基于物联网的设备停机管理系统设计及实现

李 博

（中国电子系统工程第四建设有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引 言

2021年是我国“十四五”规划和2035年远景目标的开局之年，经历过新冠肺炎疫情之后，大量工业生产企业已经复工复产，中国经济步入正常轨道。随着我国社会经济的高速发展，工业化进程进一步加速，对企业稳生产、促生产的要求也在不断提高。

工业设备是当今社会生产力最重要的发展要素之一，也是人类深度利用与改造自然界的物质基础。在生产企业中，设备是最主要的生产工具和手段。作为新技术应用的载体，生产设备先进程度是企业现代化水平的重要标志。设备的有效运转是企业稳定生产的前提，亦是企业降低设备停机频率、降低维护成本的有力保证。同时，设备还是企业提高生产和增强企业综合竞争力的重要物资基础。设备管理在企业经营生产中的地位日益重要，因此对设备停机管理与分析的紧迫性和必要性不言而喻。

物联网是基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。它可以实现物与物、物与人以及所有物品和网络的无缝链接，对网络中的对象进行辨别、管理、预警和分析。基于物联网的设备停机分析系统可以动态监测生产企业大型或小型设备的运转状况，为企业及时发现与排除设备故障，保障设备稳定、高效运转，降低企业设备运营成本与风险提供数字化支持。

综上所述，为了对生产设备进行有效的提质、增效、降风险，做好设备停机预警与停机原因分析工作，本文面向工业生产企业的设备运行特性与管理要求，设计了一种基于物联网的设备停机分析系统，主要包括停机数据采集、停机计划制定、停机事件处理、停机记录检索及汇总、停机原因分析与汇总、分工段统计结果及可靠性指标与停机时间分布图等，可以有效解决生产设备运行数据的采集、传输、存储与分析计算一体化等工作中存在的问题。此外，本文最后通过各类设备停机管理分析比较，总结了基于物联网的设备停机分析系统的应用优势。

1 系统整体框架设计

物联网技术是通过信息传感设备将物体与网络进行有机连接，并进行数据信息的交换与通信，进而实现物体智能化识别、跟踪、管理与分析等功能的信息处理技术。工业停机分析系统的整体架构源于“两化融合”的强工业之基石—“管控一体化”思想，将现场分散的生产设备有机连接，提供集约管理、停机预警、离散控制的开放式管理体系结构，实现设备运行数据的可视化动态管理。停机分析系统的整体系统架构采取分层设计策略，从下至上依次为感知层、网络层、控制层与应用层。通过此架构体系，停机分析系统可以实现对工业生产设备运转过程的动态监控与预警，从而实现企业生产设备智能化和数字化管理的目标。

本文设计的基于物联网的设备停机分析系统的架构如图1所示。

图1 基于物联网的设备停机分析系统架构

系统感知层相当于数据终端，其主要作用是对设备综合运行信息进行采集。感知层运用RS 485线串接模式与ZigBee模块联合对企业现场所有生产设备的数据进行采集。

网络层提供的2个相邻端点间的数据帧传送功能，可进一步管理网络中的数据通信，将数据从源端经过若干个中间节点传送到目的端，通过GPRS射频收发模块将数据可靠传输到应用端，使数据通过公司内部网络进入管理中心系统。

应用层是对网络层传递来的生产设备运转数据进行统计、计算与存储，实现对设备的动态监控与数据管理。它可以采集设备在过去任一时间内的运转数据，综合分析现场设备在此期间是否正常、合理的工作，以及设备是计划停机还是生产工人存在违规停机操作。

2 系统应用设计

2.1 设备停机分析软件设计

停机分析系统选用C SHARP语言开发，由SQL Server 2008 R2数据库和Microsoft Visual Studio 2018开发平台搭建而成，系统数据流图如图2所示。

图2 设备停机分析系统数据流图

根据设备停机分析系统数据流图可知，该系统由设备停机数据采集软件、设备停机管理分析软件组成。设备运转数据采集软件功能如图3所示。

图3 设备运转数据采集软件功能

2.2 设备停机统计分析设计

设备停机分析系统为C/S构架模式，用于设备运转与停机报表统计和分析。管理人员或现场人员通过登录设备停机分析系统，可以查看停机记录检索与汇总、停机月报与年报、停机表面原因汇总、分工段统计结果与可靠性指标及年停机时间分布图。使用人员可以根据管理需求，有选择性的对设备停机数据进行可视化报告分析。如发现设备异常停机，值班人员可以第一时间将统计分析报告导出或打印，然后上报至管理人员，对设备运转情况进行分析、处理与预测。设备停机统计分析功能如图4所示。

图4 设备停机统计分析功能

3 现场应用系统

目前，停机分析系统已经在唐山等水泥厂正式应用，极大解决了现场设备运转情况人工统计难、数据漏报错报、分析不准确不及时的问题。设备运转故障停机时间与之前相比确有下降，设备正常运转率有较大提升。图5（a）～图5（e）为现场停机分析系统数据采集界面、设备停机统计管理分析及相关报表界面。

图5 停机分析系统软件部分功能界面

4 系统优势

当前，生产设备停机管理分析的措施主要有以下方式：

（1） 传统人工管理。现场设备安装了感知传感器，但由于设备采买时间等原因，现场设备不具备数据通信能力，故普遍采取人工巡检模式进行现场记录，定期由人工统计分析。

（2） 重点区域管理。重点区域的设备安装包括传感器和数据采集设备，例如，水泥磨安装了成套的数据监测模块，用于监测水泥磨的工作转速、功率等参数。

各类设备停机管理分析比较见表1所列。

表1 各类设备停机管理分析比较

根据各类设备管理模式分析比较可知，基于物联网的设备停机分析系统优势明显，详情如下：

（1）颠覆了传统的人工巡检方式，实现设备停机管理分析自动化、数字化。提供了设备停机信息的采集、传输与管理功能。

（2）设备停机信息动态分析与预警，提高企业对运行设备的管理质量，提升设备的应用效益，降低设备的管理风险。

（3）设备运转与停机报表自动统计、统一分析，减少人为分析误差。实现停机记录检索与汇总、停机表面原因汇总、设备可靠性指标及年停机时间分布图等可视化报告分析。

（4）在一定程度上减少了因设备异常导致停机而产生的维护与保养成本，提高企业效益。

（5）有效减少企业对设备停机决策的随意性和盲目性，为客观科学的制定设备停机计划提供数据支持。

5 结 语

截至目前，设备停机分析系统的设计、开发建设与应用工作均已完成。设备停机分析系统已成功应用在唐山等水泥企业。该系统成功解决了企业传统人工巡检方式存在的设备统计不周，漏检、错检，甚至作弊等诸多问题，可以有效提高企业设备管理水平和利用效率。经过半年多的正常运行，系统获得了管理人员与现场工作人员的青睐，改变了企业原有的设备管理模式。目前此设备停机分析系统正在有条不紊地向其他生产企业推广。