沖壓自動化生產線設備管理系統設計

張英華 胡天龍

摘? ?要：文章在對某企業自動化沖壓生產線進行充分研究的基礎上，設計了一套沖壓生產線設備管理系統。本系統利用計算機系統來控制設備管理的整個流程，沖壓生產線的產品數量、開始時間及主要設備故障等均通過現場總線從沖壓設備的主控PLC中讀取出來，同時上位機的生產控制指令將通過現場總線網絡傳送到控制設備，從而實現沖壓線設備的信息化管理。

關鍵詞：沖壓;生產線;設備管理;可編程邏輯控制器;現場總線

目前，在沖壓自動化生產線的設備管理技術領域還是以人工管理為主，這對沖壓生產設備的價值管理和沖壓設備的全生產周期管理是極為不利的。設計沖壓線設備管理系統的出發點是利用計算機管理系統、現場總線、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）及各種傳感設備將沖壓設備信息化，利用網絡及計算機系統追求資產的優化和資產投資回報的最大化，確保沖壓線設備的生產能力得到最大化的利用及設備安全性能的最大提升。

1? ? 系統需求分析

本項目是為某企業的沖壓自動化生產線設計的管理系統，此單位的自動化沖壓生產線共3條，第一條是西班牙FAGAR的沖壓設備，設備型號：TLE4-2500-6300-2300，主控設備：SIEMENS S7-300系列，317F-2PN/DP，人機界面：SIEMENS，IPC577C。另外兩條為臺灣SEYI的直壁式偏心齒輪機械沖床SE2-1000，主控設備：三菱QnU系列，Q03UDECPU，人機界面：Proface GP-4501TW[1]。根據前期調研和對接，本系統的基本功能需求為：生產信息管理、故障管理和知識系統、設備管理和模具管理4個功能模塊，系統需要具備數據采集、自動報表、故障管理和專家系統、設備保養和模具保養計劃、移動端聯機等功能。

2? ? 系統體系結構

本系統采用3層B/S結構，用戶機不運行相關程序，各客戶端都不要求安裝數據庫軟件和應用軟件，同時兼容各種操作系統[2]，如W10，Win Ce，Android等。用戶只需安裝符合相關標準的瀏覽器，并與網絡相連就可以使用該系統，使用簡潔、方便，結構如圖1所示。

HTTP服務器負責超文本訪問的處理，接受用戶請求并返回給用戶相關監控數據、動畫、曲線頁面。應用服務器負責應用的處理，包括應用邏輯、開發、維護等幾乎所有的工作并通過數據接口可以動態的訪問數據庫。如果用戶請求的是靜態頁面，則由HTTP服務器處理返回;如果用戶請求的是信息查詢等動態頁面，就由應用服務器處理，將處理結果返回HTTP服務器，由HTTP服務器將處理好的頁面返回給用戶。數據庫服務器是系統的實時數據庫，是整個系統的數據處理、存儲、轉發中心。

3? ? 系統功能實現

基于上述的B/S 3層架構，設計的系統方案如圖2所示。

在生產線現場設置一臺服務器，完成數據采集、分析、處理等功能。

3.1? 數據采集功能

數據采集主要由服務器和3臺沖壓設備通信來完成。為縮短開發周期，增強系統的穩定性，采用組態軟件完成數據采集工作[3-4]。

服務器通過工業以太網或是Profibus工業總線與沖壓設備的主控PLC之間進行通信，完成設備信息和生產信息的讀取工作。同時，根據設備經常出現的故障和關鍵部件的需求，可以外加溫度檢測、震動檢測、噪聲檢測、油液分析、泄漏檢測、裂紋檢測、紅外熱像檢測等輔助手段，對設備的運行狀態進行全面采集和記錄分析。

對于部分主控PLC未能記錄的異常狀態，或是生產過程中的臨時調整，還可以通過客戶端瀏覽器或手機瀏覽器等進行數據的輸入。組態軟件完成數據采集，并將采集的數據記錄到數據庫中。

