基于物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云的紡織機械遠程運維系統(tǒng)運用

張勤剛 姚 衡 趙 虹 張少民 沈加海

（海寧紡織機械有限公司，浙江嘉興314400）

0 引言

紡織機械設備全天運轉(zhuǎn)，一旦故障停機會給紡織企業(yè)帶來經(jīng)濟損失。通常對故障設備的診斷維護需要紡機生產(chǎn)商安排工程師趕赴現(xiàn)場分析排查，這種方式費時耗力[1]。而且隨著紡織產(chǎn)業(yè)向東南亞、非洲等區(qū)域轉(zhuǎn)移，國內(nèi)主機廠的運維成本不斷增加[2]。如何實現(xiàn)紡織機械設備的故障快速糾錯和遠程修復，是紡織行業(yè)面臨的一個問題。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，紡織行業(yè)的信息化水平不斷提升，數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化進程不斷加快，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）、云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)逐步滲透到紡織工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)[3]，為切實提升客戶效益，降低自身成本，實現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，我們開始構(gòu)建和應用基于物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云的遠程運維系統(tǒng)。本文論述了遠程運維系統(tǒng)的體系架構(gòu)，并通過運用實例論證了運維系統(tǒng)的可行性。

1 紡織機械遠程運維系統(tǒng)體系架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云的紡織機械遠程運維系統(tǒng)體系架構(gòu)主要包括紡織物聯(lián)網(wǎng)感知層、數(shù)據(jù)傳輸層、云平臺層和運用層。系統(tǒng)功能的實現(xiàn)需要信息采集技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、中間件技術(shù)、云計算技術(shù)以及一些公共技術(shù)的支持。

1.1 紡織物聯(lián)網(wǎng)感知層

紡織物聯(lián)網(wǎng)感知層是該系統(tǒng)的物理最底層，主要由與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能傳輸終端相連的紡織機械設備PLC控制器及各類傳感檢測裝置組成。傳感檢測技術(shù)是運用傳感器進行自動檢測并及時準確獲取外界事物各種信息的過程，是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物物相連的關(guān)鍵技術(shù)之一[4]。PLC控制器通過傳感器裝置采集設備的各種實時狀態(tài)及數(shù)據(jù)信息，同時每臺紡織機械設備的PLC控制器都與一臺工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能傳輸終端設備相連。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能傳輸終端設備完成數(shù)據(jù)采集與邊緣計算，它是連接紡織機械設備和工業(yè)云的紐帶。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸層

通過建立高效、高可靠的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，將傳感器采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)焦I(yè)云計算中心的實時數(shù)據(jù)收集集群，并存入云端數(shù)據(jù)庫中[5]。數(shù)據(jù)的傳輸方式可以經(jīng)由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能傳輸終端以網(wǎng)線、GPRS、4G（中國移動、聯(lián)通、電信）等方式實現(xiàn)。

1.3 云平臺層

主要在云端服務器（計算/存儲/網(wǎng)絡）的基礎(chǔ)上對由紡織物聯(lián)網(wǎng)感知層現(xiàn)場采集的各類數(shù)據(jù)進行分析處理，并構(gòu)建基于智能云服務的IoT設備管理平臺。

1.4 運用層

運用層主要是通過PC客戶端、WEB客戶端、手機APP等形式提供紡織機械設備實時狀態(tài)監(jiān)測服務、運行統(tǒng)計分析服務、故障/異常工況報警服務、設備故障率分布分析服務、在線故障診斷服務、實時視頻監(jiān)控服務等等。

2 紡織機械遠程運維系統(tǒng)的運用實施

基于上述研究內(nèi)容，利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、云計算技術(shù)和APP運用等微服務架構(gòu)對遠程運維系統(tǒng)進行設計和開發(fā)，形成基于物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云的紡織機械遠程運維系統(tǒng)平臺。結(jié)合浙江某紡織企業(yè)紡織后整理設備車間起毛機、燙光機、剪毛機智能聯(lián)機生產(chǎn)線的遠程監(jiān)控及遠程運維系統(tǒng)的運用實施，完成了遠程運維系統(tǒng)的初步運用驗證。實施過程中，我們使用中國移動手機流量卡，以4G網(wǎng)絡的方式使得設備連接云端服務器，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入。主控制PLC和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳輸終端之間通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。

