通用橋式起重機(jī)MES系統(tǒng)應(yīng)用

聶建偉 胡凱敏

摘?要：隨著我國制造業(yè)向工業(yè)4.0發(fā)展，沿海地區(qū)制造業(yè)工廠紛紛引進(jìn)了MES系統(tǒng)。橋式起重機(jī)在我國制造業(yè)中占有非常重要地位，市場客戶對江西工埠機(jī)械有限公司有越來越多的遠(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C#編寫上位機(jī)程序，讀取/寫入西門子S7-200 SMART PLC的內(nèi)部V區(qū)寄存器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控橋式起重機(jī)運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)目的。并且一臺PC電腦監(jiān)控多臺起重機(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、交通運輸、港口、冶金、汽車、采礦、造船和國防等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，減輕了人類眾多繁重的體力勞動問題。隨著我國從制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國發(fā)展，沿海地區(qū)制造業(yè)大廠紛紛引入了MES系統(tǒng)智能制造理念。起重機(jī)的幾個痛點一直未能解決：（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起重機(jī)各月使用次數(shù)，無法制定一對一保養(yǎng)計劃;（3）工廠巡檢人員無法同時監(jiān)控工廠所有起重機(jī)的當(dāng)前運行狀況。

江西工埠機(jī)械針對以上問題點提出要盡快開發(fā)出屬于起重機(jī)的MES系統(tǒng)，從而更全面的監(jiān)控各臺起重機(jī)信息，針對性的制定保養(yǎng)計劃，減少由于設(shè)備故障導(dǎo)致停工停產(chǎn)問題。

1 論述分析

MES是一個復(fù)雜的信息化項目，系統(tǒng)中的各個組件都不是孤立的，必須要全局考慮，分布分項將各個工作落地實施。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+客戶的端運行方式，整個項目基于可靠地windows系統(tǒng)。PC服務(wù)器開發(fā)平臺基于.NET Framework 4.5，使用C#開發(fā)語言編程軟件。

由于橋式起重機(jī)大車機(jī)構(gòu)需要行走，PLC的網(wǎng)口的物理位置不是固定的，因此無法使用有線的連接方式與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)）客戶端交換機(jī)通過無線方式組網(wǎng)。將工控機(jī)通過網(wǎng)線連接主交換機(jī)，再將主交換機(jī)與工廠內(nèi)各臺起重機(jī)的客戶端交換機(jī)無線方式組網(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，并保證不會出現(xiàn)IP沖突。

1.2 PC軟件UI設(shè)計

起重機(jī)MES系統(tǒng)通過采集制動器、電機(jī)、行程開關(guān)的各月份使用情況，幫助客戶有針對性的制定各月保養(yǎng)計劃，減少生產(chǎn)時停工停產(chǎn)狀況發(fā)生。所以通過C#編寫的winform窗體程序需要涵蓋大量信息，添加tabControl控件將MES頁面進(jìn)行分頁，目前設(shè)置為“運轉(zhuǎn)監(jiān)控”頁面和“圖表顯示”頁面。

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

“圖表顯示”頁面主要顯示選取的一臺起重機(jī)的詳細(xì)信息，信息包括制動器各個月份的使用頻率，此臺起重機(jī)各個部件故障報警占比。通過這些信息，技術(shù)員可以針對特殊月份制定保養(yǎng)計劃。記錄各臺起重機(jī)的頻繁故障報警部件，聯(lián)合專家查找真因。

添加chart控件對制動器各月的使用次數(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1000次時顯示為紅色，提醒技術(shù)員盡快進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)動作。

添加chart控件對設(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)員和專業(yè)人員通過此餅圖可以直觀的了解該起重機(jī)哪個部件頻繁故障，從而制定有針對性的保養(yǎng)和維修計劃。

1.3 PC軟件代碼編寫

MES系統(tǒng)的上位機(jī)與西門子PLC的通訊協(xié)議走TCP/IP方式，西門子公司針對上位機(jī)通訊提供有專用API庫供開發(fā)者使用，將項目工程引用添加西門子PLC庫文件S7.NET.DLL。起重機(jī)MES系統(tǒng)主要實現(xiàn)方式是PC上位機(jī)讀取/寫入PLC的V區(qū)寄存器，對應(yīng)庫方法為ReadBytes和WriteBytes。

PLC有大量寄存器，需要分配一個專用區(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個字節(jié)地址供使用，通過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，梯形圖邏輯將VB3000間隔1S時間寫1和寫0，若MES系統(tǒng)識別VB3000超時未有變化，則認(rèn)為此臺起重機(jī)掉線，分析其為斷電或網(wǎng)線故障。起重機(jī)各部件使用一次，則在該部件對應(yīng)寄存器使用次數(shù)增加一次。同理，各部件故障一次，則對應(yīng)寄存器故障次數(shù)增加一次。使用西門子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)各部件動作由PLC的Q輸出點驅(qū)動繼電器控制其對應(yīng)動作，所以每使用一次則通過該Q輸出點的上升沿指令輸出，觸發(fā)對應(yīng)寄存器地址數(shù)據(jù)加1。

2 結(jié)語

時代在更替，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。一直以來我國起重機(jī)處于模仿和追趕階段，此次工業(yè)4.0的產(chǎn)業(yè)升級，給我國提供了一次彎道超車的機(jī)會。開發(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)國在這方面的差距。相信經(jīng)過政府的重視和投入，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)識達(dá)到一個到新的高度。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T3811-2008起重機(jī)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]陳立定，吳香玉，蘇開才.電氣控制與可編程控制器[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2004.

[3][美]克里斯芬.內(nèi)格爾（Christian Nagel）C#高級編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2019（第11版）.

[4]陳中瑾.制造執(zhí)行系統(tǒng)mes的研究與開發(fā)[D]湖南工業(yè)大學(xué)，2011.

作者簡介：聶建偉（1990-），男，漢族，江西樟樹人，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)。