船厂信息化车间组态网络系统研究范文

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【摘要】基于国家对船舶行业提出的发展智能化工厂的要求，并结合船厂车间目前的实际情况，设计了一种船厂信息化车间的组态网络。该组态网络系统结合目前国际上先进的无线通信技术，在硬件及软件上进行优化组态，实现船厂车间对数控设备的集中控制管理，亦通过预留接口与上层高级管理系统的结合，完成了对整个船厂的信息化管理，能取得较高的经济效益。

【关键词】信息化车间；组态网络；无线AP

1引言

随着智能化、信息化车间在其他行业得到广泛应用，船厂车间虽然配置了大量高精度数控加工设备，但是其智能化、信息化发展进程相对缓慢。在当前信息化飞速发展的情况下，对船厂车间的信息化管理也提出了更高的要求，随着生产任务的日益繁忙，暴露出一系列问题，而这些问题已成为船厂进一步提高生产效率、降低成本的障碍，主要体现在以下几方面：1）船厂车间数控设备数量庞大且都需要做定期或随机维护保养，消耗大量的人力物力。同时,由于没有集控管理功能，维修保养时，维护工程师需要在数控设备和监控室之间来回奔波，增加无形的负担。2）船厂设备多种数控系统需要多种组态软件，使得操作复杂，同时，也会造成车间管理无序，无法统一且有效地安排生产任务，多台数控设备之间无法实现协同控制。3）船厂诸多数控设备没有精确的统计手段，数控设备的相关代码、文档、生产信息等无法得到科学有效的管理。4）现代化的船厂车间需要有完整的信息网络。从上层高级管理系统到车间局部管理系统，庞大的信息网络系统，将对船厂形成统一有效的管理，从而可以直接提高船厂的核心竞争力。为了解决上述问题，需要一种组态网络系统，将整个船厂车间数控设备串联起来，车间管理系统与上层高级管理系统串联起来，实现以下几方面的功能：1）实现对车间内所有数控设备的远程监控和监护，节省了大量的操作时间，亦可以通过当前的故障维修记录及定期计划进行维修，实现未来的预知性维修，及时发现故障的早期征兆，减少不必要的停机维护，提高了生产效率。2）可以将各种数控设备有机地联系起来。可对管理网络内的所有设备统一监控管理，灵活地安排生产任务，通过对多台设备动作精确控制，实现多机协同控制。3）可以形成统一的开放式的数据信息管理库，协同其他管理系统，使信息得到科学有效的管理。4）船厂车间信息化可以对整个生产流程合理化，有效的分配各方面资源，达到生产效率最大化，对于船厂节约成本具有现实的意义。

2总体设计思路

系统采用无线AP的通信方式连接底层硬件设备（数控设备）和地面服务站，地面服务站在通过光纤连接至中控室。系统采集的底层硬件设备的数据全部送至统一的系统管理平台，软件通过对采集到的数据存储分析，形成开放式的数据库，从而完成对数控设备的监控管理。另外，通过预留的功能扩展接口与更高级的管理系统之间形成数据交互，实现更大范围的信息网络系统。

3硬件方案

1）车间内每台数控设备安装物联网需要的硬件设备和软件，能够进行数控设备的运行监控，采集其关键数据，然后通过相关硬件和软件整理汇总后发送。另外，提供与无线设备连接的接口，接口模块支持通用通信协议与标准。2）数控设备上配备一套无线发射系统，包含客户端（Clint）设备、全向天线、介质卡等电气设备；其运行轨道梁上安装有无线接收系统，包含AP端设备、全向天线、介质卡等电气设备；地面服务站包含千兆交换机、光口扩展模块等电气设备；站内监控站包含千兆交换机、光口/电口模块等电气设备；网络服务器包含处理器、操作系统、支持平台、数据库软件等电气设备；其中，无线接收系统和无线发射系统构成整个无线系统；光口/电口模块将光纤和以太网的数据进行数据通信介质的转换，以匹配不同设备间的通信；千兆交换机将数控设备的数据集中，实现网络数据的传输；网络服务器负责接收、处理、查询、记录、输出、二次发送信息并提供软件运行平台。3）无线系统支持3×3MIMO，450Mbps带宽，具备50ms内的快速漫游功能，支持2.4GHz/5GHz2种制式，可以在不同制式间实现切换，避免同频干扰且具有无线扩展能力，便于未来的扩展应用。无线设备具有强抗干扰能力，保证了其在强电磁干扰现场的使用。4）为了保证控制数据的可靠性，支持基于协调机制（PCF）的传输方式，支持智能天线（I-REF）功能，在传输数据的同时，将数据划分优先等级或者根据应用不同来分组，当网络拥塞时，确保控制数据优先等级最高，同时保证网络的高效运行。5）无线发射系统的客户端（Clint）通过以太网线与数控设备控制器连接，无线AP通过电口与光口转换模块，采用星型网络结构与就近地面服务站内的交换机连接，地面服务站内的交换机再通过光纤与中控室内交换机连接，构建成整个车间网络架构。如图1所示。

4软件方案

组态软件采用主流的组态软件（如Wincc），相较于其他编程软件系统而言，其具有更为可靠的数据管理功能[1]。系统采用CS+BS的混合模式，各个子系统组态软件客户端采用CS模式，适用于系统中大量数据的输入输出操作并具有良好的扩展性和易补充性。客户端及其功能的添加、删除和更新也不会对整个系统产生影响，再结合BS模式，可以通过通用浏览器对其进行查看。系统分为3层架构，第一层为服务器管理层，通过采集各个子系统的数据并成服务器数据供其他服务器装载；第二层为客户端控制层，Web客户端通过浏览相应的网址就可以访问自动化系统从而组成BS模式。安装有组态软件Wincc的客户端组成CS模式；第3层即数控设备层，包括各个子系统的PLC及其他自动化系统的上位机等设备。

5技术要点

1）信息化车间内的每台数控设备的关键数据均可以通过无线系统接入到整个信息系统当中。2）系统设计建立了统一的开放式的数据库，可以存储用户的信息、系统报警信息、事件记录等其他信息。3）CS+BS的混合模式，通过组态软件如Wincc客户端和Web服务器得到各个子系统的实时数据，同时，对数据归档存储到数据库中，提供历史数据支持。4）通过统一的信息化管理平台，实现数控设备的远程监控和可视化管理。通过数据分析实现基于状态的预知性维护。通过预留接口与上层高级管理系统的数据交互，形成信息化管理。

6实际效果

在迈向信息化的过程当中，船厂相较于其他行业发展进程相对滞后。船厂的效益与利润逐年降低，且负担巨大。本系统运用无线通信设备及通用组态软件实现船厂车间对数控设备的集中控制管理，亦通过预留接口与上层高级管理系统的结合，完成整个船厂的信息化管理，有着巨大的经济效益[2]。该系统方案符合当前行业的发展趋势，尤其是在船厂车间具有较大的推广价值和发展前景。

【参考文献】

【1】胡健栋.现代无线通信技术[M].北京：机械工业出版社,2003.

【2】姜建芳.西门子WinCC组态软件工程应用技术[M].北京：机械工业出版社,2003.

作者：徐亮 单位：中船第九设计研究院工程有限公司