3.2? 自動報表功能

自動報表功能可以分為兩種：生產報表和設備報表。服務器對采集的數據進行分析，并結合部分人工輸入的信息，自動生成生產報表。自動生產報表包含生產的時間、數量及各類時間如換模時間、故障時間等的統計和分析等，其中部分信息通過客戶端瀏覽器或手機瀏覽器輸入。為了便于對設備運行情況進行分析，系統還根據采集到的設備運行數據，自動生成設備報表，記錄設備的運行狀態。

3.3? 故障管理和專家系統

為提升故障處理的響應速度，提高設備的利用率，本系統結合廠家提供的產品信息和維護維修人員的經驗記錄，設計出故障專家系統，將故障現象和故障原因存儲在專家系統中，系統發生故障時，專家系統根據得到的故障現象進行分析，并提供可能的故障原因。

本系統服務器一旦發現設備出現故障，馬上提交詳細信息到故障專家系統，通過專家系統對設備歷史數據和設備故障信息進行分析，做出設備故障原因初步分析，并通過短信等方式通知相關的設備維修人員（區分機修組和電工組）前往現場維修，同時通知相關主管人員，并記錄維修人員的響應時間、故障維修時間，進行分析，將相關信息記錄反映在報表中。

3.4? 設備保養和模具保養計劃

本系統對設備實時運行信息和運行時間進行記錄，提前設置好設備保養計劃策略，當設備需要進行保養時，發送短信和彈窗信息給相應的維護維修人員和管理人員，提醒其進行設備的保養。

系統對模具使用時間和工作的次數進行記錄，設置好保養策略，當模具需要保養時，發送短信和彈窗信息給相應的維護維修人員和管理人員，提醒其進行模具的保養。

3.5? 移動端

為便于現場工作人員錄入信息和瀏覽信息，系統支持智能終端（包括手機、平板電腦等）瀏覽器進入系統，也支持APP訪問[4]。通過移動端瀏覽器，可以輸入必須要人工輸入的信息，如停機異常等。

3.6? 數據庫

本系統中歷史數據記錄以及報表管理系統等功能的實現都離不開數據庫的支持。本項目通過上位機組態軟件訪問SQL Server數據庫，數據庫包括本地數據庫和遠程數據庫，實現了數據的異地備份，保證了數據的存儲安全。

3.7? 系統安全

系統安全主要從身份認證和防火墻兩方面來實現和保證。系統設計超級管理員、管理員、操作人員等多個身份等級，并對權限做相應限制。

4? ? 結語

本系統經過一年實際運行，安全、可靠，功能完善，不僅減少了沖壓生產線設備管理有關的總費用，同時還提高了沖壓設備的綜合生產效率。本系統利用生產線原有的PLC、傳感設備及通信網絡實時采集設備信息，匯總人工管理時期的各種經驗并計算機化。這些技術手段在其他類似的自動化生產線設備管理上也有較大的推廣價值。

[參考文獻]

[1]黃豐，莫易敏.整車制造廠沖壓車間生產計劃的仿真研究[J].武漢理工大學學報，2010（10）：139-141.

[2]查修齊，吳榮泉，高元鈞.C/S到B/S模式轉換的技術研究[J].計算機工程，2014（1）：263-267.

[3]賈燁維.離散制造企業MES中的生產數據采集實踐研究[J].自動化應用，2018（8）：20-21，24.

[4]聶志，冷晟，葉文華，等.基于物聯網技術的數字化車間制造數據采集與管理[J].機械制造與自動化，2015（4）：104-107.

Design of equipment management system for stamping automatic production line

Zhang Yinghua， Hu Tianlong

（Institute of Intelligent Manufacturing， Chengdu Technological University， Chengdu 610000， China）

Abstract：Based on the full research of automatic stamping production line in an enterprise， a set of equipment management system for stamping production line is designed in this paper. The system uses computer system to control the whole process of equipment management， the number of products in stamping production line， the starting time and the main equipment failure are read from the main control PLC of stamping equipment through the field bus， at the same time， the production control instruction of the upper computer will be transmitted to the control equipment through the field bus network， so as to realize the information management of the stamping line equipment.

Key words：stamping; production line; equipment management; programmable logic controller; field bus