實際設備按照上述系統(tǒng)架構(gòu)搭建控制網(wǎng)絡后，實際投入生產(chǎn)使用，可以通過登陸開發(fā)的電腦客戶端軟件平臺，對所連接的設備進行數(shù)據(jù)監(jiān)控、遠程診斷、遠程程序的上下載調(diào)試等操作。登陸后的主界面如圖1所示。

圖1 紡織機械遠程運維平臺電腦客戶端主界面

通過電腦PC客戶端可以方便地實現(xiàn)設備的遠程監(jiān)控和遠程診斷、數(shù)據(jù)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計、故障預警設置等功能，具體實現(xiàn)方法及其他操作界面內(nèi)容較多，本文不再一一闡述。同時也可以通過手機端實時獲取設備相關(guān)信息：微信端實時報警提醒、手機端實時監(jiān)控畫面、相關(guān)設備信息等。

同時通過電腦或手機等智能終端登陸云端服務器，以云組態(tài)的方式開發(fā)建立了設備遠程運行維護管理平臺，該平臺可實現(xiàn)對即將出售設備的全面管理。平臺功能主要包括設備檔案管理、實時監(jiān)控和報警、設備安全、維護管理、統(tǒng)計分析等。通過瀏覽器輸入相應地址之后進入管理平臺登陸界面，輸入用戶名admin和密碼后，即可進入管理平臺界面。

進入平臺首頁，為運營中心所配置的設備的地理分布圖，在每增加一臺具有互聯(lián)網(wǎng)接入功能的設備后就可以在設備管理平臺上將該設備添加上去，而且設備ID是絕對的一對一。基于此，即可從設備售出之日起實時掌握設備狀態(tài)，實現(xiàn)對出售設備的地理分布統(tǒng)計及管理登記，隨時在線查看設備的開機率、使用效率等數(shù)據(jù)。

在點擊地理分布圖上對應的設備點后，可以進入“設備管理”和“監(jiān)控詳情”查看該臺設備的各種信息，當然這些信息是事先組態(tài)編輯好的。點擊“監(jiān)控詳情”可進入某臺紡織后整理設備的具體監(jiān)控畫面。

對于具體需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)和設備相關(guān)信息都可以事先組態(tài)設計好，可以組態(tài)多個畫面。通過監(jiān)控畫面可以隨時查看客戶加工產(chǎn)量、布速、燙輥轉(zhuǎn)速、燙輥溫度、張力等各種工藝參數(shù)；如有需要，可以在線實時更改參數(shù)（參數(shù)需要事先設置成可讀寫）。一些容易超負荷的參數(shù)等可以設置預警功能，簡單的維護無需派員親赴現(xiàn)場，這就逐步完善了智能維保功能，推進了設備的全生命周期管理。

上述紡織企業(yè)應用開發(fā)實例，初步驗證了物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云在紡織機械遠程運維系統(tǒng)運用的可行性，該遠程運維系統(tǒng)的運用降低了設備運維成本，提高了售后服務的響應速度，消除了紡織設備制造企業(yè)內(nèi)部信息孤島，形成了設備全生命周期管理平臺，同時為紡織生產(chǎn)企業(yè)提供了可靠、實時的設備監(jiān)控管理智能運用，構(gòu)建了全新的客戶關(guān)系，提供主動售后服務，具有推廣價值。

3 結(jié)語

紡織機械遠程運維系統(tǒng)以生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)云平臺為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對所售出產(chǎn)品的遠程診斷和維護，降低了設備運維成本，為紡織企業(yè)提供更為快捷的服務，減少了客戶損失，提升了企業(yè)形象；通過在設備上增加各類現(xiàn)場檢測和傳感器裝置，使得設備具有深度感知功能，利用專家經(jīng)驗對設備問題進行預警或者預案處理，實現(xiàn)預防式維護?；谖锫?lián)網(wǎng)和工業(yè)云的遠程運維系統(tǒng)將原有的零散化管理轉(zhuǎn)變?yōu)榧芯C合化有序管理，推進了設備的全生命周期管理，適宜在紡織機械行業(yè)推廣。