M型苗床自动化控制和维护系统的技术研究

张慎杰 赵江平

摘  要：制造业设备终端用户对先进制造技术的需求日益增强。加强制造业创新，实现产业升级换代，对中国制造业保持国际竞争力来说至关重要。本文通过在M型自动化苗床设备上增加嵌入式模块和为客户提供设备故障诊断与维护系统，可以方便实现故障的远程诊断和维护指导，节约大量的售后维护费用。

关键词：M型苗床;维护系统;自动化控制

中图分类号：TH165.3 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）14-0149-03

Technical Research on Automatic Control and Maintenance System for

M-type Seedling Equipment

ZHANG Shenjie1，ZHAO Jiangping2

（1.Zhongshan Congzhong Electromechanical Technology Co.，Ltd.，Zhongshan  528400，China;

2.Zhongshan Torch Polytechnic，Zhongshan  528436，China）

Abstract：End-users of manufacturing equipment are increasingly demanding advanced manufacturing technologies. Strengthen the innovation of manufacturing industry to achieve industrial upgrading is very important for China’s manufacturing industry to maintain its international competitiveness. By adding embedded modules to M-type automatic seedbed equipment and providing equipment fault diagnosis and maintenance system for customers，the remote fault diagnosis and maintenance guidance can be easily realized，and a large amount of after-sales maintenance costs can be saved.

Keywords：M-type seedbed;maintenance system;automatic control

0  引  言

《中国制造2025》越来越广泛地受到世界瞩目，实现工业4.0时代智能制造和按需定制，加强制造业创新，实现产业升级换代，对中国制造业保持国际竞争力来说至关重要。制造业设备终端用户对先进制造技术的需求日益增强，使得关键技术设备的采购具有国际化和分散化的特点。一方面提高了企业的技术水平和制造能力，另一方面，这些先进、复杂的装备的管理和维護也给企业带来了更高的技术和成本要求[1]。因此，企业要投入大量的人力、物力和财力保证先进装备的正常运行，而传统的现场设备管理手段和落后的个人维护方式决定了其高成本和低效率的弊端，严重影响了企业的实际产能和经济效益。因此，设备制造商如何采用有效的技术和工具，保障其故障诊断和维护的全球快速响应能力，是设备制造商增加装备高附加值，减少售后成本，增加品牌信任度和扩大市场的一个关键问题。

1  M型苗床自动化控制原理

将育苗、育秧、种植不同类绿叶速生蔬菜、水果、菌类等的生态环境如室内温度数据、室内光照数据、室内湿度数据、化肥配比数据、农药配比数据以及全自动机械化育秧装置中育苗盘运行速度数据用计算机编程后输入即插即用存储芯片中，使用时将即插即用存储芯片插接到32位ARM嵌入式MCU单片机上的数据插口上，利用网络平台，实现作物环境智能控制。自动化控制原理图如图1所示。

在绿叶速生蔬菜、菌类生长过程中，根据若干布置在全自动机械化育秧装置中的室内空气温度传感器、室内空气湿度传感器、室内风速传感器、室内光照传感器、室内二氧化碳传感器、室内氨传感器和若干布置在全自动机械化育秧装置室外的室外空气温度传感器、室外空气湿度传感器、室外风速传感器、室外光照传感器、室外雨雪传感器所检测到的室内外的各项数据与即插即用存储芯片内所存储的室内温度数据、室内湿度数据、室内光照数据进行比对实时控制不同类绿叶速生蔬菜、菌类等的生态环境，同时根据即插即用存储芯片内所存储的化肥配比数据、农药配比数据来配置化肥和农药剂型喷洒，从而提高了农作物的品质和产量以及生长速度。

2  M型苗床故障诊断与维护系统为制造商增加装备高附加值

对于设备制造商而言，M型苗床故障诊断与维护系统的实现可以提高技术水平和设备附加值。通过在M型苗床增加嵌入式模块和为客户提供该设备诊断与维护系统，可以方便的实现故障的远程诊断和维护指导，节约大量的售后维护费用，具体包括：减少员工长途出差次数，对于用户设备可以迅速做出故障诊断，提高服务能力，提高维修服务工作效率，降低人员成本。系统的应用，可以提高设备的可靠性、高附加值，开辟新的商务活动空间，增强客户对设备品牌的信任度和认可度，增强设备制造商的竞争能力，有利于扩大市场。

对于制造企业而言，通过M型苗床管理、故障诊断与维护系统的应用，可以使维修需求的响应能力加快，可以更快做出故障诊断和排除;可以使维护成本降低，停机维修费用减少;可有效缩短因故障造成苗床设备停机的时间，提高设备利用率，提高生产能力和经济效益;与其它管理信息系统的集成使用，可以保证企业生产计划的顺利执行。

3  M型苗床故障诊断与维护系统应用技术

M型苗床故障诊断与维护系统可用于构建育苗设备监控网络，获取设备状态数据[2]，可以进行设备的本地故障诊断和维护，可以进行设备的远程故障诊断和维护，并可根据获取的设备信息进行设备生产、检修和维修等计划的安排，并可与其它的管理信息系统（例如：ERP系统）实现信息的双向交流，共同实现设备的管理、生產的计划和执行的监控。

系统基于工业以太网构建统一的控制网络，为苗床设备故障诊断与维护系统提供网络平台。基于工业以太网的控制网络向下能够与串行通讯接口RS485、RS232连接，能够与各种现场总线（PROFIBUS等）接口连接。

