生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測研究與實現(xiàn)

張為民 馬 杰

1(廣州航海學(xué)院信息與通信工程學(xué)院 廣東 廣州 510725)2(深圳市鎮(zhèn)泰自動化技術(shù)有限公司 廣東 深圳 518052)

0 引 言

制造企業(yè)生產(chǎn)過程不同類型生產(chǎn)設(shè)備之間相互獨立，若缺乏實時數(shù)據(jù)共享，則會導(dǎo)致一系列信息孤島問題，制約工廠各系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)[1]。生產(chǎn)過程中將多臺生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)遠程集中到一起，隨時通過網(wǎng)頁查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)、了解生產(chǎn)狀況、在線分析關(guān)鍵數(shù)據(jù)并及時發(fā)現(xiàn)異常。這對提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)過程穩(wěn)定及減少生產(chǎn)事故都具有重要意義[2-6]。傳統(tǒng)OPC技術(shù)(OLE for Process Control)，用于過程控制的對象鏈接和嵌入，這技術(shù)很好地解決了不同生產(chǎn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)互通性問題。陳文遠等[4]合作開發(fā)的“盾構(gòu)集群遠程監(jiān)控與智能化決策支持系統(tǒng)”通過傳統(tǒng)OPC Server與盾構(gòu)機完成實時數(shù)據(jù)采集，能夠?qū)崿F(xiàn)不同品牌盾構(gòu)機的集群式遠程監(jiān)控與管理。文獻[5]為滿足多組設(shè)備的實時集中監(jiān)控功能，提出了具有OPC功能的上位機系統(tǒng)設(shè)計方案，避免了設(shè)備故障產(chǎn)生的不良影響，提高了生產(chǎn)效率。文獻[6]針對多種類別及功能的工業(yè)爐，基于OPC技術(shù)進行數(shù)字化集成，達到了降低企業(yè)生產(chǎn)成本及提高生產(chǎn)率的核心目的。文獻[7]通過OPC技術(shù)實現(xiàn)了多個現(xiàn)場可編程控制器PLC的數(shù)據(jù)采集功能，可遠程實時訪問現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)。李靜等[8]開發(fā)了基于OPC XML(OPC Extensible Markup Language)的狀態(tài)及故障監(jiān)控軟件，高效地完成了對風(fēng)力發(fā)電機的實時監(jiān)控。

OPC UA：OPC統(tǒng)一架構(gòu)是在傳統(tǒng)OPC之后的又一個突破，其克服了傳統(tǒng)OPC DCOM分布式組件對象模型(Distributed Component Object Model)遠程訪問具有局限性，且難以配置，以及COM組件對象模型產(chǎn)生的傳輸報文過于復(fù)雜，通過Internet發(fā)送困難等缺陷。為應(yīng)用程序提供了更高性能的、可擴展的、安全和可靠的實時數(shù)據(jù)通信[9-11]。

本文以某鈑金廠3條噴涂生產(chǎn)線的多臺不同類型分布式生產(chǎn)設(shè)備為研究對象，應(yīng)用OPC UA解決方案完成現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備控制器實時數(shù)據(jù)采集，同時建立相應(yīng)的實時/歷史數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫，最后以Web服務(wù)器發(fā)布實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測Web網(wǎng)頁。

1 方案說明

1.1 系統(tǒng)需求

某鈑金廠五車間共有3條噴涂生產(chǎn)線(J線、G線和F線)，各噴涂生產(chǎn)線分別包括前端處理、輸送、烘爐及粉床等工序。目前，現(xiàn)場已經(jīng)完成了生產(chǎn)設(shè)備自動化操作程序的開發(fā)和調(diào)試，形成了獨立的“生產(chǎn)單元”。然而，這些生產(chǎn)設(shè)備沒有聯(lián)網(wǎng)，各生產(chǎn)單元的實時數(shù)據(jù)無法采集，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)無法遠程呈現(xiàn)給管理人員，形成了若干信息孤島。為有效監(jiān)控生產(chǎn)作業(yè)過程，提高生產(chǎn)效率并及時處理現(xiàn)場報警，需配套實施“生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測”開發(fā)項目。

