基于工业物联网的物料包装生产线监控平台设计研究*

王俊美，荣 晔，林 亮

（江苏联合职业技术学院无锡机电分院，江苏 无锡 214028）

随着物联网技术在工业生产中的应用越来越广泛，通过构建工业物联网平台对生产过程进行远程数据采集和实时监控，可以使生产流程更加精确，更有效地管理生产现场[1]。自动化包装生产线覆盖面大，应用范围广，设计利用工业物联网技术和集成运动控制系统采集现场数据，通过智能网关将数据传至监控平台，实现远程参数设置和控制，实时监控物料包装生产线工作过程。

1 包装生产线工艺流程

自动化物料包装生产线通常由自动包装机、传动系统、控制系统和辅助工艺装置组成，完成物料的给袋、称重、检测、装袋、封口、装箱等工艺流程。本文以包装生产线中负责各个部件之间的输送和配合的传动系统为例，研究设计基于工业物联网的监控平台。

以物料包装生产线中的给袋、装袋、封口工序间传送为例，包装袋存放在A 站，运行时，由A站传送至B 站，物料在B 站完成加料、称重和装袋，装袋后传送至C 站封口。集成运动控制系统的皮带上开有定位孔，传动装置在A、B、C 三个站点分别装有对射激光光电传感器，分别为1 号、2号、3 号传感器。起始位置即定位孔到达1 号传感器的位置，当采集到1 号传感器的电信号，即皮带运行至A 站。当2 号或3 号传感器发出到位信号，即皮带运行至B 站或C 站。皮带在每站的工作时间由定时器设定。

系统设计有自动运行模式和手动模式。为满足不同物料和剂量的包装要求，很多企业采用柔性包装生产线。设计了匀速传送、变速传送和往返传送三种模式。每种模式都可以根据物料多少，设定传送数量和速度。手动模式设计有传送至指定位置、正向、反向传送等。

2 系统方案设计

利用ThingWorx 工业物联网平台和Thing Worx-Industrial Connectivity 软件与罗克韦尔集成运动控制系统即可编程自动化控制器、伺服驱动器和电机带动的同步皮带系统。通过组态、编程和平台搭建，实现物料包装生产线传动单元的自动控制和远程监控。

2.1 系统网络架构

系统中各设备均以工业以太网连接通信，系统网络架构见图1，Micro820 采集环境温度和3 个光电传感器信号，通过以太网上传至Compactlogix 控制器，运动控制部分由Compactlogix 控制器通过伺服驱动带动电机运转，通过同步轮带动皮带运行。系统设计有PV800 触摸屏实现本地监控，同时利用ThingWorx 工业物联网技术平台与ThingWorx-Industrial Connectivity 软件实现远程监控。

2.2 系统软件设计

系统软件设计包括利用CCW 软件对Micro820组态编程及对2711R-T7T 工业触摸屏进行组态和利用Studio5 000 平台对伺服运动控制系统进行组态及编程。在Studio5 000 中配置伺服驱动器K5 500，包括IP 地址、版本号，电压、电流等。配置运动轴，关联驱动器K5 500 模块。软件编程时，根据工艺流程，通过判断光电传感器信号和各工作站工作时间，控制传送带的启停。伺服运动控制在进行伺服定位操作之前，设计将运动轴的回原点即初始化作为子程序。同时对启动未回原点、超速、超行程、超温报警等，设计有专门的报警处理子程序，由主程序直接调用。自动运行和手动模式作为两个并行子程序，由主程序通过跳转指令实现模式之间的转换。

3 物联网监控平台设计

本系统的监控平台设计有现场操作终端和物联网云平台两种形式。现场操作终端即常用的工业触摸屏，直接安装在生产线上，作为人机交互平台，对系统进行参数设置、运行控制以及参数、状态显示等。物联网云平台可以实现远程实时监控，自动报警，故障统计等多种功能[2]。

3.1 触摸屏监控画面设计

系统中PV800 触摸屏直接和CompactLogix 控制器通过以太网通信，监控画面设计为主界面、连续运行和往返传送2 个单元画面以及报警信息画面，如图2 所示。主界面包含“上电”“掉电”“急停”“自动运行”“手动模式”等命令按键以及“行程显示”“当前位置”“当前速度”“工作温度”等参数显示。

图2 触摸屏监控画面

连续运行模式画面设计，连续运行分匀速和变速两种情况，按照传送单元中A、B、C 三站的位置和工作时间，用数字输入的形式设定包装传送数量和转速，利用光电传感器信号控制皮带运行到位。往返运行模式，可以设定包装传送数量和转速，让皮带在A、B 两站往返运行。同时实现手动模式下的“正转”“反转”“传送至指定位置”等。

3.2 物联网监控平台设计

物联网监控平台的搭建，本系统利用Thing Worx Industrial Connectivity 软件连接CompactLogix控制器，监测控制器的各类数据标签值。与ThingWorx 平台无缝集成，快速实现工业物联网平台的搭建[3]。建立系统工业连接，通过新建通道、添加设备、标记和设置ThingWorx 属性几个环节完成。连接成功后，点击“QC”，可查看控制器中的标签值。利用ThingWorx 工业物联网技术平台监测集成运动控制系统运行状态。实施过程及操作要点如表1 所示。

表1 搭建工业物联网平台流程

Mashup 监控界面同样可以分为主界面和单元界面，根据监控需求可以选择传送模式、设置传送数量和速度等，控制系统即按照设定的参数进行传送。另外平台还设计了4 种邮件报警，分别是超速、超限位、超温和未回原点报警。经测试，通过订阅报警，设置报警源，启用邮件报警，当参数超过设定值，设定邮箱会收到用户报警邮件，以便做相应处置。

4 结束语

系统采用的ThingWorx 工业物联网平台软件，可以连接不同的设备和应用系统，从多个数据源获取数据，实现实时监控系统运行状态，并通过数据统计分析，进行预测和给出优化建议[4]。在工厂智改数转进程中，远程监控和预测维护是重要内容，如引入机器学习系统、专家系统等，需要做进一步的研究。