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【摘要】基于國(guó)家對(duì)船舶行業(yè)提出的發(fā)展智能化工廠的要求，并結(jié)合船廠車間目前的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一種船廠信息化車間的組態(tài)網(wǎng)絡(luò)。該組態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合目前國(guó)際上先進(jìn)的無線通信技術(shù)，在硬件及軟件上進(jìn)行優(yōu)化組態(tài)，實(shí)現(xiàn)船廠車間對(duì)數(shù)控設(shè)備的集中控制管理，亦通過預(yù)留接口與上層高級(jí)管理系統(tǒng)的結(jié)合，完成了對(duì)整個(gè)船廠的信息化管理，能取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】信息化車間；組態(tài)網(wǎng)絡(luò)；無線AP

1引言

隨著智能化、信息化車間在其他行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，船廠車間雖然配置了大量高精度數(shù)控加工設(shè)備，但是其智能化、信息化發(fā)展進(jìn)程相對(duì)緩慢。在當(dāng)前信息化飛速發(fā)展的情況下，對(duì)船廠車間的信息化管理也提出了更高的要求，隨著生產(chǎn)任務(wù)的日益繁忙，暴露出一系列問題，而這些問題已成為船廠進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、降低成本的障礙，主要體現(xiàn)在以下幾方面：1）船廠車間數(shù)控設(shè)備數(shù)量龐大且都需要做定期或隨機(jī)維護(hù)保養(yǎng)，消耗大量的人力物力。同時(shí),由于沒有集控管理功能，維修保養(yǎng)時(shí)，維護(hù)工程師需要在數(shù)控設(shè)備和監(jiān)控室之間來回奔波，增加無形的負(fù)擔(dān)。2）船廠設(shè)備多種數(shù)控系統(tǒng)需要多種組態(tài)軟件，使得操作復(fù)雜，同時(shí)，也會(huì)造成車間管理無序，無法統(tǒng)一且有效地安排生產(chǎn)任務(wù)，多臺(tái)數(shù)控設(shè)備之間無法實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制。3）船廠諸多數(shù)控設(shè)備沒有精確的統(tǒng)計(jì)手段，數(shù)控設(shè)備的相關(guān)代碼、文檔、生產(chǎn)信息等無法得到科學(xué)有效的管理。4）現(xiàn)代化的船廠車間需要有完整的信息網(wǎng)絡(luò)。從上層高級(jí)管理系統(tǒng)到車間局部管理系統(tǒng)，龐大的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將對(duì)船廠形成統(tǒng)一有效的管理，從而可以直接提高船廠的核心競(jìng)爭(zhēng)力。為了解決上述問題，需要一種組態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將整個(gè)船廠車間數(shù)控設(shè)備串聯(lián)起來，車間管理系統(tǒng)與上層高級(jí)管理系統(tǒng)串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)以下幾方面的功能：1）實(shí)現(xiàn)對(duì)車間內(nèi)所有數(shù)控設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和監(jiān)護(hù)，節(jié)省了大量的操作時(shí)間，亦可以通過當(dāng)前的故障維修記錄及定期計(jì)劃進(jìn)行維修，實(shí)現(xiàn)未來的預(yù)知性維修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的早期征兆，減少不必要的停機(jī)維護(hù)，提高了生產(chǎn)效率。2）可以將各種數(shù)控設(shè)備有機(jī)地聯(lián)系起來。可對(duì)管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)控管理，靈活地安排生產(chǎn)任務(wù)，通過對(duì)多臺(tái)設(shè)備動(dòng)作精確控制，實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)同控制。3）可以形成統(tǒng)一的開放式的數(shù)據(jù)信息管理庫，協(xié)同其他管理系統(tǒng)，使信息得到科學(xué)有效的管理。4）船廠車間信息化可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程合理化，有效的分配各方面資源，達(dá)到生產(chǎn)效率最大化，對(duì)于船廠節(jié)約成本具有現(xiàn)實(shí)的意義。

2總體設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)采用無線AP的通信方式連接底層硬件設(shè)備（數(shù)控設(shè)備）和地面服務(wù)站，地面服務(wù)站在通過光纖連接至中控室。系統(tǒng)采集的底層硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)全部送至統(tǒng)一的系統(tǒng)管理平臺(tái)，軟件通過對(duì)采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析，形成開放式的數(shù)據(jù)庫，從而完成對(duì)數(shù)控設(shè)備的監(jiān)控管理。另外，通過預(yù)留的功能擴(kuò)展接口與更高級(jí)的管理系統(tǒng)之間形成數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)更大范圍的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3硬件方案

