工业设备信息和数据管理系统

刘志华

(太原重工股份有限公司 技术中心 矿山采掘装备及智能制造国家重点实验室，山西 太原 030024)

0 引言

随着工业控制技术的不断发展进步，工厂对设备的智能化、信息化要求也越来越高，因此对工业设备进行全方位立体化的信息和数据管理，收集设备数据，存储设备信息，及时掌握设备运行状态，对设备制造商及用户有着举足轻重的重要意义。

目前国内外工业企业多采用基于IT技术搭建的信息和数据管理平台，这种方式投资大，维护成本高，且由于数据协议的不一致造成可传输数据的规模和实时性受到制约，在中小用户和单机设备的信息和数据管理中适用性极差。因此，以工业控制软件为基础，设计和建立工业设备数据和信息管理系统能够针对性地解决这一问题。

1 工业设备数据和信息管理系统设计

工业设备信息和数据管理系统的设计，主要根据应用场景、采集需求、人员信息、统计需求、运行和维护、班次需求等研究内容来确定系统的整体开发平台、技术方案，然后根据要解决的譬如数据存储与展示、信息交互、音视频监控、报警和运行统计、数据交互等各类问题来设计和开发各项功能，帮助解决制造商和用户共同关注的设备的高产、高效、稳定等问题[1]。

1.1 系统方案

通过对各类设备用户的调研和对工业控制软件的技术研究，确立了基于Portal V16开发数据和信息管理系统所需要构建的背景数据块并植入控制PLC；然后基于自带的SQL Server 2014数据库管理软件的WinCCV7.4，使用VBS和C脚本，开发设备信息和数据管理系统所需要的各类控件进行数据库的连接和管理；在建立好各类基础控件和数据库连接功能后，开发如图1所示的工业设备信息和数据管理系统结构；最后进行安全加密功能的设计以完成系统方案的设计。

图1 工业设备信息和数据管理系统结构图

1.2 数据库管理功能的设计

数据和信息是工业设备的核心，做好数据和信息的存储与读写是工业设备信息和数据管理系统正确运行的基础。因此，在确定好系统方案后，首先进行数据库管理功能的开发和设计。将PLC及用户的主要数据在WinCC中进行归档、分组、建表、读写等基本操作是数据和信息的存储与读写的基石，本文采用OLE-DB方法编写VBS脚本读取WinCC自带的SQL Server 2014数据库，并在其内建立MyData数据库，然后在数据库中根据功能的不同依次建立ComMaintain、Schedule、LifeCycle、AlarmGet、RunGet、WorkRecord、WorkHour和WorkMonth等表用于存储设备的运维、人员班次、元器件寿命、报警、运行、工作记录、工作时长、产量统计等数据和信息，最后采用WinCC的按钮组件，在其点击动作上编写VBS脚本做数据库的连接和库表的创建、增删项、查询等工作[2]。数据库管理功能界面如图2所示。

图2 数据库管理功能界面

1.3 基础控件的开发

当完成了用于数据和信息读写、存储的数据库管理功能设计后，需要进一步开发应用于各子功能的基础控件，除了可以直接调用WinCC本身自带按钮和文本框之类的一些基本交互组件外，本文还基于WinCC的ocx控件用VBS和C脚本进一步开发各类通用基础控件，主要用于数据统计、查询、报表、导入导出和展示等基础功能，具体包括可选择日月年和时分秒的时间选择控件DTPicker、可自动匹配显示查询结果报表的报表控件MSHFlexGrid、可做智能匹配的下拉菜单控件Combox、Excel表格导出控件、动态图表控件MSChart等，每个控件的具体功能都根据工业设备信息和数据管理系统的应用要求用VBS或C脚本做了二次开发和效果优化。图3为用数据库中日产量表的查询结果生成柱状图的部分VBS脚本代码。

1.4 信息和数据管理功能设计

当完成数据库管理和基础控件的开发之后，着手设计工业设备信息和数据管理系统的各项基本功能，主要有设备信息、寿命管理、报警信息、运行信息、设备运维、组织排班、数据统计、语音播报、存储、PDF手册和在线视频等功能，如图4所示。

(1) 设备信息：对设备的全局信息进行展示，主要是对设备产量、设备电流、设备电压、设备型号、设备能耗、设备吨位、工作时间等进行图表、文本形式的展示。生产人员和设备维护人员可以通过设备信息画面全面而直观地了解设备的运行状况。设备信息主要采用MSChart控件、OnlineTrendcontrol控件、文本、输入输出框等控件进行设计，然后通过对数据库数据的查询展示和绑定了WinCC内部变量的动态展示等方式进行设备的整体信息展示。设备信息功能如图5所示。

