基于工业互联网技术的空调生产线中控系统设计与实践

韦留坤

（约克广州空调冷冻设备有限公司， 广东 清远 511685）

所谓工业互联网就是将工业生产环境中的各种设备连接起来，通过网络数据传输实现设备之间的信息交换。工业互联网将传统互联网上人与人的交流扩展到人与机器、机器与机器之间的交流，通过将互联网技术融入工业机械设备，释放生产设备的全部潜力，从而提高生产力[1]。由于当前空调生产线的质量控制不稳定，材料和设备利用率低，生产数字化管理水平不高，而空调生产线中控系统的应用能有力推动空调生产自动化水平的提升。基于此，本文结合空调翅片冲压生产线智能控制要求，提出基于工业互联网的空调翅片冲压生产线中控系统设计方案。

1 需求分析

空调翅片冲压生产设备占用空间较大，设备分布零散，属于分布式加工系统，因此，空调翅片冲压生产线控制需求主要包括以下几点。

1.1 安全生产需求

空调翅片冲压生产线是一种高温、高速的连续自动化生产系统，生产一个翅片仅需20 s，因此，在设计中控系统时需要高度重视生产线的安全控制[2]。通过中控系统实时准确地了解生产线的当前状态，随时掌握生产线的运行安全状况，从而确保生产安全。

1.2 故障排查需求

空调翅片冲压生产过程常出现两类故障，一是可修复故障。如果风冷时间过长，板材冲压温度不足，在运输过程中会形成叠料，影响生产线的连续生产。另一个是严重故障。例如，机械手与加热炉发生碰撞，机械手动作异常等，此类故障一旦发生，生产线将被迫停机检修。因此，需要通过中控系统检测是生产线运行情况，及时发现故障，重现故障发生过程，从而快速查明故障原因[3]。

1.3 稳定生产需求

生产设备运行不稳定可能会导致产品制造缺陷和生产线停机。为了提高生产线的稳定性，需要中控系统检测设备运行状态，如果设备出现问题能够第一时间掌握现场情况。

2 系统总体设计

2.1 设计思路

本次设计的中控系统基于工业互联网进行生产设备之间的通信，实现对生产线各设备的实时监控，运行参数采集分析、生产流程管理。从多个角度、多个层面掌握空调翅片冲压生产车间的生产过程，从而构建比较完善的空调翅片冲压生产线中控平台。

2.2 系统模块

如图1 所示，该系统主要包括设备数据采集与状态管理（DCS）、生产管理系统（PMS）、生产决策系统构成[4]。

数据采集系统DCS 主要负责采集、处理、管理生产线的相关数据，如各种设备的运行状态参数、任务进度、实时工况等，同时为PMS、DVS 等系统提供数据支持。生产管理系统PMS 主要扶着生产车间计划制定和维护、生产任务安排，生产资料配置、物料库存管理等，可以对空调产品生产线进行全程精细化管理，实现历史生产数据的可追溯。生产决策和优化系统DVS 提供全部空调生产流程的实时监控，同时可以实现异常状态自动告警，监控设备的实时执行状态[5]。

2.3 系统架构

本次设计的空调生产线中控系统架构可分为三层，即设备层、业务层、应用层。其中设备层基于工业互联网将空调翅片冲压生产线的所有设备联为一体。业务层，通过数据采集系统DCS 实时采集和管理空调翅片冲压生产线数据，建立数据库。应用层则主要通过PMS 系统制定生产计划，分配生产任务，同时负责质量检验、仓储管理等业务管理，系统架构见图2。

数据采集系统负责采集关于空调翅片冲压生产的各种数据采集并保存在数据库中，经由消息中间件向中控系统中的其他子系统提供数据服务。生产管理系统PMS 系统将关于生产、质量控制方面的数据存入数据库。生产决策和优化系统DVS 经由消息中间件以及HTTP 接口获得数据。