3條噴涂生產(chǎn)線關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的控制器型號統(tǒng)計如表1所示，其中PLC控制器主要是日本三菱FX系列FX2N和FX1N以及德國西門子S7-300系列CPU314和CPU315-2DP。另外，還有日本理化CD系列溫控器CD901。3條噴涂生產(chǎn)線合計設(shè)備32臺。

表1 噴涂生產(chǎn)線關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備控制器型號統(tǒng)計表

開發(fā)項目需實現(xiàn)的生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測功能主要有：

(1) 生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能。各生產(chǎn)線關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備均可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，可在線遠程監(jiān)測生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

(2) 數(shù)據(jù)采集功能。自動采集生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)(產(chǎn)量、停機、廢次品及設(shè)備運行狀態(tài)等)的準(zhǔn)確性。

(3) 關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析功能。通過對關(guān)鍵采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，能確定影響生產(chǎn)設(shè)備效率的主要原因。從而可以有針對性地采取措施，提高生產(chǎn)設(shè)備運行的效率和可靠性。

(4) 狀態(tài)監(jiān)視及故障報警功能。通過對生產(chǎn)過程的可視化監(jiān)視及生產(chǎn)設(shè)備故障的實時報警，提高生產(chǎn)的透明度和管理層的響應(yīng)速度，進一步保證生產(chǎn)設(shè)備的持續(xù)有效運行，減少停機浪費。

(5) 歷史數(shù)據(jù)記錄及報表打印功能。能夠以圖、表的形式查詢歷史數(shù)據(jù)并打印。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為滿足各噴涂生產(chǎn)線作業(yè)及數(shù)據(jù)管理需求，生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)采用客戶機/服務(wù)器C/S和瀏覽器/服務(wù)器B/S相結(jié)合的分層結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。

(1) 按照生產(chǎn)線系統(tǒng)分為J線、G線和F線3個區(qū)域。每個區(qū)域在本地設(shè)置1臺前置數(shù)采計算機，安裝數(shù)據(jù)采集軟件，負責(zé)采集本區(qū)域的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備控制器實時數(shù)據(jù)。

如圖1所示，本文以J線為例介紹前置數(shù)采計算機完成數(shù)據(jù)采集的過程，G線和F線過程類似。

圖1 J線關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備控制器實時數(shù)據(jù)采集示意圖

圖1中，前端處理和輸送工序的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備控制器為FX2N及CD901，烘干工序的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備控制器為FX1N及CD901，粉房工序的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備控制器為CPU314，每臺控制器都增加串口通信卡，并分別連接到系統(tǒng)新增的串口轉(zhuǎn)換器上(8口)。串口轉(zhuǎn)換器完成8個RS232串口轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口功能。通過以太網(wǎng)接口，安裝數(shù)據(jù)采集軟件的前置數(shù)采計算機采集J線關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備控制器實時數(shù)據(jù)。

(2) 如圖2所示，在中控室設(shè)置一臺后臺數(shù)采計算機。該計算機通過以太網(wǎng)，收集存儲J線、G線和F線的三臺前置數(shù)采計算機采集的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備控制器實時數(shù)據(jù)。通過以太網(wǎng)，后臺數(shù)采計算機收集存儲的實時數(shù)據(jù)進一步傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器由關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實時/歷史數(shù)據(jù)庫進行二次處理。為提高實時數(shù)據(jù)刷新速度，中控室的后臺數(shù)采計算機與3條噴涂生產(chǎn)線三臺前置數(shù)采計算機之間采用緊湊結(jié)構(gòu)的C/S架構(gòu)。

圖2 生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

(3) 如圖2所示，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實時/歷史數(shù)據(jù)庫作為后臺數(shù)據(jù)庫將處理完成的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸至在中控室設(shè)置的Web服務(wù)器。遠程瀏覽器通過Internet網(wǎng)絡(luò)訪問Web服務(wù)器完成相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示。為易于部署和維護，實現(xiàn)更高效的遠程實時數(shù)據(jù)展示，Web服務(wù)器與遠程瀏覽器之間采用B/S架構(gòu)。

