工業(yè)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

劉志華

(太原重工股份有限公司 技術中心 礦山采掘裝備及智能制造國家重點實驗室，山西 太原 030024)

0 引言

隨著工業(yè)控制技術的不斷發(fā)展進步，工廠對設備的智能化、信息化要求也越來越高，因此對工業(yè)設備進行全方位立體化的信息和數(shù)據(jù)管理，收集設備數(shù)據(jù)，存儲設備信息，及時掌握設備運行狀態(tài)，對設備制造商及用戶有著舉足輕重的重要意義。

目前國內外工業(yè)企業(yè)多采用基于IT技術搭建的信息和數(shù)據(jù)管理平臺，這種方式投資大，維護成本高，且由于數(shù)據(jù)協(xié)議的不一致造成可傳輸數(shù)據(jù)的規(guī)模和實時性受到制約，在中小用戶和單機設備的信息和數(shù)據(jù)管理中適用性極差。因此，以工業(yè)控制軟件為基礎，設計和建立工業(yè)設備數(shù)據(jù)和信息管理系統(tǒng)能夠針對性地解決這一問題。

1 工業(yè)設備數(shù)據(jù)和信息管理系統(tǒng)設計

工業(yè)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設計，主要根據(jù)應用場景、采集需求、人員信息、統(tǒng)計需求、運行和維護、班次需求等研究內容來確定系統(tǒng)的整體開發(fā)平臺、技術方案，然后根據(jù)要解決的譬如數(shù)據(jù)存儲與展示、信息交互、音視頻監(jiān)控、報警和運行統(tǒng)計、數(shù)據(jù)交互等各類問題來設計和開發(fā)各項功能，幫助解決制造商和用戶共同關注的設備的高產(chǎn)、高效、穩(wěn)定等問題[1]。

1.1 系統(tǒng)方案

通過對各類設備用戶的調研和對工業(yè)控制軟件的技術研究，確立了基于Portal V16開發(fā)數(shù)據(jù)和信息管理系統(tǒng)所需要構建的背景數(shù)據(jù)塊并植入控制PLC；然后基于自帶的SQL Server 2014數(shù)據(jù)庫管理軟件的WinCCV7.4，使用VBS和C腳本，開發(fā)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)所需要的各類控件進行數(shù)據(jù)庫的連接和管理；在建立好各類基礎控件和數(shù)據(jù)庫連接功能后，開發(fā)如圖1所示的工業(yè)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結構；最后進行安全加密功能的設計以完成系統(tǒng)方案的設計。

圖1 工業(yè)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結構圖

1.2 數(shù)據(jù)庫管理功能的設計

數(shù)據(jù)和信息是工業(yè)設備的核心，做好數(shù)據(jù)和信息的存儲與讀寫是工業(yè)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)正確運行的基礎。因此，在確定好系統(tǒng)方案后，首先進行數(shù)據(jù)庫管理功能的開發(fā)和設計。將PLC及用戶的主要數(shù)據(jù)在WinCC中進行歸檔、分組、建表、讀寫等基本操作是數(shù)據(jù)和信息的存儲與讀寫的基石，本文采用OLE-DB方法編寫VBS腳本讀取WinCC自帶的SQL Server 2014數(shù)據(jù)庫，并在其內建立MyData數(shù)據(jù)庫，然后在數(shù)據(jù)庫中根據(jù)功能的不同依次建立ComMaintain、Schedule、LifeCycle、AlarmGet、RunGet、WorkRecord、WorkHour和WorkMonth等表用于存儲設備的運維、人員班次、元器件壽命、報警、運行、工作記錄、工作時長、產(chǎn)量統(tǒng)計等數(shù)據(jù)和信息，最后采用WinCC的按鈕組件，在其點擊動作上編寫VBS腳本做數(shù)據(jù)庫的連接和庫表的創(chuàng)建、增刪項、查詢等工作[2]。數(shù)據(jù)庫管理功能界面如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫管理功能界面

