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制造业物联网解决方案概述
发布时间:2017-8-16 字号: 点击数:

    (供热制冷 荐)摘要:工业互联网的发展,将企业的信息化从原先的办公室推至了生产单元,这种互联技术与企业的自动化设备相连接,改变了原先单一自动化设备向系统集成和协同生产的发展,为更大范围的智能化、系统化提供了可能。原有互联网是人-计算机-人之间的信息沟通,而工业互联网是物-物之间的信息互联,也即物联网,物与物之间的信息转递需要借助互联网的信息传输技术、设备的自动控制技术,而前者的信息传输技术依赖通信和软件的发展,后者的自动控制技术依靠传感器和PLC。

   关键词:物联网   OPC  组态软件  PLC  数据库

   一.前言

    随着现代信息技术的发展,人们对信息的需求无处不在,信息化使人们超越了地域空间和时间的限制。工业的发展是前30年把人变成机器,人们像机器一样重复地进行相同产品的生产,后30年是把机器变成人,机器按照订单需求生产定制的产品,而在这个实现过程中,离不开物联网技术的发展。物联网是集合了互联网和工业自动化技术的双重基因,如何实现这两种基因的重组,本文通过应用实例和简要概述来说明这种实现的途径。

    二.网络架构

   传统的小型自动化设备都是由PLC控制的单个信息单元,设备运行参数存储在本地PLC中,与外在关联设备无交互,设备之间的数据传输通过设备-人-设备之间交流。物联网则需要把底层的PLC、数字传感器、机器人、工控机等设备通过交换机集中到中控平台上,通过计算机程序实现数据的处理、储存、报警、控制等功能。

    1、对于制造企业来说,首先需要对单个执行单元实现自动化控制,大多数设备都为PLC控制,在这一层中主要有西门子Logo、S7-200、S7-300/1200、贝加莱X20、 三菱PLC等国际知名厂商的PLC。同时在这一层中也包含有智能仪表,比如带数据传输功能的电子仪器、机器人工作站、工控机IPC等设备部件。

    2、底层设备通过交换机将数据上传至数据服务器,通过服务器上的组态软件对数据进行呈现和处理,实现对数据的分析、报表、报警、反馈、存储等功能。

    3、公司内部工作人员通过局域网可以访问该服务器,比如Web server、VNC等方式;

    4、远程工作人员可以通过VPN或者远程桌面、Web server等方式实现对服务器的访问;

   下图为典型的网络架构图: 
 


    三.软件配置

    在实施制造企业的物联网过程中,工程师不仅需要详细掌握工艺流程和设备工作原理,同时也需要熟练掌握以下软件,方便相关方面的工作:

   1、CAD制图软件:用于PLC电气设计和接线、流程布置等制图;
   2、PLC编程软件:如西门子的LOGO! Soft Comfort、STEP7_MicroWIN、Wincc Flexile、贝加莱的AUTOMATION等软件;
   3、OPC数据接口软件:用于PLC、工控机、智能仪表与组态软件之间的数据交互,典型的有Kepware软件等;
   4、组态软件:如亚控组态软件、力控组态软件、易控组态软件、西门子的Wincc、贝加莱Aprol等;
   5、数据库软件和管理工具:如SQL、MySql、Oracle等数据库,同时在了解数据库的过程中借助数据库管理工具会使其工作效率大幅提高,如在工具软件中完成数据库表单的设计、录入测试、报表等,典型的数据库管理工具有Navicat、SQLyog等数据库管理工具;
   6、编程软件:如VC、VB.NET、JAVA等编程软件作为组态软件的二次开发或者补充;
   7、远程控制软件:如Teamviewer、VNC、向日葵、QQ等远程控制软件或VPN建立通道;
   8、界面设计软件:如Photoshop、UIPower等界面UI设计软件;

   依据网络架构,以上主要软件关系和部署示意图如下: 
 


    四.实施

    在制造企业实施物联网过程中,由于涉及到现场的生产设备种类繁多、制造厂商和年代技术不同,数据采集较为困难,同时也面临着布线复杂的情况,这些都为项目的顺利实施提出了挑战。

    1、PLC编程软件:PLC编程离不开硬件的电路连接和具体的工艺要求,使用CAD电气制图软件规划 电气图,定义输入、输出点数和变量名称,如下图使用西门子的S7-200软件开发一套10个输入点任意选择控制16个输出点,电气示意图如下: 
        




    需要说明的是若需简单的控制系统,可使用西门子的Logo逻辑控制器1],编程简单,成本低廉,如下图: 
 



     2、OPC数据接口软件2]:OPC(用于过程控制的OLE)是一个工业标准。它由一些世界上占领先地位的自动化系统和硬件、软件公司与微软(Microsoft)紧密合作而建立的。这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC 的客户机之间交换自动化实时数据的方法。管理这个标准的国际组织是OPC基金会。 其宗旨是在Microsoft COM、DCOM和Active X技术的功能规程基础上开发一 个开放的和互操作的接口标准,这个标准的目标是促使自动化/控制应用、现场系统/设备和商 业/办 公室应用之间具有更强大的互操作能力。 虽然各个自动化公司都提供自己的OPC软件,但考虑不同 PLC与组态软件的连接,一般适合选择第三方的OPC软件,国际知名的OPC软件有Kepware,Matrikon等软件公司。


    3、组态软件:综合比较,国内的亚控、力控、易控三家组态软件实力相当,国外知名的组态软件有WINCC、APROL、Intouch等软件。国内力控软件在界面、曲线图、数据库上占有一定的优势3]。 
 



    4、数据库软件和管理工具:对于一般的小型项目来说,选择免费的Mysql或者SQL express是比较经济的方式,熟练掌握SQL语句是管理数据库的关键。下图为Navicat数据库管理的界面举例4]: 
 



    5、编程软件:针对组态软件的不足,用户可以用其它编程软件来进行二次开发。在二次开发中,可以用编程软件读写数据库中的数据以完成更深层次的开发,微软提供的.NET软件,不仅开发方便,而且部署快捷,在工业领域应用广泛。下图为.NET软件读取Mysql数据库中的示例代码5]:



    五.结论
    
    通过对制造企业物联网的理解,总结了从一个生产设备单元向集中监控方式的实现途径,从而将单一的信息孤岛向综合集成的方向发展,为企业在更大范围内实现数据集成提供了可能,将企业的信息化从办公单元推至生产前沿,对于提高企业的信息化、质量管控、透明生产、提高效率等会产生帮助。对于初学者掌握以上的网络架构和软件部署,快速搭建和实施企业的物联网会有所启发。
   
     限于本人的专业和缺乏相关工程的开发经验,不足之处还请予以指正。

    六. 主要参考文献

     1] https://www.siemens.com.cn/logo 
     2] http://www.chinaopc.org
     3] http://www.sunwayland.com.cn/
     4] https://www.navicat.com.cn/
     5] https://www.microsoft.com/zh-cn 

    作者简介
    1、白成德(1980~),男,甘肃武都,现供职于亚大塑料制品有限公司技术员,工程师;
    2、阴海宗(1990~),男,河北张家口,现供职于亚大塑料制品有限公司技术员,工程师;
    3、崔莹(1976~),男,河北涿州,现供职于亚大塑料制品有限公司技术部经理,工程师;

来源:供热制冷 Hm

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