嵌入式模块部分，将针对苗床设备的连续运转情况，完成远程设备诊断及远程监控任务。结合I/O配置及设备诊断配置软件，使嵌入式远程监测与诊断维护硬件平台具有通用性，可以推广到其他相关领域。网络协议符合标准：TCP/IP协议、HTTP协议;软件符合主流工业标准，包括：Socket接口标准、COM/DCOM/OPC标准;数据采集与输出支持下列信号标准：4-20mA输入/输出、开关量输入/输出、热电阻（热电偶）输入、脉冲信号输入。能够与主流ERP系统双向传递数据，符合S95标准（IEC/ISO 62264：企业管理-控制系统集成标准），能共同实现设备生产、检修和维修等计划的安排。

4  M型苗床故障诊断和维护系统实现技术

4.1  M型苗床故障诊断与维护系统的网络平台

设备群的管理、故障诊断和维护系统的网络平台、系统的嵌入式设备模块、系统的软件模块及其与其它管理信息系统的集成等关键技术[3]。在已有的工业以太网的基础上，构建统一的车间控制网络。开发和利用各种通讯接口，使其向下能与具有各种现场总线，串行通讯RS485、RS232接口的设备连接，向上通过以太网的兼容性能与Internet/Intranet（互联网/内联网）集成，为设备信息的收集、传递、处理，设备的现场管理、维护提供高效、便利的网络平台，是整个系统的支撑环境。

4.2  嵌入式模块的数据处理、采集与远程传输

针对M型苗床故障诊断与数据采集需求，开发不同的I/O数据采集模块（如4-20mA输入/输出模块、开关量输入/输出模块、热电阻（热电偶）输入模块等），将这些参数进行简单处理，如量程转换等，并存储于嵌入式设备中，通过工业以太网、Internet/Intranet提供远程数据传输与数据存储的硬件平台。

4.3  基于嵌入式Web服务器的软件模块

用户可以通过标准的互连网浏览器访问现场M型苗床的运行状况，及时准确的判断现场苗床设备的故障原因，它是一种更直接、更正确、更及时的本地诊断维护技术，同时为苗床设备增加了远程监控/监视的功能。

4.4  嵌入式的I/O配置及苗床设备诊断配置软件

考虑到M型苗床诊断与维护的需求及同行业的相关产品需求。为扩充嵌入式设备的I/O连接能力，考虑开发I/O配置模块。通过I/O配置能够方便灵活的连接不同的I/O变量，用户可以自定义I/O变量的量程、I/O变量的工位号、I/O变量的相关说明等。客户或者设备制造商的远程服务中心，可以根据这些信息管理设备（如安排生产或检修）、维护诊断现场设备[4]。苗床设备诊断软件既可运行在嵌入式设备中，提供简单的生产运行、诊断功能，如操作参数、上下限报警、设备运行状态错误等;又可运行在异地的远程服务器上，提供苗床设备生产管理、远程诊断和维护服务。

5  苗床设备故障诊断与维护系统的集成

5.1  苗床设备带故障运行过程的故障检测与诊断策略

将容错技术拓展到过程辨识与状态监控领域，研究对历史故障具有容错能力的信号处理方法，并以容错估计、容错辨识和容错滤波等新算法为工具，进行设备带故障运行决策。针对设备管理、诊断、维护知识，建立符合苗床特点的故障诊断专家系统。

5.2  基于S95（IEC/ISO 62264：企业管理控制系统集成标准）的集成框架

由于基于网络的设备管理系统集成的关键技术，涉及的学科领域面广，各领域术语与模型不一致，因此急需在S95标准的基础上，开展苗床设备故障诊断与维护系统的术语、模型的标准化研究和应用推广工作，并建立苗床设备故障诊断与维护系统的合理框架结构[5]。

5.3  苗床设备故障诊断与维护系统的集成

基于S95标准，将苗床管理模块纳入已有的ERP系统中，或者开发ERP系统设备管理模块的接口;实现企业自有设备组件的排产、维护等工作;实现对设备维护零部件、费用的准确管理。设备供应商/制造商还可实现准确的售后维护，减低售后维护成本。

6  结  论

M型苗床应用现代通讯技术，在系统管理和过程控制方面进行全面渗透，充分利用了信息技术提升传统产业。通过湿、温、光等传感器苗床流水线系统数据，通过无线宽带与中央数据模块处理信号互联可实现物联网在线精准控制和智能化控制功能，实现无人看守，大大提高了设备运行的自动化程度，也提高了工作效率。

在制造企业“信息化、自动化”融合的背景下，促进制造企业的升级和转型，设备的故障诊断与维护系统的应用，就是装备产业技术升级和高附加值产业化的一个重要发展方向。实现设备维护的现代化、网络化、智能化已经成为安全高产高效生产的重要保障，可以提高设备的可靠性、高附加值，开辟了新的商务活动空间，增强客户对设备品牌的信任度和认可度，增强设备制造商的竞争能力，有利于扩大市场。

参考文献：

[1] 季海鹏，安雅程，杨镇豪，等.数据挖掘在设备维护阶段的应用 [J].山东工业技术，2016（2）：94.

[2] 赵炯，李呈光，肖豪，等.大型设备机载智能数据采集系统设计 [J].机电一体化，2015，21（8）：42-46.

[3] 侯成义，赵永强.大型设备维修知识管理系统框架及关键模块研究 [J].工具技术，2012，46（2）：32-36.

[4] 张萌.信息化在企业管理中的作用 [J].现代信息科技，2019，3（10）：140-141.

[5] 何谷有.智能设备故障诊断及维修技术 [J].设备管理与维修，2018（20）：49-50.

作者简介：张慎杰（1986-），男，汉族，福建福州人，技师，研究方向：机电控制系统相关技术;通讯作者：赵江平（1965-），女，汉族，山西太原人，教授，硕士，研究方向：机电一体化技术教学与研究。