设备联网在冲压车间的研究与应用

文／蒋鑫强，王鑫哲，赵功成·格力电器(珠海)股份有限公司香洲分公司

随着公司快速发展，冲压车间的生产规模逐步扩大。冲压零件的制造模式也从传统的单工序人工作业转变为自动化生产模式，告别了劳动密集型的生产模式。在自动化进程的推进过程中，也迎来了信息化时代的到来，对当前冲压零件的生产制造模式提出了更高的要求与更严峻的考验。市场规模的快速增长以及产品更新换代加速，促使生产现场也逐渐呈现敏捷性的变化，不能再依托人工进行数据收集与处理。

生产信息随着生产复杂性的提升呈现出裂变的趋势，需要一套信息化的系统满足新的需求。针对现状，项目团队通过自主研究攻关冲压车间各线体的信息化设备联网，建立数据采集系统。该系统集成冲压车间各个生产单元的生产数据，包括生产订单、实时订单数量、生产时间、异常情况等，通过大数据可视化分析分享给用户，对设备起到实时监督管理的作用。对平台大数据的分析情况可以得到各设备的开机率和稼动率，对稼动率较低的设备制定相应解决方案。

信息化数据采集系统

冲压车间的信息化数据采集系统(图1)实现了端对点的数据采集方式，通过在各设备上安装传感器与数控看板，实时显示生产数量并上传至云平台。管理人员只需在电脑旁边登录WebSpace便可查看车间里所有的自动化设备和主机设备的使用情况。当存在异常情况时，根据数据平台实时反馈回的信息进行方案的制订并下达到相关负责人员进行把控。

图1 数据采集系统界面

现场总线网络

工厂在GE 系统和三菱的PLC 采集模块的双重协作下，可以实时更新各设备线体生产数据，包括开机率、稼动率、日产量等。并且在各个线体上面数字屏幕信息化终端上面显示产量与GE系统进行数据互联，使得在办公室和车间都可以实时观测数据。另外可查询定期的生产数据，在数据库Historian中保存对应的数据并且根据属性更改对应的权限。

数据显示多为联机的自动化机器人，每台设备的机器人台数不等，通过三菱将连接到Q 系列或者FX3U 进而通过ENET 网关或者北辰(BCNET-T-X)网关进行IGS 位点的采集器，以便采集到多台联机机器人和单台机器人的点位信息。采取点位之后就相当于知道了线体的IP 地址进行身份绑定。

经过GE 系统(IFIX)对IGS 采集器上数据的抓取和配比，上传至计算机中心IoT 平台，工业网络体系结构如图2 所示。

图2 工业网络体系结构

项目实施介绍

结合公司整体方案规划，数据采集计算框架基于边缘计算，具备多种工业协议的对接能力以及各种云端的对接能力，本文以工业机器人这样的单机设备以及钣金涂装生产线的整线设备为例，描述项目实施过程。

工业机器人是钣金冲压车间常见的应用装备，在钣金冲压的生产过程搬运以及后工序堆码等维度有着广泛应用。项目团队针对底层PLC 集成，有线接入设备通讯模块，实现设备网络化，再由有线接入边缘网关，通过相应协议最终接入服务器。项目团队在实施项目前，将会提前准备网关、模块、网线等基础硬件，网关采用外部供电，Lan1 口连接公司内网，通过协议将采集到的数据上报至计算机中心，Lan2口连接设备采集端，通过协议采集现场设备的数据。在接完网线后，先用笔记本电脑直连Lan1 网口，在电脑中搜索在线设备，上载网关现有的工程文件，根据使用的网关类型选择相应添加设备匹配，添加后继续添加机器人设备。添加设备后，进入对应设备下的I/O 点，添加PLC 对应的点位信息，根据设备联网需要采集的点位信息(运行状态、上电状态、故障状态)逐一设置，随后启用并添加点位，工程管理中，进入系统设置-网络设置，根据现场网络环境配置网口参数，配置完成后，打开程序，搜索写入的网关即可登录。各设备上安装显示看板可查看实时的生产数量、方便快捷。

如图3 所示，当日生产的相关订单都可以在系统上以报表的形式呈现，清晰记录了各线体的订单数量、资产编码、运行时间、开机率、故障率、稼动率等，并以小时为计算单位进行显示。

图3 管理报表功能界面

如图4 所示，显示功能界面应明确系统所显示的内容及显示格式。显示格式主要包括颜色、设备开机率、稼动率；界面的种类包括系统总貌的显示，生产数量显示，饼状图显示，界面切换显示等。

图4 显示功能界面

针对钣金涂装整线则侧重于相关工艺参数的采集，当前生产制造业处于工业转型升级的重点阶段，工业企业优化生产流程、提升产品质量、降低能源消耗、消除安全隐患等需求逐步加快，推动工业企业应用工业互联网平台是满足上述需求的重要途径，重点线体的联网接入同样是关键聚焦点，如图5 所示。

图5 钣金涂装整线大数据应用系统

一直依靠人工管理，所有生产数据、设备状态管理需人工不定期维护和检查、记录，未实现自动化采集与传输，无法保证产线健康运行，给管理工作带来巨大困难。项目团队通过物联网技术对生产设备进行通信改造，除读取设备PLC 数据之外，加装包含温度表、压力变送器、零件识别仪器、加料机PH 计、智能电表、水表等独立传感器，在线体关键信息采集位置接入，实现设备状态数据与生产工艺数据的实时采集。在设备层采集的数据抵达控制层并传输至管理层，在管理层则通过相关数据的判定进行命令下达，进而由控制层对设备层进行设备控制。

结束语

冲压车间设备联网系统的应用顺应了数字信息化的背景，完成日常采集数据信息，消除车间员工的非增值作业，推动了组织人力资源的精简。较之前手工记录数据以及传统通讯工具的应用相比，大幅提升了办公效率。通过与生产线的集成，数据采集与监控系统能获得生产线的加工状态，即从生产线上线点开始，对工件的加工过程数据进行采集，采集内容包括工件的生产数量，工件加工状态等。项目被数字化企业网评选为“2021年度中国智能生产杰出应用奖”(图6)。结合冲压零件的加工特点在集团与外部企业存在诸多相似性，可在项目沉淀总结为经验教训，持续推广。

图6 荣誉证书