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★廣汽傳祺汽車有限公司宜昌分公司丁家云，曹陽，鄒善平，黃永普

關鍵詞：智能智造；數字化；工業控制；物聯網

隨著智能制造技術的深入發展，數字化工廠建設日益成為生產制造企業的研究重點。建設數字化工廠可以起到提高生產效率、降低生產成本、提升產品質量和創新能力、優化生產管理和決策以及推動數字化轉型和可持續發展等多方面的作用。數字化是實現智能制造的重要基礎，也是制造業轉型升級的關鍵途徑。

目前很多新建工廠在建廠規劃之初，就已引入最先進的數字化建設成果進行底層設計，極大地提升了工廠的智能制造水平。但是已經建成的傳統工廠由于數字化硬件、軟件不足，往往需要投入較多的成本進行改造升級，數字化建設過程較為緩慢。

傳統工廠的數字化轉型主要依托現有的工業控制系統進行設計改造，并增加部分傳感器、控制器等硬件，以及引入工業組態軟件和云平臺等，實現了工廠數字化水平的大幅提升。

1　車間CCR系統

生產車間在設備安裝時會根據設備類型和區域，分布多套PLC進行本地控制，現場各臺PLC上收集了設備的各種狀態信息。如果缺少統一管理，這些設備就會形成“信息孤島”，PLC收集的現場信息不能充分發揮價值，生產過程處于暗箱之中，設備維護人員也一直處于“現場救火”的狀態中。

iFIX是GE公司推出的一種工業自動化軟件解決方案，它提供了生產操作的過程可視化、數據采集和數據監控功能^[1]。使用iFIX構建CCR系統（Central Control System），生產管理人員可以精確地監視、控制生產過程和設備狀態，從而對生產事件快速反應，減少了原材料消耗，提高了生產率和用戶收益^[2]。目前基于iFIX軟件的CCR系統在電力、化工、工業制造等行業中得到了廣泛應用。

在應用iFIX搭建CCR系統時，首先要根據現場設備和通訊方式，搭建合適的信息收集網絡。三菱系列PLC采用CC-LinkIE通訊，可以通過環網結構串聯現場設備匯入到總PLC然后接入到iFIX中，而西門子PLC可通過標準TCP/IP協議的以太網接入。在構建的CCR系統中，現場設備PLC形成分布式控制架構。系統結構由控制層和信息管理層組成，其中信息管理層用于CCR監控主機單元，實現所有信息的收集、處理、展示和遠程控制；控制層由各車間級PLC監控單元組成^[3]，控制層中PLC收集、處理現場信息并控制設備運轉狀態，實現設備的本地化管理。

在CCR系統中，生產管理人員實時查看當日生產數據，及時進行差異分析，靈活調整生產方案；同時也可以跟蹤產品的流動狀態，追溯生產過程。設備管理人員可以實時監視現場設備狀態，根據設備報警信息精準處理異常，并可形成設備報表，制定預防性維護方案；通過接入能源監視設備，系統自動生成水、電、氣能源使用報表，精準分析生產能源使用趨勢，針對高能耗過程和異常消耗進行改善，降低生產能源成本。

2　局域語音自動報警系統

局域語音自動報警系統主要以車間環網為基礎，搭配語音設備和自動呼叫設備實現設備狀態變化后的自動呼叫。

車間各個分布式PLC和總控PLC串聯在一起形成環網結構，總控PLC可以讀取車間設備的所有信息并可實現遠程控制。在局域語音自動報警系統中，主要用到總控PLC的信息收集功能，并將信息傳遞至語音模塊。

語音模塊是一種高穩定性大功率輸出的插卡語音播放板，具有存儲和插卡功能，支持外接高音質音響設備，除可通過高電平/有源開關量控制外，還可以通過RS232和RS485串口通訊控制。由于現場PLC通常采用標準TCP/IP協議的以太網通訊，不能直接與語音模塊通訊，在使用時可以通過串口服務器實現PLC與語音模塊之間的通訊。在語音模塊設計時，對于所需播報的信息，可以應用AI語音軟件合成語音文件，存儲到語音模塊后由總控PLC觸發語音播報。語音模塊與播音設備連接后即可實現現場設備異常狀態的語音播報。

在語音模塊將文字信息轉變為聲音信息后，語音播報內容僅能在音響設備周圍才能獲得，設備管理人員仍需要安排專人將信息通報至現場。為實現報警信息的自動播報，需要改進對講設備的控制方式，設計由PLC控制中間繼電器、現場設備狀態變化信息觸發的局域語音自動呼叫裝置。當現場設備狀態變化后在語音模塊播報狀態信息的同時，PLC控制中間繼電器動作觸發對講機對講開關，可以同步將狀態信息傳送至現場設備管理人員，實現設備異常的快速處理對應，極大地提升了響應能力，保障了現場生產。

