焊管机组设备远程监控系统研究范文

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摘要：为了提升设备故障预判能力，降低故障率，保障机组正常生产，将生产线关键岗位的控制PLC、专用采集模块、云终端远程登陆显示及监控服务器接入同一局域网，并利用服务器对PLC、专用模块采集到的电压、电流、温度、流量等设备运行参数和停车时间、产量等生产信息在监控Web界面上进行汇总、归类和集中显示，实现了对设备运行状态的实时掌握和监控，进一步完善了系统功能，提高设备运行信息监控的准确性和设备故障的预判能力。

关键词：焊管生产线；设备；维修；运行状态

焊管生产是离散与连续并存的多阶段混合式生产，是一个典型的流程工业生产过程，具有生产线长、工序多、设备复杂等特点[1]。目前，设备运行状态点检主要依靠维修工人的定时巡检，人为影响因素大，无法实时掌握设备运行状态、及时发现设备隐患，影响设备的使用效率及寿命。经过近几年焊管生产设备升级改造，生产现场自动化程度有了一定的提高，实现了部分单机及某些加工过程自动化[2]。同时，由于工控网络也已经初具规模，生产线重要工序都采用可编程控制器（PLC）控制，设备的运行电压、电流、压力、位移等数据都可以从PLC中读取。很多新式传感器及新的测量方式在现场应用，使焊管生产设备具备数据采集条件。生产线实现了以太网覆盖，为远程数据通讯提供了必要的硬件支撑。基于以上现状，本研究开发了设备在线远程监控系统，以实时掌握设备运行参数，降低设备的故障率[3]。

1远程监控系统设计

设备在线远程监控系统由数据采集、监控服务和访问终端组成，系统结构如图1所示。数据采集模块负责采集现场设备运行数据，并将数据传送到监控服务器。监控服务器将收到的数据整理、分类，在监控界面进行显示，此外数据存储、报警、提示功能也是由服务器完成。监控终端面向监控系统用户，可通过网络浏览器查看服务器上的监控界面。数据采集层：在挖掘现有传感器、变频器、PLC功能的基础上进行本地化改造，以实现数据采集设计要求。监控服务器层：硬件使用设备升级替换旧服务器，软件由自主编程设计，包括监控Web界面编制、数据变量组态、报警提示和短信功能设定。监控终端层：除了实现联网电脑主机的访问以外，还可在维修岗位安装小型化访问设备，进行界面本地化定制，以满足维修的使用需求。

2远程监控系统建设

2.1在用数据采集焊管生产线安装有数量众多的传感器、控制器和PLC，许多设备运行参数，比如矫平机电流、矫平机油缸位移、递送机电流、铣边机电流、递送机速度、焊接电流、焊接弧压、成型周长、水压机水压及水压机油压等，早已作为重要的控制参数被各自PLC采集。采用共享数据块作为监控数据存储区，在每个PLC站点增加数据传送语句，将需要的所有数据（包括变频器状态字、传感器测量值及温度模块采集量等）传送到监控数据块中。增加西门子CP343以太网通讯模块，用网线将其接入监控系统局域网，并配置唯一的IP地址。

2.2新增数据采集2.2.1以太网采集模块对于某些距离PLC较远区域内的设备和传感器，若采用通过线缆连接PLC输入模块的方式，存在许多缺点：①每个采集点一般需要一根3芯线缆，长距离布线操作困难，材耗过大；②过长的电信号传输线路会导致如干扰、衰减等问题的产生[4]。通过安装以太网采集模块方案，将模块就近安装在采集目标区域内，区域内所有采集点先通过线缆将电气信号传送到模块，采集模块再通过网线接入监控局域网，每个采集模块拥有不同的IP地址，在服务器上可以采集到各模块所有输入点的信号数据。2.2.2无线测温系统无线测温系统采用Zigbee无线网络技术，基于IEEE802.15.4标准[5]。可工作在高电磁干扰环境中，系统包括无线温度传感器和无线接入模块。无线温度传感器具有功耗低、体积小、安装方便等特点。测量温度范围-20~80℃，测量距离10~100m，电池工作时间大于5年。无线测温接入模块，可接入传感器64只，带LCD现场显示，支持RS485总线接口。由于无线温度接入模块不支持Profibus-DP标准，为了将温度数据传送到监控服务器，需要先接入网关设备进行中转，再接入PLC总线。之后通过PLC编程，将每个温度值传送到监控数据块中，PLC组态如图2所示。2.2.3润滑油路流量检测生产线关键设备除了安装多个无线测温模块外，还在减速机润滑油路上安装了液体流量传感器，实现了润滑油路状态的定量监测。采用的管道式涡轮液体流量计测量精度达到0.5%R，介质温度-20~80℃，量程0.45~9m3/h，满足现场需要，通过PLC模拟量输入模块可实现测量数据的采集。

