焊装车间实时监控系统设计

发布时间：2010-07-13

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图1 第一级车间概览

实时监控系统可以实现生产过程的可视化和生产管理的数字化，提高生产自动化水平和管理水平。本文介绍的实时监控系统设计要点对开发汽车生产厂焊装车间、涂装车间和总装车间的实时监控系统都具有指导意义。

实时监控系统是现代汽车工厂生产过程可视化和生产管理数字化的首选解决方案，可实现生产过程的实时监控和交互调节、故障自动报警和诊断、历史数据记录和动态跟踪、生产过程中工件位置跟踪和统计、设备运行状态和运行参数记录和显示以及设备故障统计分析等管理功能，已逐步成为汽车生产厂生产控制和管理的不可或缺的配置。现以一汽大众轿车二厂焊装车间为例，对焊装车间实时监控系统设计要点进行简要阐述。

硬件配置设计要点

1．硬件平台

网络服务器需要一台或两台，大部分实时监控系统使用一台网络服务器即可满足要求。服务器宜配置双CPU、冗余电源、RAID卡和硬盘阵列，以充分保证系统可靠性和数据安全性。

对于实时监控系统需要与企业资源管理系统（ERP）和工厂信息管理系统（FIS）、制造执行系统（MES）等连接，参与生产供应链管理、生产计划管理的情况，宜采用两台网络服务器在线热备的架构。

监控计算机至少一台，一般配置两台或多台，分别用于显示不同级别或不同区域的监控画面、不同监控和管理功能等。监控计算机宜采用高配置的个人计算机，以保证系统速度。一汽大众轿车二厂焊装车间实时监控系统采用多台监控计算机。

车间级网络组件、网络协议宜采用开放的网络协议，如以太网。网络拓扑结构宜采用环形结构，使用光纤介质连接各以太网开关单元（交换机），建议采用工业级多膜玻璃光纤或多膜树脂光纤。各节点宜采用工业级以太网电缆连接到以太网开关单元。

图2 第二级生产线

PLC应配置通信模块或CPU带通信口，一般不必选择带WEB服务的模块。

机房宜配置UPS、打印机等设备。机房环境设计应满足国标规定的要求（如温/湿度、振动、噪声和电磁兼容性等），选择中控室位置时应特别注意电磁环境，与变配电设备、大功率变流设备、焊接设备等保持足够距离。中控室配电宜与生产设备配电系统分离，使用“清洁”的动力电源。

OA系统和视频采集监控系统宜独立于实时监控系统。如与OA系统连接，宜设置防火墙。

2．软件平台

网络服务器操作系统宜选择Windows Server 2000及以上版本，监控计算机操作系统宜选择Windows 2000及以上的专业版。

实时监控软件可选择RSView SE、InTouch、CIMPLICITY和WinCC等，并配置必要的可选件或功能扩展组件。网络服务器应运行实施监控软件的服务器版本，建议配置实时监控信息的WEB服务功能，以允许经授权的客户端通过IE浏览器访问实时监控系统，获取必要的生产和管理信息。监控计算机宜运行实时监控软件的客户端版本，至少有一台监控计算机应运行实施监控软件的开发版。一汽大众轿车二厂焊装车间网络服务器运行RSView SE Server，监控计算机运行RSView SE Client，其中一台监控计算机运行RSView SE STUDIO。

数据库软件可选择SQL Server、Oracle和Access等，采用ODBC接口。一汽大众轿车二厂焊装车间监控系统选择SQL数据库存档历史数据并生成报表。

程序设计语言用VB或C++。

兼容第三方控制系统的接口应首选OPC协议，宜优先选用实时监控软件提供的第三方接口驱动程序（如RA的Keep Server）。

图3 第三级设备监控

系统功能设计要点

1．生产线监控画面设计要点

生产线监控画面分三个级别：车间生产线状态概览、生产线详细信息显示和单台设备详细控制信息显示。图1、图2和图3分别为一汽大众轿车二厂焊装车间实时监控系统的三级画面示例。画面中包括标题区、画面编号、工艺区段或设备名称和画面说明。模拟画面区用图形、文字来显示生产线（或设备）的工作状态（如储备区不同车型的储备线以颜色区分，并有文字解释）和运行参数等。设备控制图标区显示与画面相关的操作，如控制设备起停、生成报告等。其他辅助信息包括说明、帮助区，提供与画面相关的详细说明、帮助信息。

以升降机为例分别说明如下：

车间生产线状态概览：升降机要标明设备号、安装位置；在上位、下位和出返修件位置；升降电机、输送电机的运行状态（运行、停止）；升降机占位情况；升降机控制单元正常、故障状态；升降机工作模式（自动、手动和维修）车型。

生产线详细信息显示：除上一级的信息外，还应显示安全门状态，光栅状态，变频器运行速度值，变频器的工作状态（停止、运行、加速、减速、达到设定速度、告警和故障），现场模块的工作状态（正常、故障），锁定装置的状态（锁定、解锁），断链保护、维修安全销的状态，隔离开关的状态，急停开关的状态和联锁信号状态等。

单台设备详细控制信息显示：除上两项显示内容外，还应显示每个控制点的所有信息，如所有检测点状态，按钮开关的操作，所有现场模块、变频器和BL20站的状态，抱闸的状态。如果锁定装置为二级时，仅显示处于锁定或解锁状态，则此级别应显示每个到位检测开关的状态，电机起动器节点网络状态和对应起动器的状态，手动或自动控制、手动控制时操作按钮的人工操作的同步显示等。