2 實時數(shù)據(jù)采集

2.1 OPC UA技術(shù)

數(shù)據(jù)采集是實時數(shù)據(jù)服務(wù)的基礎(chǔ)和重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方案是對每個現(xiàn)場設(shè)備采用專用的接口函數(shù)來實現(xiàn)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)存取。對于不同類型生產(chǎn)設(shè)備控制器，如果分別采用不同的數(shù)據(jù)采集接口程序，則軟件開發(fā)工作負擔(dān)重，效率低，不符合實際工作需求。OPC技術(shù)是微軟基于COM/DCOM開發(fā)的應(yīng)用于現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備控制器與上層監(jiān)測系統(tǒng)之間的協(xié)議，其隱藏了控制器的差異，為上層監(jiān)測系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)采集提供了統(tǒng)一的接口[12-14]。但其有諸多缺點：不具有平臺無關(guān)性，僅適用于微軟平臺環(huán)境；DCOM的遠程訪問具有局限性，并且難以配置；COM產(chǎn)生的傳輸報文過于復(fù)雜，通過Internet來發(fā)送COM報文非常困難；實時數(shù)據(jù)訪問DA(Data Access)、報警事件A&E(Alarms and Events)和歷史數(shù)據(jù)訪問HAD(Historical Access Data)訪問規(guī)范服務(wù)之間相互獨立，不便于協(xié)調(diào)工作[9]。

OPC基金會發(fā)布的最新數(shù)據(jù)通信統(tǒng)一方法為OPC UA，它是在傳統(tǒng)OPC技術(shù)取得很大成功之后的又一個突破，讓數(shù)據(jù)采集、信息模型化以及工廠底層與企業(yè)管理層面之間的數(shù)據(jù)通信更加安全和可靠。其涵蓋了OPC DA、OPC HDA、OPC A&E和OPC安全協(xié)議的不同方面，并在傳統(tǒng)OPC基礎(chǔ)之上進行了功能擴展。它滿足了能夠描述復(fù)雜系統(tǒng)的、豐富的和可擴展的建模能力，以及平臺獨立的系統(tǒng)接口和安全性的所有需求[9]。

OPC UA的主要特點[9,15]：

(1) 訪問的統(tǒng)一性：有效地將現(xiàn)有的OPC規(guī)范(DA、A&E、HDA、命令、復(fù)雜數(shù)據(jù)和對象類型)集成進來，提供了一致和完整的地址空間和服務(wù)模型，解決了過去同一系統(tǒng)的信息不能被統(tǒng)一訪問的問題。

(2) 靈活的網(wǎng)絡(luò)通信性能：消息的編碼格式可以是XML文本格式或二進制格式，也可使用多種傳輸協(xié)議，如傳輸控制協(xié)議TCP(Transmission Control Protocol)和通過超文本傳輸協(xié)議HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

(3) 可靠性和冗余性：含有高度可靠性和冗余性設(shè)計，可調(diào)試的逾時設(shè)置、錯誤發(fā)現(xiàn)和自動糾正等新特征都使得符合OPC UA規(guī)范的軟件產(chǎn)品可以很自如地處理通信錯誤和失敗。標(biāo)準(zhǔn)冗余模型也使得來自不同廠商的軟件應(yīng)用可以同時被采納并彼此兼容。

(4) 安全模型標(biāo)準(zhǔn)化：訪問規(guī)范明確提出了標(biāo)準(zhǔn)安全模型，用于OPC UA應(yīng)用程序之間傳遞消息的底層通信技術(shù)提供了加密功能和標(biāo)記技術(shù)，保證了消息的完整性，也可防止信息的泄漏。

(5) 平臺無關(guān)：軟件的開發(fā)不再依靠和局限于任何特定的操作平臺，提供了基于Internet的Web Service服務(wù)架構(gòu)和非常靈活的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)。

