基于工業物聯網的物料包裝生產線監控平臺設計研究*

王俊美，榮 曄，林 亮

（江蘇聯合職業技術學院無錫機電分院，江蘇 無錫 214028）

隨著物聯網技術在工業生產中的應用越來越廣泛，通過構建工業物聯網平臺對生產過程進行遠程數據采集和實時監控，可以使生產流程更加精確，更有效地管理生產現場[1]。自動化包裝生產線覆蓋面大，應用范圍廣，設計利用工業物聯網技術和集成運動控制系統采集現場數據，通過智能網關將數據傳至監控平臺，實現遠程參數設置和控制，實時監控物料包裝生產線工作過程。

1 包裝生產線工藝流程

自動化物料包裝生產線通常由自動包裝機、傳動系統、控制系統和輔助工藝裝置組成，完成物料的給袋、稱重、檢測、裝袋、封口、裝箱等工藝流程。本文以包裝生產線中負責各個部件之間的輸送和配合的傳動系統為例，研究設計基于工業物聯網的監控平臺。

以物料包裝生產線中的給袋、裝袋、封口工序間傳送為例，包裝袋存放在A 站，運行時，由A站傳送至B 站，物料在B 站完成加料、稱重和裝袋，裝袋后傳送至C 站封口。集成運動控制系統的皮帶上開有定位孔，傳動裝置在A、B、C 三個站點分別裝有對射激光光電傳感器，分別為1 號、2號、3 號傳感器。起始位置即定位孔到達1 號傳感器的位置，當采集到1 號傳感器的電信號，即皮帶運行至A 站。當2 號或3 號傳感器發出到位信號，即皮帶運行至B 站或C 站。皮帶在每站的工作時間由定時器設定。

系統設計有自動運行模式和手動模式。為滿足不同物料和劑量的包裝要求，很多企業采用柔性包裝生產線。設計了勻速傳送、變速傳送和往返傳送三種模式。每種模式都可以根據物料多少，設定傳送數量和速度。手動模式設計有傳送至指定位置、正向、反向傳送等。

2 系統方案設計

利用ThingWorx 工業物聯網平臺和Thing Worx-Industrial Connectivity 軟件與羅克韋爾集成運動控制系統即可編程自動化控制器、伺服驅動器和電機帶動的同步皮帶系統。通過組態、編程和平臺搭建，實現物料包裝生產線傳動單元的自動控制和遠程監控。

2.1 系統網絡架構

系統中各設備均以工業以太網連接通信，系統網絡架構見圖1，Micro820 采集環境溫度和3 個光電傳感器信號，通過以太網上傳至Compactlogix 控制器，運動控制部分由Compactlogix 控制器通過伺服驅動帶動電機運轉，通過同步輪帶動皮帶運行。系統設計有PV800 觸摸屏實現本地監控，同時利用ThingWorx 工業物聯網技術平臺與ThingWorx-Industrial Connectivity 軟件實現遠程監控。

2.2 系統軟件設計

系統軟件設計包括利用CCW 軟件對Micro820組態編程及對2711R-T7T 工業觸摸屏進行組態和利用Studio5 000 平臺對伺服運動控制系統進行組態及編程。在Studio5 000 中配置伺服驅動器K5 500，包括IP 地址、版本號，電壓、電流等。配置運動軸，關聯驅動器K5 500 模塊。軟件編程時，根據工藝流程，通過判斷光電傳感器信號和各工作站工作時間，控制傳送帶的啟停。伺服運動控制在進行伺服定位操作之前，設計將運動軸的回原點即初始化作為子程序。同時對啟動未回原點、超速、超行程、超溫報警等，設計有專門的報警處理子程序，由主程序直接調用。自動運行和手動模式作為兩個并行子程序，由主程序通過跳轉指令實現模式之間的轉換。

3 物聯網監控平臺設計

本系統的監控平臺設計有現場操作終端和物聯網云平臺兩種形式。現場操作終端即常用的工業觸摸屏，直接安裝在生產線上，作為人機交互平臺，對系統進行參數設置、運行控制以及參數、狀態顯示等。物聯網云平臺可以實現遠程實時監控，自動報警，故障統計等多種功能[2]。

3.1 觸摸屏監控畫面設計

系統中PV800 觸摸屏直接和CompactLogix 控制器通過以太網通信，監控畫面設計為主界面、連續運行和往返傳送2 個單元畫面以及報警信息畫面，如圖2 所示。主界面包含“上電”“掉電”“急停”“自動運行”“手動模式”等命令按鍵以及“行程顯示”“當前位置”“當前速度”“工作溫度”等參數顯示。

圖2 觸摸屏監控畫面

連續運行模式畫面設計，連續運行分勻速和變速兩種情況，按照傳送單元中A、B、C 三站的位置和工作時間，用數字輸入的形式設定包裝傳送數量和轉速，利用光電傳感器信號控制皮帶運行到位。往返運行模式，可以設定包裝傳送數量和轉速，讓皮帶在A、B 兩站往返運行。同時實現手動模式下的“正轉”“反轉”“傳送至指定位置”等。

3.2 物聯網監控平臺設計

物聯網監控平臺的搭建，本系統利用Thing Worx Industrial Connectivity 軟件連接CompactLogix控制器，監測控制器的各類數據標簽值。與ThingWorx 平臺無縫集成，快速實現工業物聯網平臺的搭建[3]。建立系統工業連接，通過新建通道、添加設備、標記和設置ThingWorx 屬性幾個環節完成。連接成功后，點擊“QC”，可查看控制器中的標簽值。利用ThingWorx 工業物聯網技術平臺監測集成運動控制系統運行狀態。實施過程及操作要點如表1 所示。

表1 搭建工業物聯網平臺流程

Mashup 監控界面同樣可以分為主界面和單元界面，根據監控需求可以選擇傳送模式、設置傳送數量和速度等，控制系統即按照設定的參數進行傳送。另外平臺還設計了4 種郵件報警，分別是超速、超限位、超溫和未回原點報警。經測試，通過訂閱報警，設置報警源，啟用郵件報警，當參數超過設定值，設定郵箱會收到用戶報警郵件，以便做相應處置。

4 結束語

系統采用的ThingWorx 工業物聯網平臺軟件，可以連接不同的設備和應用系統，從多個數據源獲取數據，實現實時監控系統運行狀態，并通過數據統計分析，進行預測和給出優化建議[4]。在工廠智改數轉進程中，遠程監控和預測維護是重要內容，如引入機器學習系統、專家系統等，需要做進一步的研究。