3　數字化遠程監控系統（加密廣播）

隨著工廠自動化生產能力的不斷提升，工廠的生產能力對設備運轉狀態的依賴也越來越高。在傳統的工廠車間中現場設備狀態依賴人工巡檢和設備值班，設備狀態信息的傳遞存在滯后，且準確度難以保證。特別是班后的非生產時間，管理人員往往不能獲得現場設備信息，一旦設備出現重大異常，將嚴重影響正常的生產過程。

目前，物聯網技術的發展，為生產管理人員遠程掌握設備狀態信息提供了快速高效的方法。在建立數字化遠程監控系統時，4G DTU（Data Transfer Unit）模塊在遠程通訊中起到了重要作用。4G DTU即4G數據傳輸單元，是一種專門用于將串口數據轉換為4G網絡數據進行傳輸的設備，其主要作用是實現遠程數據傳輸。它一端連接串口設備（如傳感器、控制器等），另一端通過4G網絡與數據中心或服務器進行通信，主要具有以下特點：（1）高速傳輸：利用4G網絡的高速率，能夠快速傳輸數據；（2）穩定性高：在復雜的網絡環境中保持穩定的連接，確保數據不丟失；（3）易于部署：安裝和配置相對簡單，無需復雜的網絡知識；（4）兼容性強：可以與多種串口設備兼容，適應不同的應用場景。

基于上述特點4G DTU廣泛應用于遠程監控、智能抄表、環境監測、工業自動化等領域^[4]，為實現設備的遠程管理和數據采集提供了便捷可靠的解決方案。

使用4G DTU搭建遠程監控系統時，由于4G DTU輸入一般只支持RS232和RS485串口通訊方式，需要根據現場使用的實際通訊方式進行通訊協議轉換，例如三菱Q系列PLC需要通過串口服務器將以太網通訊轉換為RS232或RS485串口通訊模式。當4G DTU通過串口服務器與現場PLC設備建立通訊后，使用4G DTU產品提供的云端平臺創建設備，即可采集現場設備狀態信息和生產管理數據，在完成管理界面制作后，實現現場設備的數字化目視化管理。物聯網平臺可以通過微信小程序實時查看當前設備信息，實現遠程管理，如圖1所示。現場管理人員可以通過添加觸發器來設置設備上傳感器的報警條件，當上傳平臺的數據達到設定的上下限時，平臺可以通過短信報警、語音報警、微信推送報警、郵箱報警四種方式，及時提醒工廠管理人員查看設備信息。

圖1 數字化管理界面

通過4G DTU建立數字化遠程化遠程管理系統，生產管理人員通過最常用的手機微信平臺即可實時查看現場設備、工藝參數等關鍵信息，可方便高效地完成資源協調和生產組織。物聯網平臺提供的報警推送方式，可以通過企業微信等辦公軟件實現報警信息推送，在生產班組內全員可見，極大地方便了生產異常狀態的處理過程，提升了工廠生產的組織效率。

4  總結

傳統工廠在數字化轉型過程中如果從零開始開發新系統，需要投入大量的資金和人力資源，往往會導致數字化轉型工作緩慢。傳統工廠可以在現有條件基礎上，結合物聯網技術、AI智能模塊等新技術，進行數字化轉型探索。通過自主模式推進數字化應用開發，可以保證數字化功能緊貼現場實際需求，解決生產過程中的痛點問題，既能控制投入成本，又能培養工廠技術人員的設備管理和數字化開發能力。本文提到的三種模式相對簡單、投入成本低，且可不斷改進升級，可以廣泛應用于生產制造企業的數字化生產管理過程，以提升工廠的智能智造水平。

作者簡介：

丁家云（1992-），男，湖北宜昌人，中級工程師，學士，現就職于廣汽傳祺汽車有限公司宜昌分公司，研究方向為智能制造涂裝設備管理。

曹　陽（1984-），男，湖北宜昌人，中級工程師，學士，現就職于廣汽傳祺汽車有限公司宜昌分公司，研究方向為智能制造涂裝設備管理。

鄒善平（1990-），男，湖北神農架人，現就職于廣汽傳祺汽車有限公司宜昌分公司，研究方向為智能制造涂裝設備管理。

黃永普（1987-），男，湖北仙桃人，副高級工程師，學士，現就職于廣汽傳祺汽車有限公司宜昌分公司，研究方向為智能制造涂裝設備管理。

參考文獻：

[1] 百度百科, http://baike.baidu.com/view/357736.html; 2008-04-20

[2] 李勉. iFIX在煤水凈化系統中的應用[J]. 機電工程技術, 2011.

[3] 張道兵. 污水處理廠自控系統研究[D]. 鎮江: 江蘇大學, 2013.

[4] 趙穎穎. 物聯網環境下的嵌入式傳感器網絡安全研究[J]. 通信電源技術, 2023.

摘自《自動化博覽》2024年11月刊