本文采用OPC UA技術(shù)完成針對不同類型生產(chǎn)設(shè)備控制器實時數(shù)據(jù)采集。

2.2 采集過程

OPC UA實時數(shù)據(jù)訪問服務(wù)是實時數(shù)據(jù)采集的核心，前置數(shù)采計算機從現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備控制器采集數(shù)據(jù)和文件，提供訪問服務(wù)給后臺數(shù)采計算機。前置數(shù)采計算機數(shù)據(jù)采集軟件負責(zé)管理自身的數(shù)據(jù)與處理邏輯，并通過OPC UA通信協(xié)議提供相應(yīng)的實時數(shù)據(jù)服務(wù)。其中，數(shù)據(jù)采集軟件是由軟件開發(fā)工具包OPC UA SDK(Software Development Kit)二次開發(fā)生成的服務(wù)端程序，后臺數(shù)采計算機程序負責(zé)訪問前置數(shù)采計算機數(shù)據(jù)采集軟件中的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集軟件由底而上分為硬件驅(qū)動程序、地址空間、數(shù)據(jù)編碼、安全協(xié)議及通信協(xié)議幾個部分。

其中，硬件驅(qū)動程序完成對生產(chǎn)設(shè)備控制器進行設(shè)置和讀寫操作，通過對底層通信細節(jié)進行封裝，提供接口函數(shù)供調(diào)用。通過診斷調(diào)試功能可查詢當(dāng)前通信數(shù)據(jù)，并可在線進行調(diào)試診斷，加快現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的通信連接進程。

實時數(shù)據(jù)訪問服務(wù)的關(guān)鍵在于創(chuàng)建地址空間。地址空間是一系列有具體含義的內(nèi)存數(shù)據(jù)與持久數(shù)據(jù)所組成的數(shù)據(jù)集合。地址空間采用面向?qū)ο蟮乃枷脒M行設(shè)計，能夠?qū)ΜF(xiàn)場數(shù)據(jù)、事件、報警和信息模型進行統(tǒng)一管理與描述。地址空間創(chuàng)建后，從底層控制器讀取的數(shù)據(jù)就可以存放到相應(yīng)的數(shù)據(jù)地址，供后臺數(shù)采計算機訪問。

數(shù)據(jù)可編碼為XML和二進制，通過對數(shù)據(jù)吞吐量大小的判斷，可選取最優(yōu)的數(shù)據(jù)編碼類型。安全協(xié)議使用經(jīng)編碼的服務(wù)消息再加上安全的消息頭。通信協(xié)議則有多種數(shù)據(jù)傳輸格式，其中TCP可為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)配置不同服務(wù)，基于HTTP的簡單對象訪問協(xié)議SOAP使用標(biāo)準(zhǔn)端口4840傳輸數(shù)據(jù)，可穿越Internet網(wǎng)絡(luò)防火墻[15]。

前置數(shù)采計算機數(shù)據(jù)采集軟件需建立與生產(chǎn)設(shè)備控制器I/O地址相對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集點表，以便在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上建立統(tǒng)一的實時/歷史數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫。表2為800噸壓力機數(shù)據(jù)采集點表。其中，編號列字段值為前置數(shù)采計算機中的數(shù)據(jù)地址名稱，如編號字段值為BJ.N5.JL.QD.800TYLJ.1。其中，BJ表示工廠名，N5表示車間名，JL表示生產(chǎn)線名，800TYLJ表示生產(chǎn)設(shè)備名，1表示生產(chǎn)數(shù)據(jù)點號。I/O列字段值為現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備控制器定義的I/O數(shù)據(jù)硬件地址。

表2 800噸壓力機數(shù)據(jù)采集點表

續(xù)表2

3 數(shù)據(jù)庫服務(wù)與Web服務(wù)

3.1 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組件

如圖2所示，后臺數(shù)采計算機采集的實時數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)，進一步傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以提供數(shù)據(jù)存儲和處理服務(wù)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器包括操作系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫及實時/歷史數(shù)據(jù)庫。

本研究操作系統(tǒng)選用Microsoft Windows Server 2008 R2，關(guān)系數(shù)據(jù)庫選用Microsoft SQL Server 2008，實時/歷史數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)存儲和處理的核心。

