有色金屬加工設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

任志昂，萬曉鴿，余宏飛，倪海濤

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

隨著有色金屬加工廠的轉(zhuǎn)型升級，朝著信息化、數(shù)字化和智能工廠的方向發(fā)展，工廠生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息化管理及智能化點(diǎn)巡檢是保證設(shè)備可靠穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)手段。設(shè)備智能點(diǎn)巡檢系統(tǒng)采用GPS衛(wèi)星定位、GIS地理信息、FRID無線射頻、GPRS/3G/4G網(wǎng)絡(luò)通信、WIFI數(shù)據(jù)傳輸及CIS條形碼掃描等技術(shù)，結(jié)合機(jī)組設(shè)備基礎(chǔ)自動化程序，通過大數(shù)據(jù)處理手段對所需巡檢區(qū)域進(jìn)行科學(xué)化、數(shù)字化、可視化的巡檢管理。同時，該系統(tǒng)具備生產(chǎn)設(shè)備的基本信息化管理，巡檢任務(wù)分發(fā)及巡檢結(jié)果數(shù)字化、設(shè)備隱患管理、巡檢人員考核管理等功能。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用科學(xué)的統(tǒng)計分析和方便快捷的協(xié)調(diào)功能幫助企業(yè)管理者對巡檢活動、巡檢人員及設(shè)備狀態(tài)的統(tǒng)籌掌握，從而有效保障巡檢工作的順利展開，為發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患、處理隱患、避免事故以及保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行提供科學(xué)、準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)支撐。

1 主要研究內(nèi)容

設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)開發(fā)重點(diǎn)圍繞設(shè)備管理巡檢數(shù)字化、無紙化和實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷及預(yù)警等目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)的開發(fā)工作。通過采用信息化、數(shù)字化、傳感器數(shù)字采集等技術(shù)，建立設(shè)備檔案管理系統(tǒng)和信息化智能點(diǎn)巡任務(wù)管理系統(tǒng)，建立設(shè)備故障信息庫和對故障信息的大數(shù)據(jù)分析，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及隱患，用科學(xué)方法找出設(shè)備缺陷并完成整改及優(yōu)化，優(yōu)化企業(yè)的設(shè)備巡檢及維修工作，從而提高設(shè)備完好率和利用率。

系統(tǒng)主要研究內(nèi)容有，基礎(chǔ)設(shè)備管理系統(tǒng)開發(fā)；智能點(diǎn)巡任務(wù)管理系統(tǒng)開發(fā)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成應(yīng)用開發(fā)；設(shè)備故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)；智能巡檢APP開發(fā)。

2 架構(gòu)設(shè)計

設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)由三部分組成，分別是基于B/S的后臺管理系統(tǒng)、基于Android操作系統(tǒng)的巡檢APP、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理以及設(shè)備故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)。

后臺管理程序采用B/S結(jié)構(gòu)(Browser/Server結(jié)構(gòu))，利用微軟公司的SQL Server 2008和.Net作為開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)巡檢業(yè)務(wù)邏輯和WEB管理端的展示。巡檢APP是基于Android操作系統(tǒng)的移動APP，實(shí)現(xiàn)巡檢標(biāo)簽識別、巡檢結(jié)果錄入以及數(shù)據(jù)展示功能。移動APP可以采用原生和HTML5混合開發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)，標(biāo)簽識別和巡檢數(shù)據(jù)采集需調(diào)用移動終端原生功能，數(shù)據(jù)展示可以用HTML5方式實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及備故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)為Windows服務(wù)程序(Windows Service)，集成應(yīng)用數(shù)據(jù)采集軟件IBA軟件，將采集到的IBA文件進(jìn)行解析，作為自動巡檢的結(jié)果和巡檢點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來，輸出設(shè)備故障診斷及預(yù)警報表信息等。

通過調(diào)研分析大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備日常點(diǎn)巡檢工作流程，結(jié)合信息化技術(shù)的特點(diǎn)，本次開發(fā)的設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)通用工作流程如圖1所示。

圖1 智能化巡檢工作流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of intelligent inspection workflow

2.1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

本系統(tǒng)架構(gòu)為四層架構(gòu)，分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、業(yè)務(wù)邏輯層和展示層。

(1)數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是自動采集，自動采集通過數(shù)據(jù)采集軟件采集PLC數(shù)據(jù)或物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集數(shù)據(jù)作為巡檢結(jié)果；二是手動采集，通過巡檢人員手持智能終端(Android系統(tǒng))由巡檢員巡檢錄入數(shù)據(jù)作為巡檢結(jié)果。自動采集數(shù)據(jù)(IBA文件)由系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳遞至數(shù)據(jù)處理層進(jìn)行解析，并保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。

(2)數(shù)據(jù)處理層。解析數(shù)據(jù)采集層的IBA文件，解析結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫并和巡檢點(diǎn)實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)聯(lián)。

(3)業(yè)務(wù)邏輯層。包括系統(tǒng)管理、設(shè)備管理、巡檢管理、異常管理、統(tǒng)計報表等模塊。

(4)展示層。管理人員可以通過WEB管理端查看統(tǒng)計報表，巡檢員可以通過智能終端接收巡檢任務(wù)、查看任務(wù)狀態(tài)等。

2.2 系統(tǒng)物理架構(gòu)

本系統(tǒng)通過內(nèi)部局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集軟件、巡檢終端、后臺管理程序和管理員電腦等的互聯(lián)，系統(tǒng)物理架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)物理架構(gòu)示意圖Fig.2 System physical architecture diagram