3 系统详细设计

3.1 数据采集系统DCS 设计

3.1.1 数据采集技术

工业互联网可以为空调翅片冲压生产线的各种设备提供通信网络，使设备之间能够相互通信，方便中控系统远程采集设备数据，常用的数据采集手段包括以下几方面。

1）Windows 句柄采集：该技术适合用在无数据库接口的场景，通过Windows 句柄编号可以分层搜索和采集数据。

2）外接硬件采集：该采集技术适合用于采集比较老旧的生产设备，如三色灯设备，可以在设备三色灯线24 V/220 V 接入I/O 采集硬件设备，从而采集和分析设备的使用情况以及报警信息。

3）ODBC 协议采集：借助ODBC 数据库驱动可实现业务表数据字段的采集。

4）标准工控协议采集技术：对于配备了PLC、HMI的生产设备，可以基于UA、Profinet 等标准工业可攻至协议采集分析对应的点表和数据地址。

3.1.2 采集数据管理

在空调翅片冲压生产过程中，生产数据采集后分类存储保存在数据库中，形成与生产流程对应的数据表。数据表中的数据主要有空调翅片冲压生产设备工作状态数据、生产任务执行数据、产品质检数据以及系统异常数据等。系统通过Socket 等方式获取数据，并对数据进行处理后存入数据库，中控系统可以基于需要随时调取数据库数据。

3.2 生产管理系统PMS 设计

该子系统基于空调翅片冲压生产线的投入产出、生产状态等数据进行生产管理，系统的基本功能是生产计划制定，生产任务的分配，生产过程监控与调度、生产资源配置与等。

1）生产物料管理：提供物料编码、库存管理和转移功能的现场管理。维护基础信息：管理生产现场组织、人员、产品技术、材料等基础信息，为质量检验、生产等模块作业提供数据支持。

2）生产计划管理：制定、下发生产计划，分配生产任务，安排生产人员，确定生产日期和完工日期。

3）生产质量管理：提供产品质量检验任务、任务分配和检验结果记录的管理，并为产品质量分析提供必要的数据。

4）系统维护：提供生产管理系统用户、角色、权限、系统配置、系统日志等信息的维护，为系统运维提供基础保障。

5）生产设备维护：主要功能为生产设备的维保、点检数据采集、存储以及分析处理。

3.3 生产决策与优化系统DVS 设计

现阶段，大部分空调产品的生产线都缺乏可视化工具，即使有，其可视化数据是不完整和零散的，生产线技术人员主要依靠纸质文件和人脑记忆来完成整个生产过程。生产人员无法全面掌握当前生产作业所需的设备和原材料，生产车间主任也无法随时掌握当前的生产进度、生产和质量状况等数据[6]。因此，需要在生产决策与优化系统DVS 中集成可视化工具，可视化数据根据PMS 系统和DCS 系统的设计分为5 个模块，系统为各模块分别配备屏幕监视器，同时配备整合各模块的整体屏幕监视器，这对于监控空调翅片冲压生产线的生产、库存、质量检验等相关数据有很大帮助，图3 为可视化工具系统的功能结构。

4 系统集成设计

以生产执行数据中心为核心，通过API 接口链接的空调翅片冲压生产线中控系统集成了DCS、PMS、DVS 等模块，各模块之间基于工业互联网进行数据共享。数据中心分为时序数据库和业务数据库。前者主要存储实时采集数据，后者主要存储生产计划执行数据。系统使用基于MQTT 协议的EMCX 消息中间件，实现不同模块之间的数据交互和集成，模块之间的接口通过HTTP 协议的RestFul 接口实现，如系统中生产人员基本信息HTTP 接口[7]。

1）定义。UserPkResultqueryUserPk（StringuserId）。

2）参数说明。UserId 参数代表员工的工作编号或唯一标识符。

3）返回的数据结构。该程序编码为：用户PK 结果：{

字符串UserPk；//个人主键

字符串返回码；//参考返回码说明

字符串消息；//错误信息

}

5 结语

有效利用空调产品生产线中控系统可以大大提高空调制造行业的生产效率和生产质量，减少生产人员的工作负担，实现生产过程的精确控制和全过程控制。空调产品生产线中控系统的设计与应用应结合空调制造行业的实际情况。在原有自动化系统基础上合理设计和部署中控系统，可以精准控制生产过程，减少生产安全事故的发生，促进空调制造行业的稳定发展。