的遠程數(shù)據(jù)訪問技術(shù)

遠程參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式，并采用asp語言編程，可采用VBScript和JavaScript等簡易的腳本語言編寫，asp程序無需編譯、易于生成、獨立于瀏覽器，可通過ADO連接ODBC來訪問服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫表，對數(shù)據(jù)庫中表進行增、刪、改、查等操作[2]。

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

2.4VPN數(shù)據(jù)加密技術(shù)

VPN（虛擬專用網(wǎng)絡(luò)）屬于遠程訪問技術(shù)，是在公用網(wǎng)絡(luò)上建立專用網(wǎng)絡(luò)，進行加密通訊。實質(zhì)就是利用加密技術(shù)在公網(wǎng)上封裝出一個數(shù)據(jù)通信隧道。

本系統(tǒng)采用VPN服務(wù)器實現(xiàn)遠程訪問的數(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

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

3　現(xiàn)場分布式數(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)拓撲圖如圖8所示。

圖8　數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)拓撲

OPC服務(wù)器配置流程如下圖所示：

1）打開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里新建一個項目，新建一個PC Station，配置和步驟1相同，并建立一個工業(yè)以太網(wǎng)。再點擊“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

本系統(tǒng)實現(xiàn)了在國產(chǎn)乘用車沖壓生產(chǎn)線上的視頻和參數(shù)的本地監(jiān)控及遠程監(jiān)控，在實時性方面滿足了一定的要求，在實地使用中系統(tǒng)穩(wěn)定性好、響應(yīng)時間短、易維護、界面設(shè)計簡潔易懂。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)展進步還可以進一步提高改善，從而實現(xiàn)更加智能化與實用的監(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] 徐進學,胡紅武,劉玉梅,等.基于OPC技術(shù)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計[J].沈陽工業(yè)大學學報,2007,29(5):574-577.

[3] 肖毅.VPN技術(shù)的實現(xiàn)和應(yīng)用[J].計算機與網(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

國家科技重大專項資助

葉愛萍（1988 -），女，助理工程師，碩士，研究方向為自動化技術(shù)應(yīng)用。