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【摘要】基于國家對船舶行業提出的發展智能化工廠的要求，并結合船廠車間目前的實際情況，設計了一種船廠信息化車間的組態網絡。該組態網絡系統結合目前國際上先進的無線通信技術，在硬件及軟件上進行優化組態，實現船廠車間對數控設備的集中控制管理，亦通過預留接口與上層高級管理系統的結合，完成了對整個船廠的信息化管理，能取得較高的經濟效益。

【關鍵詞】信息化車間；組態網絡；無線AP

1引言

隨著智能化、信息化車間在其他行業得到廣泛應用，船廠車間雖然配置了大量高精度數控加工設備，但是其智能化、信息化發展進程相對緩慢。在當前信息化飛速發展的情況下，對船廠車間的信息化管理也提出了更高的要求，隨著生產任務的日益繁忙，暴露出一系列問題，而這些問題已成為船廠進一步提高生產效率、降低成本的障礙，主要體現在以下幾方面：1）船廠車間數控設備數量龐大且都需要做定期或隨機維護保養，消耗大量的人力物力。同時,由于沒有集控管理功能，維修保養時，維護工程師需要在數控設備和監控室之間來回奔波，增加無形的負擔。2）船廠設備多種數控系統需要多種組態軟件，使得操作復雜，同時，也會造成車間管理無序，無法統一且有效地安排生產任務，多臺數控設備之間無法實現協同控制。3）船廠諸多數控設備沒有精確的統計手段，數控設備的相關代碼、文檔、生產信息等無法得到科學有效的管理。4）現代化的船廠車間需要有完整的信息網絡。從上層高級管理系統到車間局部管理系統，龐大的信息網絡系統，將對船廠形成統一有效的管理，從而可以直接提高船廠的核心競爭力。為了解決上述問題，需要一種組態網絡系統，將整個船廠車間數控設備串聯起來，車間管理系統與上層高級管理系統串聯起來，實現以下幾方面的功能：1）實現對車間內所有數控設備的遠程監控和監護，節省了大量的操作時間，亦可以通過當前的故障維修記錄及定期計劃進行維修，實現未來的預知性維修，及時發現故障的早期征兆，減少不必要的停機維護，提高了生產效率。2）可以將各種數控設備有機地聯系起來。可對管理網絡內的所有設備統一監控管理，靈活地安排生產任務，通過對多臺設備動作精確控制，實現多機協同控制。3）可以形成統一的開放式的數據信息管理庫，協同其他管理系統，使信息得到科學有效的管理。4）船廠車間信息化可以對整個生產流程合理化，有效的分配各方面資源，達到生產效率最大化，對于船廠節約成本具有現實的意義。

2總體設計思路

系統采用無線AP的通信方式連接底層硬件設備（數控設備）和地面服務站，地面服務站在通過光纖連接至中控室。系統采集的底層硬件設備的數據全部送至統一的系統管理平臺，軟件通過對采集到的數據存儲分析，形成開放式的數據庫，從而完成對數控設備的監控管理。另外，通過預留的功能擴展接口與更高級的管理系統之間形成數據交互，實現更大范圍的信息網絡系統。

3硬件方案

1）車間內每臺數控設備安裝物聯網需要的硬件設備和軟件，能夠進行數控設備的運行監控，采集其關鍵數據，然后通過相關硬件和軟件整理匯總后發送。另外，提供與無線設備連接的接口，接口模塊支持通用通信協議與標準。2）數控設備上配備一套無線發射系統，包含客戶端（Clint）設備、全向天線、介質卡等電氣設備；其運行軌道梁上安裝有無線接收系統，包含AP端設備、全向天線、介質卡等電氣設備；地面服務站包含千兆交換機、光口擴展模塊等電氣設備；站內監控站包含千兆交換機、光口/電口模塊等電氣設備；網絡服務器包含處理器、操作系統、支持平臺、數據庫軟件等電氣設備；其中，無線接收系統和無線發射系統構成整個無線系統；光口/電口模塊將光纖和以太網的數據進行數據通信介質的轉換，以匹配不同設備間的通信；千兆交換機將數控設備的數據集中，實現網絡數據的傳輸；網絡服務器負責接收、處理、查詢、記錄、輸出、二次發送信息并提供軟件運行平臺。3）無線系統支持3×3MIMO，450Mbps帶寬，具備50ms內的快速漫游功能，支持2.4GHz/5GHz2種制式，可以在不同制式間實現切換，避免同頻干擾且具有無線擴展能力，便于未來的擴展應用。無線設備具有強抗干擾能力，保證了其在強電磁干擾現場的使用。4）為了保證控制數據的可靠性，支持基于協調機制（PCF）的傳輸方式，支持智能天線（I-REF）功能，在傳輸數據的同時，將數據劃分優先等級或者根據應用不同來分組，當網絡擁塞時，確?？刂茢祿炏鹊燃壸罡?，同時保證網絡的高效運行。5）無線發射系統的客戶端（Clint）通過以太網線與數控設備控制器連接，無線AP通過電口與光口轉換模塊，采用星型網絡結構與就近地面服務站內的交換機連接，地面服務站內的交換機再通過光纖與中控室內交換機連接，構建成整個車間網絡架構。如圖1所示。

4軟件方案

組態軟件采用主流的組態軟件（如Wincc），相較于其他編程軟件系統而言，其具有更為可靠的數據管理功能[1]。系統采用CS+BS的混合模式，各個子系統組態軟件客戶端采用CS模式，適用于系統中大量數據的輸入輸出操作并具有良好的擴展性和易補充性?？蛻舳思捌涔δ艿奶砑?、刪除和更新也不會對整個系統產生影響，再結合BS模式，可以通過通用瀏覽器對其進行查看。系統分為3層架構，第一層為服務器管理層，通過采集各個子系統的數據并成服務器數據供其他服務器裝載；第二層為客戶端控制層，Web客戶端通過瀏覽相應的網址就可以訪問自動化系統從而組成BS模式。安裝有組態軟件Wincc的客戶端組成CS模式；第3層即數控設備層，包括各個子系統的PLC及其他自動化系統的上位機等設備。

5技術要點

1）信息化車間內的每臺數控設備的關鍵數據均可以通過無線系統接入到整個信息系統當中。2）系統設計建立了統一的開放式的數據庫，可以存儲用戶的信息、系統報警信息、事件記錄等其他信息。3）CS+BS的混合模式，通過組態軟件如Wincc客戶端和Web服務器得到各個子系統的實時數據，同時，對數據歸檔存儲到數據庫中，提供歷史數據支持。4）通過統一的信息化管理平臺，實現數控設備的遠程監控和可視化管理。通過數據分析實現基于狀態的預知性維護。通過預留接口與上層高級管理系統的數據交互，形成信息化管理。

6實際效果

在邁向信息化的過程當中，船廠相較于其他行業發展進程相對滯后。船廠的效益與利潤逐年降低，且負擔巨大。本系統運用無線通信設備及通用組態軟件實現船廠車間對數控設備的集中控制管理，亦通過預留接口與上層高級管理系統的結合，完成整個船廠的信息化管理，有著巨大的經濟效益[2]。該系統方案符合當前行業的發展趨勢，尤其是在船廠車間具有較大的推廣價值和發展前景。

【參考文獻】

【1】胡健棟.現代無線通信技術[M].北京：機械工業出版社,2003.

【2】姜建芳.西門子WinCC組態軟件工程應用技術[M].北京：機械工業出版社,2003.

作者：徐亮 單位：中船第九設計研究院工程有限公司