物聯網在離散制造業中的應用研究

季秀遠，魏向輝，張懷忠

（渤海裝備中成機械制造公司，天津 300280）

1 概述

本文針對螺桿鉆具定子制造過程具有多品種變批量生產、生產工藝過程復雜、現場實時信息反饋要求高及質量控制嚴格等特點，構建鉆具定子生產物聯網系統，該系統可以通過傳感器、PLC 等采集產品制造過程中的實時產品工藝參數、質量數據等傳送至中央控制室，并在中央控制室設置數據處理中心，將數據保存至服務器。數據可以通過B/S 系統調取，供用戶對海量數據進行處理分析和產品質量監控。

2 螺桿鉆具定轉子線型輪廓的檢測方案

該方案由定轉子全輪廓測量、定子小徑尺寸測量與轉子輪廓中徑測量、數據傳輸三部分組成。定子全輪廓測量系統完成，轉子全輪廓測量由光學照相系統完成，定子小徑尺寸和轉子輪廓中徑尺寸同時被采集。所有定轉子數據通過網絡上傳到服務器，實現以上數據的采集、傳輸、監控和查詢（圖1）。掌握馬達定轉子全輪廓加工信息，提高數據分析能力，提升關鍵零件制造和研發質量。

3 定子橡膠煉膠過程監測方案

圖1 定轉子數據采集系統

煉膠工序的監控由原來無監控的管理變成可追溯性的數字化管理，確保煉膠從原材料稱量、煉膠溫度、煉膠時間、煉膠電流以及操作人員的工藝執行紀律的實時可視化監控，提高管理人員、技術人員對煉膠過程的全面監控水平并及時調整，更好地提高混煉膠質量。對煉膠車間的密煉機和開煉機進行數字化和智能化改造來實行對煉膠過程實施監測，安裝工業電腦信息錄入處理系統（圖2）實現對每車混煉膠相對應的序號、配方號、混煉膠工序號的進行記錄跟蹤。

4 定子橡膠注膠、硫化過程監測方案

4.1 注膠工序監測方案

圖2 信息錄入處理系統

技術人員對原有注膠機的注膠工藝過程無法及時了解，改造后可使技術人員對注膠過程進行監控，全面掌控注膠過程的工藝數據，為定子質量分析提供詳實數據，從而保證定子注膠質量。安裝工業電腦信息錄入處理系統（圖3）實現對注膠定子號、注膠機號、混煉膠編號、芯軸編號進行記錄跟蹤。同時設備壓力、工藝時間、注膠溫度曲線，進行數字化、實時監控，并將數據傳輸到服務器進行存儲，對注膠系統進行實時監控，工藝設計參數將會得到嚴格執行。

注膠監控流程：（1）注膠前能夠在可視化顯示器上輸入注膠定子號、幾號注膠機、混煉膠編號、芯軸編號。（2）傳輸頁面顯示5 處設置溫度，實時溫度并能保存。（3）傳輸頁面顯示實時注膠設置壓力，實際注膠壓力并能保存。（4）保存文件上傳服務器，可以對某一時間段對注膠溫度、注膠壓力、注膠時間進行電腦統計。（5）實時傳輸注膠當時頁面，當監控參數超過設計參數時發出蜂鳴報警，直到人工手動停止。（6）可以查閱歷史注膠過程，所有監測數據傳輸到服務器并形成文件進行存儲，能夠形成實時傳輸頁面通過電腦進行監控。

圖3 信息錄入處理系統

4.2 硫化工序監測方案

原硫化罐是由圓盤記錄儀記錄，溫度/時間曲線記錄紙容易丟失，不易保存和查詢，造成追溯性差，無實時監控功能，且無壓力/時間記錄，造成安全警示作用缺失。因此，對注膠車間的硫化罐進行數字化和智能化改造實行對硫化過程實施監測，安裝工業電腦信息錄入處理系統實現對芯軸編號、預熱程序號、硫化程序等進行記錄跟蹤。改造后監控系統上傳溫度/時間，壓力/時間數據，可使管理人員對硫化過程進行可視化實時監控，形成較多的數據積累便于技術人員統計和進一步分析定子生產過程的硫化工藝數據。

對硫化時間、硫化壓力進行數字化實時監控，并形成硫化/時間曲線，壓力/時間曲線并將數據傳輸到服務器進行存儲，形成無紙化記錄,減少人為誤操作,積累工藝經驗,使工藝設計參數得到很好的執行。

5 網絡及硬件功能需求實現方式

整個系統分成監控層、控制采集層和現場層三層。監控層和控制層采用工業以太網進行通訊，控制層和現場層則采用直接耦合方式，實時采集，實時傳輸，系統網絡拓撲圖如圖4 所示。現場安裝的數據采集傳感器連接到現場PLC 控制系統內，通過工業以太網將采集數據上傳給SCADA 系統，SCADA 系統將自身數據庫數據傳給SQL Server 存儲數據庫保存，保證數據存儲安全性。

圖4 系統網絡拓撲圖

5.1 系統基本功能

本系統以PLC 為采集前端、服務器為處理中心，實現對螺桿鉆具制造物聯網系統的組建，同時，能夠通過友好的用戶界面將數據呈獻給用戶。

（1）數據采集前端。數據采集前端采用現場HMI 輸入、B/S 系統界面上傳等方式進行數據錄入。

（2）數據存儲的功能。前端錄入數據直接上傳至系統數據庫中存儲，為管理人員的數據監看、管理、追溯提供數據源并進行相應的數據分析。

（3）安全功能。通過分級授權，實現對系統的安全管理，防止系統的非法侵入和非法操作。

（4）報警提示功能。通過蜂鳴、界面顏色變化和報表等功能來提示操作人員及時處理系統報警。

（5）設置兩具槍機攝像頭分別對準密煉工位和開煉工位，以輔助整個系統，對工位進行不間斷的視頻監控。

5.2 中控室基本功能

專家和技術人員可以通過中控室的監控系統查看工序的操作、設備參數運行狀況等實時監測數據以及歷史故障記錄，并通過視頻與數據監控等手段遠程查看現場操作者工藝執行情況，當加工參數出現錯誤時進行報警及時提醒技術人員與操作者排除質量問題。

6 結語

將螺桿鉆具離散制造業中的煉膠、注膠、硫化工序和定轉子測量過程納入螺桿鉆具物聯網監控，將分散和滯后性數據實現了集中共享和實時追蹤，提高了管理人員、技術人員對定子橡膠加工過程的全面質量監控，及時發現存在的質量隱患，更好地提高橡膠質量。充分利用日常生產的大數據技術進行分析，為馬達設計優化提供精準的數據支撐，并為鉆具生產工藝、管理流程的優化提供了有效的手段。