工业自动化设备管理平台的研究

摘 要：由于工业设备的特殊性，对其进行自动化管理一直是比较困难的任务。随着工业设备的规模及造价越来越高，自动化管理工业设备也变得越来越困难。因此，有必要对自动化工业设备管理进行深入研究。

关键词：工业控制；自动化；设备管理

1 工业设备管理内容及方案

工业自动化设备多种多样，包括智能仪表、PLC设备以及DCS设备等，对这些设备进行管理的内容主要包括其基础信息、预防性维护管理、大修管理以及工单管理等。

设备基础信息对自动化管理工业设备至关重要，因为其完善与否会直接影响设备管理的效率。这些基础信息一定会包括设备型号及规格、备件备品、保修信息以及供应商信息等，除此之外，可能还会有设备层次结构信息、台帐信息、移动跟踪信息以及设备连接信息等。层次结构信息可以方便地定位和查找设备，所有的设备都需要建立诸如状态检测、采购、技术参数等台帐信息。从设备被采购到开始，设备的使用、维修、拆卸直到报废都需要跟踪，这就是设备的移动跟踪信息。不同的设备间可能会存在各种各样的关系，如电气连接、机械连接或管道连接关系等，设备间的连接关系有助于设备维修时做出正确的维修决策。

工单就是对设备进行检修、维护等操作的任务书，它可以完整地追踪设备的维护管理记录，全过程监督控制设备从采购到报废的过程。预防性维护管理一般用于日常的巡检工作或计划性检修，大修计划中的项目如果在下次大修时还需要做的话，就能够借助预防性维护进行管理。预防性设备维护管理的内容主要包括：设备的定期检修、基于设备状态监测的预防性维护、基于检修路线的预防性维护等。

一般而言，设备管理系统需要具备如下要素[1]：（1）标准化的通信协议。工业自动化设备管理平台面向的主要是智能设备，这些设备的数据主要是对设备信息的描述，描述的最终目的是将设备数据抽象为通信协议的方式，所以需要设计一个标准化的通信协议。（2）充足的网络带宽。工业设备管理平台和实时监控系统可能会共享相同的网络结构，而设备管理平台的数据并不一定要求是实时的，所以可以嵌入到实时监控数据传输的空隙进行；为了兼容这两类数据，必然需要足够的带宽。（3）良好的信息检索机制。工业设备管理平台是开放的，可能会结合多种设备的大量信息，如果没有良好的信息检索机制，势必难以迅速而又有效地找到对应设备信息。

2 设备管理平台描述及设计

分布式控制系统（DCS）非常复杂，目前国内对这种设备的自动化管理还处于起步阶段。DCS设备的实时性要求比较高，在对这种设备引入设备管理的概念后，主要会产生如下作用[2]：（1）更加便于设备整定。统一的工业设备管理平台能够对所有设备按照给定的整定测试文件进行整定测试，可以在降低整定需要时间的同时提高整定效果。（2）整合控制系统的各个组成部分。虽然控制系统的输入输出多数都是标准化的，但应变卡、温度输入卡等少量I/O的开发还需要耗费大量精力；对这些设备进行管理有助于纳入控制系统的各个组成部分。（3）简单化智能板卡的开发和应用。传统的板块数据传输方式存在一些弊端，比如过于简化的设备管理信息、在线组态I/O复杂等；应用设备管理平台后，会很大程度上弥补上述不足。

工业自动化设备管理平台的总体结构可以结合B/S和C/S两种方式，进行优势互补。B/S模式用于设备信息发布，C/S模式用于实现过程实时数据，并将客户端、通信服务器以及数据服务器分离开来，这样会有如下优势：升级设备管理平台时不需要改变客户端，数据及通信服务器的分离使通信服务器的改变尽量不影响数据服务器。数据服务器的功能是对通信服务进行管理，并采集数据，同时响应客户端的数据读取请求；通信服务器位于独立的主机上，可以管理任意域内的控制站集合；客户端发出工业设备管理请求，读取征订范围中的相关数据。

在对DCS设备进行管理时，其管理内容主要包括设备状态管理、信息管理、查询统计及分析、日志报表管理等方面[3]。设备状态管理的内容主要有设备运行状态监测、设备故障诊断，检测对象是主控制器及整个网络环境；在采集到各设备的故障诊断信息后，设备管理平台即可准确定位故障产生的原因，以便维护和修复。设备信息管理的内容主要有设備的前期管理及工程管理，前者包括设备类型、制造商以及制造日期等制造信息，后者一般是设备运行时工作人员的操作记录，比如维修记录、标定记录等。查询统计及分析管理确保工业设备管理人员能够按照一定的时间、设备类型等查询条件对数据进行检索；设备的日志报表管理能够对设备的各类管理信息进行处理，并生成相关的统计报表。设备管理的功能示意图如图1所示。

图1 设备管理功能示意图

3 设备管理平台核心功能

卡件管理一直是DCS设备管理中故障出现比较多的部分，卡件主要有通讯模块和I/O模块。文章设计的工业自动化设备管理平台利用硬件组态对外接口得到硬件结构信息，然后利用数据通信组件提取卡件设备的管理信息。在卡件管理过程中，通讯控制方式采取主从应答式，管理数据并不处于实时队列中，因此对设备管理平台的实时数据传输并无影响，这样能够有效减轻网络负载。

当I/O模块发起通信请求时，其过程包括I/O主动上送数据或主动下发数据两大类[4]；不论是哪类通信过程，I/O模块都负责整个通信过程的完成，如果通信过程异常，I/O模块就会重启此过程。主设备发送完数据包后在等待接收方响应的过程中，并不会继续发送数据包。控制器在启动后5秒内会向所有I/O模块广播启动信息，从而方便I/O模块的集中处理。

设备硬件的配置信息获取组件会读取XML配置文件，解析后去读取相关硬件的配置信息，比如总体组态信息、控制器组态信息等。总体组态信息包含设备管理平台的管理规模、模块信息入口等；控制器组态信息有名称、组态数据、扩展组态信息等。除了要对普通的工业设备进行管理外，还需要管理诸如交换机等的网络设备。由于交换机等网络设备在网络中是透明传输的，所以有效管理交换机就需要配置交换机的SE附属管理设备，这些设备被连接到交换机上，不仅可以监控交换机的运行状态，还能和工业设备管理服务器进行信息交换。

4 结束语

文章首先对工业设备管理涉及到的管理信息和管理内容进行了研究，在此基础上描述并设计了工业自动化设备管理平台，然后进一步说明了此设备管理平台的核心功能，对工业自动化设备管理有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]班伟.EPA工业现场设备管理技术的研究与实现[D].大连理工大学，2013.

[2]陈建树.工业自动化设备管理系统的研究与设计[D].浙江大学，2014.

[3]孙书忠.工业企业生产设备管理与维护[J].铁路采购与物流，2014.

[4]熊娟芸.机械设备管理存在的问题及改进措施[J].科技与创新，2014.

作者简介：鲁峻廷（1986，2-），男，汉族，湖南省长沙市，初级工程师，本科双学位，研究方向：电气自动化，低压电气系统，工厂自动化，大型港口设备电气控制方向。