2.3 數(shù)據(jù)庫訪問設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫基于Windows操作系統(tǒng)平臺，后臺數(shù)據(jù)庫為SQL Sever 2008，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的智能化巡檢系統(tǒng)。應(yīng)用基于面向?qū)ο罄碚摰木幊坦ぞ?Net語言，可處理大量數(shù)據(jù)，同時保證數(shù)據(jù)的完整性并提供多種高級管理功能。其靈活性、安全性、易用性為數(shù)據(jù)庫編程提供了良好的條件。

3 主要模塊與主要功能

3.1 后臺管理模塊

后臺管理模塊主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備管理、巡檢計劃的制定、巡檢任務(wù)下發(fā)、設(shè)備異常管理、系統(tǒng)管理、報表統(tǒng)計等功能。

3.2 智能巡檢APP

智能巡檢APP是基于Android操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)巡檢標(biāo)簽識別、巡檢結(jié)果錄入、數(shù)據(jù)展示、消息推送等功能。智能巡檢APP前端采用VUE實(shí)現(xiàn)，后端采用.NET WebAPI實(shí)現(xiàn)，前后端徹底分離，操作界面如圖3所示。

圖3 移動端APP操作界面示意圖Fig.3 Schematic diagram of mobile terminal APP operating interface

(1)系統(tǒng)登錄。巡檢人員使用用戶賬號和密碼登錄移動終端，根據(jù)用戶權(quán)限顯示相應(yīng)功能。

(2)巡檢任務(wù)制定及分發(fā)。系統(tǒng)管理人員可制定及分配巡檢任務(wù)，巡檢員通過手持終端中的APP可查看當(dāng)前時間分配給自己的巡檢任務(wù)及其巡檢狀態(tài)(已檢、未檢、漏檢)。巡檢任務(wù)包含巡檢點(diǎn)及對應(yīng)的巡檢內(nèi)容、時間要求以及巡檢標(biāo)準(zhǔn)等信息。巡檢內(nèi)容分為自動巡檢、手動巡檢兩種，巡檢人員可通過手持終端查看系統(tǒng)自動巡檢的狀態(tài)數(shù)據(jù)及報警預(yù)警信息等。

(3)巡檢執(zhí)行及記錄。巡檢過程中巡檢人員可以進(jìn)行日志記錄并拍照，將有設(shè)備隱患部位實(shí)時拍照上傳至系統(tǒng)。巡檢現(xiàn)場有網(wǎng)絡(luò)連接時可在線上傳，巡檢現(xiàn)場無數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)信號時，手持巡檢終端具備離線保存上傳巡檢結(jié)果的功能。巡檢人員可通過電腦終端或手持終端查看本人的所有巡檢歷史記錄。

(4)巡檢統(tǒng)計。系統(tǒng)可按部門或巡檢責(zé)任人自動統(tǒng)計，已完成、未完成的巡檢數(shù)量，巡檢人員工作完成率等管理指標(biāo)。

(5)異常處理。執(zhí)行巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的異常，系統(tǒng)可按照事先設(shè)定或發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人。責(zé)任人收到后到現(xiàn)場進(jìn)行處理，并填寫處理結(jié)果，處理完成后關(guān)閉異常。查詢異常申報人、申報時間、異常描述、設(shè)備名稱、缺陷級別等。

(6)數(shù)據(jù)推送。實(shí)現(xiàn)APP內(nèi)推送或微信推送。定時向相關(guān)人員分權(quán)限推送巡檢任務(wù)、設(shè)備運(yùn)行情況、巡檢異常等信息。

3.3 數(shù)據(jù)處理程序

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)定時采集巡檢點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)(圖4),通過數(shù)據(jù)處理程序保存在數(shù)據(jù)庫里。后臺管理系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)庫，選擇所需設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)并導(dǎo)入到巡檢結(jié)果中。需要自動巡檢的項目需配置數(shù)據(jù)采集的通訊參數(shù)設(shè)備、DB塊、變量進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

圖4 數(shù)據(jù)采集軟件通訊參數(shù)配置界面Fig.4 Communication parameter configuration interface of data acquisition software

4 結(jié)束語

本文針對有色金屬加工設(shè)備智能化點(diǎn)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)工作進(jìn)行了簡要總結(jié)，旨在開發(fā)出一套設(shè)備智能化點(diǎn)巡檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)加工企業(yè)設(shè)備管理及點(diǎn)巡檢工作的信息化管理。該系統(tǒng)通過科學(xué)的管理手段和方法防對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性檢查和巡視，及時查明故障原因及設(shè)備運(yùn)行異常，制定合理的故障處理措施，從而保證設(shè)備運(yùn)行的可靠穩(wěn)定，降低維護(hù)和檢修費(fèi)用，為逐步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的全生命周期管理奠定基礎(chǔ)。該系統(tǒng)在開發(fā)設(shè)計時考慮到了不同生產(chǎn)車設(shè)備的通用性要求，當(dāng)前系統(tǒng)已在鋁帶冷軋機(jī)組設(shè)備上應(yīng)用，受到了用戶的認(rèn)可和高度評價。隨著系統(tǒng)功能的不斷完善和版本迭代，后續(xù)可推廣應(yīng)用于有色金屬加工廠的熔鑄、鑄軋、熱軋、箔軋、精整等生產(chǎn)車間機(jī)組設(shè)備。