實時/歷史數(shù)據(jù)庫包括數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲單元以及數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)采集器可完成指定時間間隔數(shù)據(jù)的采樣，根據(jù)數(shù)據(jù)變化規(guī)律可完成按時間周期存儲數(shù)據(jù)和按事件方式處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲單元支持死區(qū)壓縮和斜率壓縮，以降低數(shù)據(jù)存儲空間，支持對歷史數(shù)據(jù)歸檔文件的管理，包括創(chuàng)建、復(fù)制、刪除和備份。實時/歷史數(shù)據(jù)庫以API及SDK的方式提供數(shù)據(jù)接口，以結(jié)構(gòu)化查詢語言語句SQL語句實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢。

關(guān)系數(shù)據(jù)庫Microsoft SQL Server 2008采用標(biāo)準(zhǔn)的SQL語言，不僅支持傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫組件，而且還支持?jǐn)?shù)據(jù)庫常用的組件。其中包括觸發(fā)器、存儲過程、視圖以及游標(biāo)等，同時也支持對數(shù)據(jù)庫進行復(fù)制。在數(shù)據(jù)的二次處理及報警記錄等方面，我們用Microsoft SQL Server 2008關(guān)系數(shù)據(jù)庫作為實時/歷史數(shù)據(jù)庫的補充。

如圖2所示，Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信。實時/歷史數(shù)據(jù)庫存儲的實時數(shù)據(jù)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫記錄、跟蹤、分析和處理的數(shù)據(jù)，通過Java Script可視化編程設(shè)置，最后通過Web服務(wù)器進行發(fā)布。

3.2 Web服務(wù)訪問過程

如圖2所示，遠程瀏覽器通過Internet完成對Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)訪問。其中，Web服務(wù)器操作系統(tǒng)選用Microsoft Windows Server 2008 R2，以Microsoft IIS7.0完成對Web服務(wù)的部署。含有Webkit內(nèi)核的瀏覽器(如Microsoft Internet Explorer9.0以上版本、谷歌瀏覽器、Chrome等)均可作為遠程瀏覽器來訪問Web服務(wù)器。通過遠程瀏覽器Web網(wǎng)頁瀏覽和查看關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實時/歷史數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，相關(guān)管理人員就可在遠程隨時掌握生產(chǎn)數(shù)據(jù)，有關(guān)生產(chǎn)狀況也一目了然。

B/S模式的前臺遠程瀏覽器與后臺Web服務(wù)器的Web數(shù)據(jù)實時交互通信過程如圖3所示。其中，通過創(chuàng)建WebSocket(Web套接字)連接和關(guān)閉WebSocket連接，前后臺Web數(shù)據(jù)即可完成Internet兩端的全雙工實時交互通信[1,16]。

圖3 Web數(shù)據(jù)實時交互示意圖

首先，遠程瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)起WebSocket握手請求，并發(fā)送基于HTTP的請求報文。然后，Web服務(wù)器收到遠程瀏覽器的WebSocket握手請求報文并進行解析。如果滿足WebSocket協(xié)議條件，則Web服務(wù)器向遠程瀏覽器發(fā)送WebSocket握手應(yīng)答，并發(fā)送基于HTTP的應(yīng)答報文。最后，遠程瀏覽器收到Web服務(wù)器的WebSocket應(yīng)答報文并對其進行解析驗證。如果驗證成功，則創(chuàng)建WebSocket連接，雙方進行全雙工Web數(shù)據(jù)實時交互通信。Web數(shù)據(jù)實時交互完成后，遠程瀏覽器主動關(guān)閉WebSocket連接。

4 監(jiān)測功能實現(xiàn)

B/S模式開發(fā)的生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)主要由系統(tǒng)登錄、生產(chǎn)設(shè)備信息監(jiān)控、報表統(tǒng)計分析及系統(tǒng)管理等幾部分組成。其中，系統(tǒng)管理按照系統(tǒng)管理員、全廠、生產(chǎn)車間和生產(chǎn)線四級用戶進行權(quán)限設(shè)置。系統(tǒng)管理員為超級用戶，擁有系統(tǒng)管理等所有權(quán)限。全廠管理擁有對整個工廠進行生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測的權(quán)限，生產(chǎn)車間和生產(chǎn)線管理則分別對應(yīng)擁有具體生產(chǎn)車間和生產(chǎn)線的生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測權(quán)限。按照系統(tǒng)管理所定義設(shè)置的用戶，輸入用戶名和密碼后即可完成系統(tǒng)登錄。