1.3 基礎控件的開發(fā)

當完成了用于數(shù)據(jù)和信息讀寫、存儲的數(shù)據(jù)庫管理功能設計后，需要進一步開發(fā)應用于各子功能的基礎控件，除了可以直接調用WinCC本身自帶按鈕和文本框之類的一些基本交互組件外，本文還基于WinCC的ocx控件用VBS和C腳本進一步開發(fā)各類通用基礎控件，主要用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計、查詢、報表、導入導出和展示等基礎功能，具體包括可選擇日月年和時分秒的時間選擇控件DTPicker、可自動匹配顯示查詢結果報表的報表控件MSHFlexGrid、可做智能匹配的下拉菜單控件Combox、Excel表格導出控件、動態(tài)圖表控件MSChart等，每個控件的具體功能都根據(jù)工業(yè)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的應用要求用VBS或C腳本做了二次開發(fā)和效果優(yōu)化。圖3為用數(shù)據(jù)庫中日產(chǎn)量表的查詢結果生成柱狀圖的部分VBS腳本代碼。

1.4 信息和數(shù)據(jù)管理功能設計

當完成數(shù)據(jù)庫管理和基礎控件的開發(fā)之后，著手設計工業(yè)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的各項基本功能，主要有設備信息、壽命管理、報警信息、運行信息、設備運維、組織排班、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、語音播報、存儲、PDF手冊和在線視頻等功能，如圖4所示。

(1) 設備信息：對設備的全局信息進行展示，主要是對設備產(chǎn)量、設備電流、設備電壓、設備型號、設備能耗、設備噸位、工作時間等進行圖表、文本形式的展示。生產(chǎn)人員和設備維護人員可以通過設備信息畫面全面而直觀地了解設備的運行狀況。設備信息主要采用MSChart控件、OnlineTrendcontrol控件、文本、輸入輸出框等控件進行設計，然后通過對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的查詢展示和綁定了WinCC內部變量的動態(tài)展示等方式進行設備的整體信息展示。設備信息功能如圖5所示。

圖3 VBS腳本代碼生成日產(chǎn)量柱狀圖

圖4 工業(yè)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能圖

圖5 設備信息功能

(2) 壽命管理：主要是根據(jù)專業(yè)特性和使用特點對設備的元器件、機構及設備整機進行生命周期統(tǒng)計、預測及設備管理。壽命管理主要對使用時間和使用次數(shù)進行記錄和管理，可以通過壽命管理基礎信息的錄入、壽命信息校正、壽命管理查詢等進行設備元器件的壽命管理。具體實現(xiàn)方法如下：為設備建立壽命管理項，該項包含壽命管理的項名、使用時間、使用次數(shù)、錄入人員、錄入時間、所屬專業(yè)和所屬機構等信息，然后再利用系統(tǒng)自帶和我們開發(fā)的各類基礎控件對設備進行壽命管理[3]。壽命管理功能采用的控件有DTPicker控件、Excel表格導出控件、文本、輸入輸出框等，該功能可基于數(shù)據(jù)庫進行壽命管理項的數(shù)據(jù)增、改、查等操作，而且可完成對應的壽命管理錄入、校正、檢索記錄等操作和用MSHFlexGrid報表控件進行記錄的統(tǒng)計與展示。

(3) 報警信息和運行信息：主要對設備的報警和運行信息進行提示、統(tǒng)計、匯總、警戒和方法指導等處理，具備幫助用戶及時掌握報警和運行信息，并協(xié)助用戶根據(jù)故障處理方法提示處理故障的能力。本功能采用AlarmControl控件、VBS編寫的歸檔數(shù)據(jù)庫查詢按鈕、文本框等實現(xiàn)對WinCC歸檔數(shù)據(jù)庫的查詢與匯總。運行信息功能如圖6所示。