2.数据源设计要点

对有一定时序和逻辑关系的组合信息，宜在PLC中编程来生成需要的信息，另外还应该特别注意排除派生故障信息（由一个状态导致的虚假信息）。

（1）紧急停止信息。机械化输送系统急停由实时监控系统直接读取PLC的数据映象表的I/O点；进口设备接口部分增加硬件接线进入BL20站或要求进口设备在DP-IBS耦合器的联锁信号中增加信息交换点。

图4 控制系统信息的网络状态

（2）安全门和安全光栅信息。安全门在出返修件时处于打开状态不报警，其他位置报警，编制PLC程序提供报警信息；安全光栅在正常进出件时不报警，其他情况报警，编制PLC程序提供报警信息。

（3）现场总线节点故障。现场模块故障建立TAG（命名规则：PFB1NODE12ERR）由扫描器的状态字控制；BL20站故障建立TAG由扫描器的状态字和非急停及安全控制动作的组合控制。

（4）变频器故障。变频器故障建立TAG，由扫描器的状态字、非急停及安全控制动作、对应的BL20站无故障、对应的断路器和接触器无故障的组合控制。

（5）断路器、接触器故障。断路器故障建立TAG，命名规则是设备代号＋QAERR（GA101QAERR），由对应BL20站无故障和对应反馈点故障的组合控制。接触器故障建立TAG，命名规则是设备代号KM+F/R ERR（GA101KMFERR、GA101KMRERR），由对应的BL20无故障、断路器无故障和自动诊断程序运算结果有故障的组合控制。

3.控制系统信息监控画面设计要点

控制系统信息显示要求为两个级别：

第一个级别为以太网配置和PLC配置显示及现场总线配置显示画面。主要显示以太网工作状态、IP地址号、中控室硬件设置等；PLC在当前状态显示、PLC每个模块的工作状态和信号规格等，这些信息可以通过读取PLC系统状态信息获得，如现场总线上每个节点的型号和规格、节点号、节点状态。图4为控制系统信息的网络状态。

第二级别则显示每个生产线的控制系统的所有控制柜、控制箱和现场模块等在生产线布局中的位置，机械化设备应标明设备号、每个节点的工作状态、各I/O点的工作状态和I/O点的功能（连接到哪个设备号的何种检测原件）。

控制系统信息显示画面中，绿色闪烁为设备就绪状态，常绿为设备正常运行，黄色闪烁为警告报警，黄色常亮为警告点处理中，红色闪烁为故障报警，红色常亮为故障处理中，恢复后复位为绿色。

急停系统、安全保护系统显示画面则显示整个生产线急停和安全保护（含联锁信号）的分布位置和状态。

4.报警信息

当某生产线或设备出现故障时，系统应弹出报警显示画面，同时自动记录故障信息。报警信息应有完整的故障分析功能。如将每台输送设备的故障按照供货商、故障频次、间隔时间和故障时间统计信息（最长、最短和平均）等分类细化。故障报警第一时间弹出显示。

5.历史记录

系统需自动记录各生产线或设备的起停时间、起停控制参数，并以一定的时间间隔自动记录生产设备的运行情况、运行参数，可查询、按分类检索、打印和IT发布。系统每间隔一段时间（时间跨度可选）自动备份数据。

6.权限管理

实时监控系统设4种访问权限，即纯客户、操作员、监控维修员和系统管理员。纯客户访问只能观看系统概况画面和部分只读画面；操作员能观看单台设备、生产线的详细画面，能改变非关键性控制参数；监控维修员能对所有控制参数进行调整；系统管理员可以创建、修改实时监控系统画面及数据库功能等，可以修改分级网络图，进行节点工作状态诊断参数设定等。

生产信息管理设计要点

1.生产信息管理系统构成

生产信息管理系统包括信息生成和存档、信息查询两大功能模块，可以完成车间生产信息维护、建档和查询功能，应能与企业资源管理系统ERP或工厂信息管理系统FIS无缝集成。

2.生产信息管理系统功能

（1）信息维护：为使用者提供可以维护车间数据库信息的接口，用户可以打开相应窗口修改或查询数据，包括设备信息、故障信息、操作员信息和工位信息。

（2）信息查询：可查询当日正常、故障、操作和产量等生产信息以及历史正常、故障、操作和产量等生产信息。

（3）生成报表：查询结果报表、故障流水报表等可预览及打印。

3.生产调度功能

在中控室可以做各种车型在各个相应工段的放车日计划，相应的输送控制系统可以自动地实施该计划，还可以进行生产计划数据的修订。

在中控室还可对各个工段不同的储存分配方案进行选择。考虑到中控室施工、调试，以及在使用中出现故障的可能性，应对每一个涉及到自动制定和分配的地方增加手动方案，在自动方案无法正常工作的情况下，可以进行有效的人为干预。

要实现车型自动识别（AVI）和手动控制功能，可以在每个车型识别点处加钥匙开关和控制按钮或HMI，用人工输入车型类别。还应该充分考虑到车型识别的再校验。

能自动动态跟踪车体位置，实时向生产管理系统提供在制品位置信息和统计信息。