系統(tǒng)建立工廠級、車間級、生產(chǎn)線級和設(shè)備單元級的生產(chǎn)設(shè)備信息監(jiān)控畫面。畫面具備三維生產(chǎn)設(shè)備實時狀態(tài)顯示功能，最小可顯示畫面到機臺，能夠進行模塊化分區(qū)選擇，顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。設(shè)備運行過程中，當(dāng)實際狀態(tài)與重點工藝控制參數(shù)不符的時候，系統(tǒng)具有報警信息實時突出顯示和歷史統(tǒng)計等功能。

如圖4為沖床生產(chǎn)設(shè)備信息監(jiān)控畫面截圖，在該畫面截圖左上方可顯示沖床的三維圖形。在左下方生產(chǎn)統(tǒng)計模塊可顯示其沖壓次數(shù)、沖壓時間、設(shè)定片數(shù)、沖壓速度、沖壓片數(shù)及沖料架數(shù)等實時數(shù)據(jù)。在右上方設(shè)備狀態(tài)模塊可顯示其運行、停機、報警及通信狀態(tài)。另外，該模塊還可統(tǒng)計作業(yè)時間、停機時間、生產(chǎn)時間和故障時間。在該畫面截圖右下方異常信號模塊則顯示發(fā)生異常的項目，有緊急停止、光柵保護、氣壓過低、油壓過低、整機潤滑故障、主機變頻故障、分機變頻故障及儲油罐缺油報警等。通過該畫面可對生產(chǎn)過程進行可視化監(jiān)視，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程實時狀態(tài)及生產(chǎn)設(shè)備故障實時報警和統(tǒng)計顯示。從而提高了生產(chǎn)過程透明度，為生產(chǎn)管理提供了有利工具。

圖4 沖床生產(chǎn)設(shè)備信息監(jiān)控畫面截圖

報表統(tǒng)計分析通過預(yù)定的要求自動生成所需要的統(tǒng)計報表和分析圖表。具體有生產(chǎn)報表、倉庫報表、消耗統(tǒng)計報表、生產(chǎn)設(shè)備統(tǒng)計報表、生產(chǎn)數(shù)據(jù)匯總表及生產(chǎn)異常工時統(tǒng)計表等。系統(tǒng)具備強大的查詢功能，可以用表單中的任何字段作為查詢條件自動生成各類報表，并可導(dǎo)出和打印。

如圖5為停機時間統(tǒng)計報表顯示畫面截圖。圖中報表縱坐標(biāo)表示停機項目，橫坐標(biāo)表示停機時間。圖5表明，脹管機停機、烘干機停機、左機器人報警停機、碼垛機停機、搬運機械臂停機、產(chǎn)品變更停機及吹氧化皮機缺料停機時間分別為2.4、2.3、0.9、0.4、0.3、0.2和0.1 min。這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對于確定影響生產(chǎn)線正常運行的主要原因，并有針對性地采取措施來提高生產(chǎn)設(shè)備運行效率，具有重要參考價值。

圖5 停機時間統(tǒng)計報表顯示畫面截圖

5 結(jié) 語

本研究基于OPC UA實現(xiàn)了生產(chǎn)過程中多臺不同類型分布式生產(chǎn)設(shè)備控制器的實時數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換，并通過對實時/歷史數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的綜合開發(fā)應(yīng)用，完成了數(shù)據(jù)存儲和二次處理。最后，開發(fā)了B/S模式的Web系統(tǒng)，可實現(xiàn)遠程瀏覽器與Web數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)實時交互。工廠相關(guān)管理人員在各自辦公場所就能及時監(jiān)測現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備作業(yè)狀況，從而可快捷和準(zhǔn)確地了解現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，更好地進行生產(chǎn)管理和決策。鈑金廠32臺關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測應(yīng)用表明，系統(tǒng)功能完全滿足生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測綜合管理需求，提高了生產(chǎn)效率。研究成果在制造企業(yè)具有一定的推廣應(yīng)用價值。