基于物聯網的設備停機管理系統設計及實現

李 博

（中國電子系統工程第四建設有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引 言

2021年是我國“十四五”規劃和2035年遠景目標的開局之年，經歷過新冠肺炎疫情之后，大量工業生產企業已經復工復產，中國經濟步入正常軌道。隨著我國社會經濟的高速發展，工業化進程進一步加速，對企業穩生產、促生產的要求也在不斷提高。

工業設備是當今社會生產力最重要的發展要素之一，也是人類深度利用與改造自然界的物質基礎。在生產企業中，設備是最主要的生產工具和手段。作為新技術應用的載體，生產設備先進程度是企業現代化水平的重要標志。設備的有效運轉是企業穩定生產的前提，亦是企業降低設備停機頻率、降低維護成本的有力保證。同時，設備還是企業提高生產和增強企業綜合競爭力的重要物資基礎。設備管理在企業經營生產中的地位日益重要，因此對設備停機管理與分析的緊迫性和必要性不言而喻。

物聯網是基于互聯網、傳統電信網等的信息承載體，它讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象形成互聯互通的網絡。它可以實現物與物、物與人以及所有物品和網絡的無縫鏈接，對網絡中的對象進行辨別、管理、預警和分析。基于物聯網的設備停機分析系統可以動態監測生產企業大型或小型設備的運轉狀況，為企業及時發現與排除設備故障，保障設備穩定、高效運轉，降低企業設備運營成本與風險提供數字化支持。

綜上所述，為了對生產設備進行有效的提質、增效、降風險，做好設備停機預警與停機原因分析工作，本文面向工業生產企業的設備運行特性與管理要求，設計了一種基于物聯網的設備停機分析系統，主要包括停機數據采集、停機計劃制定、停機事件處理、停機記錄檢索及匯總、停機原因分析與匯總、分工段統計結果及可靠性指標與停機時間分布圖等，可以有效解決生產設備運行數據的采集、傳輸、存儲與分析計算一體化等工作中存在的問題。此外，本文最后通過各類設備停機管理分析比較，總結了基于物聯網的設備停機分析系統的應用優勢。

1 系統整體框架設計

物聯網技術是通過信息傳感設備將物體與網絡進行有機連接，并進行數據信息的交換與通信，進而實現物體智能化識別、跟蹤、管理與分析等功能的信息處理技術。工業停機分析系統的整體架構源于“兩化融合”的強工業之基石—“管控一體化”思想，將現場分散的生產設備有機連接，提供集約管理、停機預警、離散控制的開放式管理體系結構，實現設備運行數據的可視化動態管理。停機分析系統的整體系統架構采取分層設計策略，從下至上依次為感知層、網絡層、控制層與應用層。通過此架構體系，停機分析系統可以實現對工業生產設備運轉過程的動態監控與預警，從而實現企業生產設備智能化和數字化管理的目標。

本文設計的基于物聯網的設備停機分析系統的架構如圖1所示。

圖1 基于物聯網的設備停機分析系統架構

系統感知層相當于數據終端，其主要作用是對設備綜合運行信息進行采集。感知層運用RS 485線串接模式與ZigBee模塊聯合對企業現場所有生產設備的數據進行采集。

網絡層提供的2個相鄰端點間的數據幀傳送功能，可進一步管理網絡中的數據通信，將數據從源端經過若干個中間節點傳送到目的端，通過GPRS射頻收發模塊將數據可靠傳輸到應用端，使數據通過公司內部網絡進入管理中心系統。

應用層是對網絡層傳遞來的生產設備運轉數據進行統計、計算與存儲，實現對設備的動態監控與數據管理。它可以采集設備在過去任一時間內的運轉數據，綜合分析現場設備在此期間是否正常、合理的工作，以及設備是計劃停機還是生產工人存在違規停機操作。

2 系統應用設計

2.1 設備停機分析軟件設計

停機分析系統選用C SHARP語言開發，由SQL Server 2008 R2數據庫和Microsoft Visual Studio 2018開發平臺搭建而成，系統數據流圖如圖2所示。

圖2 設備停機分析系統數據流圖

根據設備停機分析系統數據流圖可知，該系統由設備停機數據采集軟件、設備停機管理分析軟件組成。設備運轉數據采集軟件功能如圖3所示。

圖3 設備運轉數據采集軟件功能

2.2 設備停機統計分析設計

設備停機分析系統為C/S構架模式，用于設備運轉與停機報表統計和分析。管理人員或現場人員通過登錄設備停機分析系統，可以查看停機記錄檢索與匯總、停機月報與年報、停機表面原因匯總、分工段統計結果與可靠性指標及年停機時間分布圖。使用人員可以根據管理需求，有選擇性的對設備停機數據進行可視化報告分析。如發現設備異常停機，值班人員可以第一時間將統計分析報告導出或打印，然后上報至管理人員，對設備運轉情況進行分析、處理與預測。設備停機統計分析功能如圖4所示。

圖4 設備停機統計分析功能

3 現場應用系統

目前，停機分析系統已經在唐山等水泥廠正式應用，極大解決了現場設備運轉情況人工統計難、數據漏報錯報、分析不準確不及時的問題。設備運轉故障停機時間與之前相比確有下降，設備正常運轉率有較大提升。圖5（a）～圖5（e）為現場停機分析系統數據采集界面、設備停機統計管理分析及相關報表界面。

圖5 停機分析系統軟件部分功能界面

4 系統優勢

當前，生產設備停機管理分析的措施主要有以下方式：

（1） 傳統人工管理。現場設備安裝了感知傳感器，但由于設備采買時間等原因，現場設備不具備數據通信能力，故普遍采取人工巡檢模式進行現場記錄，定期由人工統計分析。

（2） 重點區域管理。重點區域的設備安裝包括傳感器和數據采集設備，例如，水泥磨安裝了成套的數據監測模塊，用于監測水泥磨的工作轉速、功率等參數。

各類設備停機管理分析比較見表1所列。

表1 各類設備停機管理分析比較

根據各類設備管理模式分析比較可知，基于物聯網的設備停機分析系統優勢明顯，詳情如下：

（1）顛覆了傳統的人工巡檢方式，實現設備停機管理分析自動化、數字化。提供了設備停機信息的采集、傳輸與管理功能。

（2）設備停機信息動態分析與預警，提高企業對運行設備的管理質量，提升設備的應用效益，降低設備的管理風險。

（3）設備運轉與停機報表自動統計、統一分析，減少人為分析誤差。實現停機記錄檢索與匯總、停機表面原因匯總、設備可靠性指標及年停機時間分布圖等可視化報告分析。

（4）在一定程度上減少了因設備異常導致停機而產生的維護與保養成本，提高企業效益。

（5）有效減少企業對設備停機決策的隨意性和盲目性，為客觀科學的制定設備停機計劃提供數據支持。

5 結 語

截至目前，設備停機分析系統的設計、開發建設與應用工作均已完成。設備停機分析系統已成功應用在唐山等水泥企業。該系統成功解決了企業傳統人工巡檢方式存在的設備統計不周，漏檢、錯檢，甚至作弊等諸多問題，可以有效提高企業設備管理水平和利用效率。經過半年多的正常運行，系統獲得了管理人員與現場工作人員的青睞，改變了企業原有的設備管理模式。目前此設備停機分析系統正在有條不紊地向其他生產企業推廣。