(4) 設備運維：主要對設備進行日常維護、周期巡檢和存儲記錄等。關于設備的日常和周期性維護，通過新增運維功能對機、電、液、傳或根據(jù)設備機構的不同進行分組的新增，然后為其設定不同的運維周期和記錄不同的運維狀態(tài)和運維項，達到完整記錄運維過程的目的[4]。該功能可有效記錄設備運行過程中的日常以及日、周、月等運維情況，并可在此基礎上協(xié)助用戶掌握設備狀態(tài)，改善設備性能，提高設備運行穩(wěn)定性。本文采用DTPicker控件、MSHFlexGrid報表控件、Combox、Excel表格導出控件、VBS編寫的查詢按鈕、文本框等實現(xiàn)設備運維功能。

(5) 組織排班：該功能主要對設備的生產(chǎn)人員進行排班和記錄，匯總管理生產(chǎn)人員信息?？梢愿鶕?jù)設備操作人員的信息、班次等對人員進行班次分配和管理記錄，可將人員操作時間、事件有效地記錄下來。

(6) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計：該功能不僅可以實時配置、顯示數(shù)據(jù)的實時記錄和曲線等，而且可以通過設備變量名與ID表的對應關系選擇ID進行數(shù)據(jù)的歷史記錄查詢，同時導出相應的結果表格用于分析，還可以對設備的各變量進行動態(tài)表格化展示和曲線展示。主要采用DTPicker控件、MSHFlexGrid報表控件、Excel表格導出控件、文本、輸入輸出框以及VBS編寫的變量歸檔查詢代碼進行報表與查詢統(tǒng)計功能的實現(xiàn)；采用WinCC自帶的OnlineTrendControl控件和OnlineTableControl控件及VBS腳本來實現(xiàn)動態(tài)曲線與動態(tài)變量表的功能。數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能如圖7所示。

(7) 其他：除上述功能外，本文還使用C腳本調用Windows語音播放器設計了用于播放設備關鍵信息的語音播報功能；使用DiskList控件和VBS腳本設計了用于管理和統(tǒng)計服務器存儲使用和運行狀況的存儲管理功能；使用VBS腳本和Webbrowser控件設計了PDF在線讀取設備使用和維護手冊的PDF讀寫功能和在線攝像頭展示功能。

圖7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能

1.5 安全加密功能設計

在完成上述功能設計后，對工業(yè)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行多種方式的安全加密，使得系統(tǒng)不但具備登錄安全、畫面安全和項目安全等特點，而且在登錄界面內也可以做到安全可靠。首先采用VBS設計腳本對頁面的使用進行加密，即在數(shù)據(jù)庫功能管理界面上，如果數(shù)據(jù)庫操作密匙輸入錯誤，則無法進行數(shù)據(jù)庫操作;然后使用WinCC安全加密方式對每個頁面的打開進行安全加密，接著進一步用VBS腳本設計登錄和退出系統(tǒng)的安全加密，最后對整個項目進行加密[5]。同時對設計的全局腳本也進行安全加密以進一步保障項目的安全。

2 應用

該系統(tǒng)已被應用于國內某中型焦化廠的智能化改造項目，既滿足了對設備信息和數(shù)據(jù)的存儲記錄、查詢管理等需求，同時還可以通過該系統(tǒng)及時運維保養(yǎng)設備，提升設備的運行效率和穩(wěn)定性，具備很高的應用價值。圖8為應用中按時間查詢的整機運維記錄表。

圖8 整機運維記錄表

3 結語

本文闡述了工業(yè)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設計過程，通過為工廠部署工業(yè)設備信息和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，不僅可以幫助用戶和廠商實時了解設備運行狀態(tài)，記錄設備運行數(shù)據(jù)和信息，更能幫助用戶進行設備運維和元件管理，進一步通過數(shù)據(jù)信息和周期運維改善設備性能，提高設備運行質量，具有良好的推廣前景和應用效果。