基于物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云的紡織機(jī)械遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)運(yùn)用

張勤剛 姚 衡 趙 虹 張少民 沈加海

（海寧紡織機(jī)械有限公司，浙江嘉興314400）

0 引言

紡織機(jī)械設(shè)備全天運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦故障停機(jī)會給紡織企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。通常對故障設(shè)備的診斷維護(hù)需要紡機(jī)生產(chǎn)商安排工程師趕赴現(xiàn)場分析排查，這種方式費(fèi)時耗力[1]。而且隨著紡織產(chǎn)業(yè)向東南亞、非洲等區(qū)域轉(zhuǎn)移，國內(nèi)主機(jī)廠的運(yùn)維成本不斷增加[2]。如何實(shí)現(xiàn)紡織機(jī)械設(shè)備的故障快速糾錯和遠(yuǎn)程修復(fù)，是紡織行業(yè)面臨的一個問題。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，紡織行業(yè)的信息化水平不斷提升，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化進(jìn)程不斷加快，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）、云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)逐步滲透到紡織工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)[3]，為切實(shí)提升客戶效益，降低自身成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，我們開始構(gòu)建和應(yīng)用基于物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云的遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)。本文論述了遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)的體系架構(gòu)，并通過運(yùn)用實(shí)例論證了運(yùn)維系統(tǒng)的可行性。

1 紡織機(jī)械遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)體系架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云的紡織機(jī)械遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)體系架構(gòu)主要包括紡織物聯(lián)網(wǎng)感知層、數(shù)據(jù)傳輸層、云平臺層和運(yùn)用層。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)需要信息采集技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、中間件技術(shù)、云計算技術(shù)以及一些公共技術(shù)的支持。

1.1 紡織物聯(lián)網(wǎng)感知層

紡織物聯(lián)網(wǎng)感知層是該系統(tǒng)的物理最底層，主要由與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能傳輸終端相連的紡織機(jī)械設(shè)備PLC控制器及各類傳感檢測裝置組成。傳感檢測技術(shù)是運(yùn)用傳感器進(jìn)行自動檢測并及時準(zhǔn)確獲取外界事物各種信息的過程，是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物物相連的關(guān)鍵技術(shù)之一[4]。PLC控制器通過傳感器裝置采集設(shè)備的各種實(shí)時狀態(tài)及數(shù)據(jù)信息，同時每臺紡織機(jī)械設(shè)備的PLC控制器都與一臺工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能傳輸終端設(shè)備相連。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能傳輸終端設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集與邊緣計算，它是連接紡織機(jī)械設(shè)備和工業(yè)云的紐帶。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸層

通過建立高效、高可靠的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，將傳感器采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)焦I(yè)云計算中心的實(shí)時數(shù)據(jù)收集集群，并存入云端數(shù)據(jù)庫中[5]。數(shù)據(jù)的傳輸方式可以經(jīng)由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能傳輸終端以網(wǎng)線、GPRS、4G（中國移動、聯(lián)通、電信）等方式實(shí)現(xiàn)。

1.3 云平臺層

主要在云端服務(wù)器（計算/存儲/網(wǎng)絡(luò)）的基礎(chǔ)上對由紡織物聯(lián)網(wǎng)感知層現(xiàn)場采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并構(gòu)建基于智能云服務(wù)的IoT設(shè)備管理平臺。

1.4 運(yùn)用層

運(yùn)用層主要是通過PC客戶端、WEB客戶端、手機(jī)APP等形式提供紡織機(jī)械設(shè)備實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測服務(wù)、運(yùn)行統(tǒng)計分析服務(wù)、故障/異常工況報警服務(wù)、設(shè)備故障率分布分析服務(wù)、在線故障診斷服務(wù)、實(shí)時視頻監(jiān)控服務(wù)等等。

2 紡織機(jī)械遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)的運(yùn)用實(shí)施

基于上述研究內(nèi)容，利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、云計算技術(shù)和APP運(yùn)用等微服務(wù)架構(gòu)對遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)，形成基于物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云的紡織機(jī)械遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)平臺。結(jié)合浙江某紡織企業(yè)紡織后整理設(shè)備車間起毛機(jī)、燙光機(jī)、剪毛機(jī)智能聯(lián)機(jī)生產(chǎn)線的遠(yuǎn)程監(jiān)控及遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)的運(yùn)用實(shí)施，完成了遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)的初步運(yùn)用驗(yàn)證。實(shí)施過程中，我們使用中國移動手機(jī)流量卡，以4G網(wǎng)絡(luò)的方式使得設(shè)備連接云端服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入。主控制PLC和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳輸終端之間通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。

