通用桥式起重机MES系统应用

聂建伟 胡凯敏

摘 要：随着我国制造业向工业4.0发展，沿海地区制造业工厂纷纷引进了MES系统。桥式起重机在我国制造业中占有非常重要地位，市场客户对江西工埠机械有限公司有越来越多的远程数据监控方面要求。本文主要介绍在.NET Framework4.5环境下，通过C#编写上位机程序，读取/写入西门子S7-200 SMART PLC的内部V区寄存器数据，实现远程监控桥式起重机运行数据和状态目的。并且一台PC电脑监控多台起重机，从而搭建起重机MES系统。

关键词：工业4.0;MES系统;C#上位机;PLC;数据监控

起重机在机械、交通运输、港口、冶金、汽车、采矿、造船和国防等行业应用非常广泛，减轻了人类众多繁重的体力劳动问题。随着我国从制造业大国向制造业强国发展，沿海地区制造业大厂纷纷引入了MES系统智能制造理念。起重机的几个痛点一直未能解决：（1）各部件难以记录其具体使用次数，难以判断其使用寿命;（2）操作人员难以有效记录各台起重机各月使用次数，无法制定一对一保养计划;（3）工厂巡检人员无法同时监控工厂所有起重机的当前运行状况。

江西工埠机械针对以上问题点提出要尽快开发出属于起重机的MES系统，从而更全面的监控各台起重机信息，针对性的制定保养计划，减少由于设备故障导致停工停产问题。

1 论述分析

MES是一个复杂的信息化项目，系统中的各个组件都不是孤立的，必须要全局考虑，分布分项将各个工作落地实施。根据起重机硬件状况，此MES系统的搭建需要从硬件到软件，分步完成，具体工作如下：

1.1 硬件架构搭建

为了MES系统的安全性和可靠性，系统总体架构为服务器+客户的端运行方式，整个项目基于可靠地windows系统。PC服务器开发平台基于.NET Framework 4.5，使用C#开发语言编程软件。

由于桥式起重机大车机构需要行走，PLC的网口的物理位置不是固定的，因此无法使用有线的连接方式与MES系统服务器连接，所以服务端主交换机与（GBM起重机）客户端交换机通过无线方式组网。将工控机通过网线连接主交换机，再将主交换机与工厂内各台起重机的客户端交换机无线方式组网。设置工控机及起重机PLC网口IP地址及网关，将其设置为：IP 192.168.1.X。X值为各PC和PLC地址，使其在同一局域网中，并保证不会出现IP冲突。

1.2 PC软件UI设计

起重机MES系统通过采集制动器、电机、行程开关的各月份使用情况，帮助客户有针对性的制定各月保养计划，减少生产时停工停产状况发生。所以通过C#编写的winform窗体程序需要涵盖大量信息，添加tabControl控件将MES页面进行分页，目前设置为“运转监控”页面和“图表显示”页面。

“运转监控”页面主要显示车间起重机的连线状态、运行状态、运行时间、故障次数、IP地址等信息，从而方便技术员或工厂领导一目了然的了解车间解车间所有起重机的状况，出现故障时可以快速到达现场。添加groupbox控件划分各台起重机的数据显示区域，设备信息通过标签控件label进行显示。

“图表显示”页面主要显示选取的一台起重机的详细信息，信息包括制动器各个月份的使用频率，此台起重机各个部件故障报警占比。通过这些信息，技术员可以针对特殊月份制定保养计划。记录各台起重机的频繁故障报警部件，联合专家查找真因。

添加chart控件对制动器各月的使用次数进行监控，将控件的Series成员下的Series1的属性ChartType设置为“Column”（柱形图显示）。设置各月份使用次数超过1000次时显示为红色，提醒技术员尽快进行维护保养动作。

添加chart控件对设备故障次数进行监控，将控件的Series成员下的Series1的属性ChartType设置为“Pie”（饼图显示）。技术员和专业人员通过此饼图可以直观的了解该起重机哪个部件频繁故障，从而制定有针对性的保养和维修计划。

1.3 PC软件代码编写

MES系统的上位机与西门子PLC的通讯协议走TCP/IP方式，西门子公司针对上位机通讯提供有专用API库供开发者使用，将项目工程引用添加西门子PLC库文件S7.NET.DLL。起重机MES系统主要实现方式是PC上位机读取/写入PLC的V区寄存器，对应库方法为ReadBytes和WriteBytes。

PLC有大量寄存器，需要分配一个专用区间供MES系统交互使用。在此定义V区寄存器范围为VB3000至VB3999，共1000个字节地址供使用，通过ReadMultipleBytes方法读取一段V区间地址数据。

1.4 PLC梯形图编程

PC上位机要显示起重机的状态信息，则必须保证PLC将正确数据写入V区寄存器中，以供PC读取。MES系统显示起重机的连接状态，需要PLC提供心跳信号，梯形图逻辑将VB3000间隔1S时间写1和写0，若MES系统识别VB3000超时未有变化，则认为此台起重机掉线，分析其为断电或网线故障。起重机各部件使用一次，则在该部件对应寄存器使用次数增加一次。同理，各部件故障一次，则对应寄存器故障次数增加一次。使用西门子PLC的ADD_DI加法双精度整数指令，将所需要监控的部件进行监控。起重机各部件动作由PLC的Q输出点驱动继电器控制其对应动作，所以每使用一次則通过该Q输出点的上升沿指令输出，触发对应寄存器地址数据加1。

2 结语

时代在更替，科技在进步，起重机与智能化信息化结合发展更能符合当今世界的发展潮流，所以具备MES系统起重机具备极大的发展前景。一直以来我国起重机处于模仿和追赶阶段，此次工业4.0的产业升级，给我国提供了一次弯道超车的机会。开发起重机MES系统是我们朝着智能起重机发展的一小步，也是关键的一步。我们应该积极采取符合自身的方式方法，缩小与传统起重机强国在这方面的差距。相信经过政府的重视和投入，科技工作者不断的研究学习之后，能够对该领域的认识达到一个到新的高度。

参考文献：

[1]GB/T3811-2008起重机设计规范[S].

[2]陈立定，吴香玉，苏开才.电气控制与可编程控制器[M].广州：华南理工大学出版社，2004.

[3][美]克里斯芬.内格尔（Christian Nagel）C#高级编程[M].北京：清华大学出版社，2019（第11版）.

[4]陈中瑾.制造执行系统mes的研究与开发[D]湖南工业大学，2011.

作者简介：聂建伟（1990-），男，汉族，江西樟树人，本科，助理工程师，研究方向：起重机;胡凯敏（1988-），男，汉族，江西高安人，本科，助理工程师，研究方向：起重机。