图3 VBS脚本代码生成日产量柱状图

图4 工业设备信息和数据管理系统功能图

图5 设备信息功能

(2) 寿命管理：主要是根据专业特性和使用特点对设备的元器件、机构及设备整机进行生命周期统计、预测及设备管理。寿命管理主要对使用时间和使用次数进行记录和管理，可以通过寿命管理基础信息的录入、寿命信息校正、寿命管理查询等进行设备元器件的寿命管理。具体实现方法如下：为设备建立寿命管理项，该项包含寿命管理的项名、使用时间、使用次数、录入人员、录入时间、所属专业和所属机构等信息，然后再利用系统自带和我们开发的各类基础控件对设备进行寿命管理[3]。寿命管理功能采用的控件有DTPicker控件、Excel表格导出控件、文本、输入输出框等，该功能可基于数据库进行寿命管理项的数据增、改、查等操作，而且可完成对应的寿命管理录入、校正、检索记录等操作和用MSHFlexGrid报表控件进行记录的统计与展示。

(3) 报警信息和运行信息：主要对设备的报警和运行信息进行提示、统计、汇总、警戒和方法指导等处理，具备帮助用户及时掌握报警和运行信息，并协助用户根据故障处理方法提示处理故障的能力。本功能采用AlarmControl控件、VBS编写的归档数据库查询按钮、文本框等实现对WinCC归档数据库的查询与汇总。运行信息功能如图6所示。

(4) 设备运维：主要对设备进行日常维护、周期巡检和存储记录等。关于设备的日常和周期性维护，通过新增运维功能对机、电、液、传或根据设备机构的不同进行分组的新增，然后为其设定不同的运维周期和记录不同的运维状态和运维项，达到完整记录运维过程的目的[4]。该功能可有效记录设备运行过程中的日常以及日、周、月等运维情况，并可在此基础上协助用户掌握设备状态，改善设备性能，提高设备运行稳定性。本文采用DTPicker控件、MSHFlexGrid报表控件、Combox、Excel表格导出控件、VBS编写的查询按钮、文本框等实现设备运维功能。

(5) 组织排班：该功能主要对设备的生产人员进行排班和记录，汇总管理生产人员信息。可以根据设备操作人员的信息、班次等对人员进行班次分配和管理记录，可将人员操作时间、事件有效地记录下来。

(6) 数据统计：该功能不仅可以实时配置、显示数据的实时记录和曲线等，而且可以通过设备变量名与ID表的对应关系选择ID进行数据的历史记录查询，同时导出相应的结果表格用于分析，还可以对设备的各变量进行动态表格化展示和曲线展示。主要采用DTPicker控件、MSHFlexGrid报表控件、Excel表格导出控件、文本、输入输出框以及VBS编写的变量归档查询代码进行报表与查询统计功能的实现；采用WinCC自带的OnlineTrendControl控件和OnlineTableControl控件及VBS脚本来实现动态曲线与动态变量表的功能。数据统计功能如图7所示。

(7) 其他：除上述功能外，本文还使用C脚本调用Windows语音播放器设计了用于播放设备关键信息的语音播报功能；使用DiskList控件和VBS脚本设计了用于管理和统计服务器存储使用和运行状况的存储管理功能；使用VBS脚本和Webbrowser控件设计了PDF在线读取设备使用和维护手册的PDF读写功能和在线摄像头展示功能。

图7 数据统计功能

1.5 安全加密功能设计

在完成上述功能设计后，对工业设备信息和数据管理系统进行多种方式的安全加密，使得系统不但具备登录安全、画面安全和项目安全等特点，而且在登录界面内也可以做到安全可靠。首先采用VBS设计脚本对页面的使用进行加密，即在数据库功能管理界面上，如果数据库操作密匙输入错误，则无法进行数据库操作;然后使用WinCC安全加密方式对每个页面的打开进行安全加密，接着进一步用VBS脚本设计登录和退出系统的安全加密，最后对整个项目进行加密[5]。同时对设计的全局脚本也进行安全加密以进一步保障项目的安全。

2 应用

该系统已被应用于国内某中型焦化厂的智能化改造项目，既满足了对设备信息和数据的存储记录、查询管理等需求，同时还可以通过该系统及时运维保养设备，提升设备的运行效率和稳定性，具备很高的应用价值。图8为应用中按时间查询的整机运维记录表。

图8 整机运维记录表

3 结语

本文阐述了工业设备信息和数据管理系统的设计过程，通过为工厂部署工业设备信息和数据管理系统，不仅可以帮助用户和厂商实时了解设备运行状态，记录设备运行数据和信息，更能帮助用户进行设备运维和元件管理，进一步通过数据信息和周期运维改善设备性能，提高设备运行质量，具有良好的推广前景和应用效果。