2.3监控服务器建设在服务器上应用西门子SIMATICWinCC软件，进行监控界面的设计编程。首先建立变量表，对每个变量进行IP地址、数据块地址定义，实现对数据的采集。然后进行监控界面设计编程，包括各级界面显示内容设计、组件属性设置、变量定义及代码编程。监控界面主页分为4个区块，分别显示机组状态、工程名称、机组产量以及停止时间等重要生产信息。每个生产线区块下还有3个链接按钮，分别是“工业参数设定”、“生产过程信息”和“设备运转状况”，点击按钮，可打开相应的页面来查看更具体的状态数据。在完成所有编程后，对WinCC监控界面进行Web。Web方式的主要优势在于监控客户机不必安装WinCC软件，只需安装十几兆的客户端程序，就可以通过浏览器查看监控界面。对各个监控数据的上下限阈值进行定义，当数据超过设置阈值时，监控界面数据框将改变颜色进行报警提示，将报警结果以直观、清晰的方式反馈给维护人员[6]，设备运转状况界面如图3所示。为了充分发挥设备在线远程监控系统的数据优势，提高监控系统的使用效率，设计开发了手机短信提示功能，与其他无线通讯业务相比，此功能具有成本低、适用面宽、支持存储和重发等优点，非常适合小数据量、弱实时性、低成本要求的数据通讯，符合大多数超远距离信息集成的需求[7]。手机短信模块是基于移动GSM短信平台的工业级通讯终端，它内嵌GSM核心单元的无线Modem，可实现发送中英文短信的功能，模块采用标准工业规格设计，提供RS232标准接口，通过转接线与监控服务器连接。在服务器上进行编程以满足设计要求。短信平台以各生产线为基本单位，根据发送短信内容的不同，分为生产类短信和故障类短信，可对各生产线接收两类短信的手机号码分别设置，实现有效内容的准确推送，提高了数据传输效率。

2.4监控终端层建设设备在线远程监控Web界面是在监控网络服务器上进行编程组态的，任意一台接入监控网络的PC主机都可以通过IE浏览器访问。同时，在路由器上进行端口映射，实现了办公PC主机的访问，打开IE浏览器，输入地址，根据系统提示安装WinCCWeb功能客户端程序后，就可以浏览监控界面。设备运转状况监控主要服务于设备维修岗位，以便于维修人员及时发现设备不良状态。考虑到维修岗位人员只需要查看监控界面，不需要其他的办公功能，因此在维修岗位安装小型化主机，采用云终端方案，达到了不间断对设备运行状况监控，对故障类型及时诊断处理的目的[8]。在系统安全方面，硬件上云终端采用用户无法修改的嵌入式固件系统，安全性高，监控系统网络与办公网络之间安装有网闸设备，可有效避免两个网络间的相互攻击或感染。软件上监控服务器安装病毒防护和防火墙软件，对云终端远程登陆账号进行了权限设置，具有防止非法操作的功能[9]。

3结束语

设备在线远程监控系统实现了对电压、电流、温度、流量等设备运行参数以及停车时间、产量等生产信息的实时监测，改变了以前主要依靠维修人员定时定点观察、检测设备的巡检状态，实现了对设备运行状态的实时掌握，提升了设备故障预判能力，有效降低设备故障率，保障了机组正常生产[10]。随着系统功能的进一步丰富和完善，将会发挥更大的作用。

参考文献：

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[3]王占理，徐海，王占军，等.焊管机组液压设备管理与维护[J].焊管，2010，33（10）：57-59.

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[5]郭景涛，侯明锋，赵健，等.基于ZigBee无线传感器网络的室内温度测量系统[J].计量技术,2010（12）：14-17.

[6]秦杰，马韬韬，郭创新.调度自动化设备状态在线报警系统的设计与应用[J].电力系统自动化，2009，33（6）：95-98.

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[9]刘永平.自动化监控系统在晋江王厝泵站中的应用[J].水利科技与经济，2012，18（9）：113-114.

[10]周善征，曹刚.螺旋焊管生产线的技术装备改造[J].钢管，2007，36（4）：47-50.

作者：刘晶晶 单位：渤海装备华油钢管公司