實(shí)際設(shè)備按照上述系統(tǒng)架構(gòu)搭建控制網(wǎng)絡(luò)后，實(shí)際投入生產(chǎn)使用，可以通過登陸開發(fā)的電腦客戶端軟件平臺，對所連接的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程程序的上下載調(diào)試等操作。登陸后的主界面如圖1所示。

圖1 紡織機(jī)械遠(yuǎn)程運(yùn)維平臺電腦客戶端主界面

通過電腦PC客戶端可以方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程診斷、數(shù)據(jù)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計、故障預(yù)警設(shè)置等功能，具體實(shí)現(xiàn)方法及其他操作界面內(nèi)容較多，本文不再一一闡述。同時也可以通過手機(jī)端實(shí)時獲取設(shè)備相關(guān)信息：微信端實(shí)時報警提醒、手機(jī)端實(shí)時監(jiān)控畫面、相關(guān)設(shè)備信息等。

同時通過電腦或手機(jī)等智能終端登陸云端服務(wù)器，以云組態(tài)的方式開發(fā)建立了設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)管理平臺，該平臺可實(shí)現(xiàn)對即將出售設(shè)備的全面管理。平臺功能主要包括設(shè)備檔案管理、實(shí)時監(jiān)控和報警、設(shè)備安全、維護(hù)管理、統(tǒng)計分析等。通過瀏覽器輸入相應(yīng)地址之后進(jìn)入管理平臺登陸界面，輸入用戶名admin和密碼后，即可進(jìn)入管理平臺界面。

進(jìn)入平臺首頁，為運(yùn)營中心所配置的設(shè)備的地理分布圖，在每增加一臺具有互聯(lián)網(wǎng)接入功能的設(shè)備后就可以在設(shè)備管理平臺上將該設(shè)備添加上去，而且設(shè)備ID是絕對的一對一。基于此，即可從設(shè)備售出之日起實(shí)時掌握設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對出售設(shè)備的地理分布統(tǒng)計及管理登記，隨時在線查看設(shè)備的開機(jī)率、使用效率等數(shù)據(jù)。

在點(diǎn)擊地理分布圖上對應(yīng)的設(shè)備點(diǎn)后，可以進(jìn)入“設(shè)備管理”和“監(jiān)控詳情”查看該臺設(shè)備的各種信息，當(dāng)然這些信息是事先組態(tài)編輯好的。點(diǎn)擊“監(jiān)控詳情”可進(jìn)入某臺紡織后整理設(shè)備的具體監(jiān)控畫面。

對于具體需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)和設(shè)備相關(guān)信息都可以事先組態(tài)設(shè)計好，可以組態(tài)多個畫面。通過監(jiān)控畫面可以隨時查看客戶加工產(chǎn)量、布速、燙輥轉(zhuǎn)速、燙輥溫度、張力等各種工藝參數(shù)；如有需要，可以在線實(shí)時更改參數(shù)（參數(shù)需要事先設(shè)置成可讀寫）。一些容易超負(fù)荷的參數(shù)等可以設(shè)置預(yù)警功能，簡單的維護(hù)無需派員親赴現(xiàn)場，這就逐步完善了智能維保功能，推進(jìn)了設(shè)備的全生命周期管理。

上述紡織企業(yè)應(yīng)用開發(fā)實(shí)例，初步驗(yàn)證了物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云在紡織機(jī)械遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)運(yùn)用的可行性，該遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)的運(yùn)用降低了設(shè)備運(yùn)維成本，提高了售后服務(wù)的響應(yīng)速度，消除了紡織設(shè)備制造企業(yè)內(nèi)部信息孤島，形成了設(shè)備全生命周期管理平臺，同時為紡織生產(chǎn)企業(yè)提供了可靠、實(shí)時的設(shè)備監(jiān)控管理智能運(yùn)用，構(gòu)建了全新的客戶關(guān)系，提供主動售后服務(wù)，具有推廣價值。

3 結(jié)語

紡織機(jī)械遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)以生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)云平臺為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對所售出產(chǎn)品的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)，降低了設(shè)備運(yùn)維成本，為紡織企業(yè)提供更為快捷的服務(wù)，減少了客戶損失，提升了企業(yè)形象；通過在設(shè)備上增加各類現(xiàn)場檢測和傳感器裝置，使得設(shè)備具有深度感知功能，利用專家經(jīng)驗(yàn)對設(shè)備問題進(jìn)行預(yù)警或者預(yù)案處理，實(shí)現(xiàn)預(yù)防式維護(hù)。基于物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云的遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)將原有的零散化管理轉(zhuǎn)變?yōu)榧芯C合化有序管理，推進(jìn)了設(shè)備的全生命周期管理，適宜在紡織機(jī)械行業(yè)推廣。