1）車間內(nèi)每臺(tái)數(shù)控設(shè)備安裝物聯(lián)網(wǎng)需要的硬件設(shè)備和軟件，能夠進(jìn)行數(shù)控設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控，采集其關(guān)鍵數(shù)據(jù)，然后通過相關(guān)硬件和軟件整理匯總后發(fā)送。另外，提供與無線設(shè)備連接的接口，接口模塊支持通用通信協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)。2）數(shù)控設(shè)備上配備一套無線發(fā)射系統(tǒng)，包含客戶端（Clint）設(shè)備、全向天線、介質(zhì)卡等電氣設(shè)備；其運(yùn)行軌道梁上安裝有無線接收系統(tǒng)，包含AP端設(shè)備、全向天線、介質(zhì)卡等電氣設(shè)備；地面服務(wù)站包含千兆交換機(jī)、光口擴(kuò)展模塊等電氣設(shè)備；站內(nèi)監(jiān)控站包含千兆交換機(jī)、光口/電口模塊等電氣設(shè)備；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器包含處理器、操作系統(tǒng)、支持平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫軟件等電氣設(shè)備；其中，無線接收系統(tǒng)和無線發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)無線系統(tǒng)；光口/電口模塊將光纖和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信介質(zhì)的轉(zhuǎn)換，以匹配不同設(shè)備間的通信；千兆交換機(jī)將數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)集中，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器負(fù)責(zé)接收、處理、查詢、記錄、輸出、二次發(fā)送信息并提供軟件運(yùn)行平臺(tái)。3）無線系統(tǒng)支持3×3MIMO，450Mbps帶寬，具備50ms內(nèi)的快速漫游功能，支持2.4GHz/5GHz2種制式，可以在不同制式間實(shí)現(xiàn)切換，避免同頻干擾且具有無線擴(kuò)展能力，便于未來的擴(kuò)展應(yīng)用。無線設(shè)備具有強(qiáng)抗干擾能力，保證了其在強(qiáng)電磁干擾現(xiàn)場(chǎng)的使用。4）為了保證控制數(shù)據(jù)的可靠性，支持基于協(xié)調(diào)機(jī)制（PCF）的傳輸方式，支持智能天線（I-REF）功能，在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，將數(shù)據(jù)劃分優(yōu)先等級(jí)或者根據(jù)應(yīng)用不同來分組，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，確保控制數(shù)據(jù)優(yōu)先等級(jí)最高，同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行。5）無線發(fā)射系統(tǒng)的客戶端（Clint）通過以太網(wǎng)線與數(shù)控設(shè)備控制器連接，無線AP通過電口與光口轉(zhuǎn)換模塊，采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與就近地面服務(wù)站內(nèi)的交換機(jī)連接，地面服務(wù)站內(nèi)的交換機(jī)再通過光纖與中控室內(nèi)交換機(jī)連接，構(gòu)建成整個(gè)車間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。如圖1所示。

4軟件方案

組態(tài)軟件采用主流的組態(tài)軟件（如Wincc），相較于其他編程軟件系統(tǒng)而言，其具有更為可靠的數(shù)據(jù)管理功能[1]。系統(tǒng)采用CS+BS的混合模式，各個(gè)子系統(tǒng)組態(tài)軟件客戶端采用CS模式，適用于系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)的輸入輸出操作并具有良好的擴(kuò)展性和易補(bǔ)充性。客戶端及其功能的添加、刪除和更新也不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，再結(jié)合BS模式，可以通過通用瀏覽器對(duì)其進(jìn)行查看。系統(tǒng)分為3層架構(gòu)，第一層為服務(wù)器管理層，通過采集各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并成服務(wù)器數(shù)據(jù)供其他服務(wù)器裝載；第二層為客戶端控制層，Web客戶端通過瀏覽相應(yīng)的網(wǎng)址就可以訪問自動(dòng)化系統(tǒng)從而組成BS模式。安裝有組態(tài)軟件Wincc的客戶端組成CS模式；第3層即數(shù)控設(shè)備層，包括各個(gè)子系統(tǒng)的PLC及其他自動(dòng)化系統(tǒng)的上位機(jī)等設(shè)備。

5技術(shù)要點(diǎn)

1）信息化車間內(nèi)的每臺(tái)數(shù)控設(shè)備的關(guān)鍵數(shù)據(jù)均可以通過無線系統(tǒng)接入到整個(gè)信息系統(tǒng)當(dāng)中。2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)建立了統(tǒng)一的開放式的數(shù)據(jù)庫，可以存儲(chǔ)用戶的信息、系統(tǒng)報(bào)警信息、事件記錄等其他信息。3）CS+BS的混合模式，通過組態(tài)軟件如Wincc客戶端和Web服務(wù)器得到各個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)歸檔存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，提供歷史數(shù)據(jù)支持。4）通過統(tǒng)一的信息化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和可視化管理。通過數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)的預(yù)知性維護(hù)。通過預(yù)留接口與上層高級(jí)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，形成信息化管理。

6實(shí)際效果

在邁向信息化的過程當(dāng)中，船廠相較于其他行業(yè)發(fā)展進(jìn)程相對(duì)滯后。船廠的效益與利潤(rùn)逐年降低，且負(fù)擔(dān)巨大。本系統(tǒng)運(yùn)用無線通信設(shè)備及通用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)船廠車間對(duì)數(shù)控設(shè)備的集中控制管理，亦通過預(yù)留接口與上層高級(jí)管理系統(tǒng)的結(jié)合，完成整個(gè)船廠的信息化管理，有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益[2]。該系統(tǒng)方案符合當(dāng)前行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，尤其是在船廠車間具有較大的推廣價(jià)值和發(fā)展前景。

【參考文獻(xiàn)】

【1】胡健棟.現(xiàn)代無線通信技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

【2】姜建芳.西門子WinCC組態(tài)軟件工程應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

作者：徐亮 單位：中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司