汽车产业中中央监控系统应用研究

刘战楠 刘永均 宋胜溥 何军

摘要：中央系统可以实现汽车大规模高集成度的自动化生产过程可视化和生产管理的数字化，提高了自动化设备的管理水平。本文介绍的中央监控系统设计要点对开发汽车生产厂四大工艺冲压车间、焊装车间、涂装车间、总装车间的车能提升、瓶颈问题发现以及中央监控系统开发都具有指导意义，对企业数字化转型都有积极意义。

关键词：工业机器人;可编程逻辑控制器;工业以太网;中央监控服务器

一、中央监控系统效益

（一）管理效益：

1.使生产过程透明化 （目视化管理）

2.对浪费的系统性问题识别（追踪追溯）

3.对报警系统性管理（多种方式的反馈功能）

4.对维修过程维修方式进行优化

5.MNPS方式支持（TPM/CIP持续改进）

6.设备利用率及可动率优化（提高效率基础）

（二）服务部门效益：

1.工艺问题及瓶颈快速反馈

2.对工序透明化（生产计划）

3.维修工作效率进行提升

4.对设备分析提供精准数据支持

（三）操作者效益：

1.通過客户端上传下载所需数据

2.工作流透明化的支持（Andon系统）

3.设备各类自动数量统计

4.设备停机的识别与细化统计（刀具磨损/维修/缺料等）

5.信息直达带来维修时间的缩短

二、中央监控系功能设计

1.故障信息信息的提供

中控系统能够在显示界面中显示出网络中所有设备的故障信息、报警及提示。

需要根据设备的故障类型对现场设备的故障进行分组显示，故障组/报告级别服从H-优先权（主控开关优先权）。故障报告文本的传输通过“csv“-文件来完成，报告程序工具输出。

2.设备连接访问

维护所有相关的控制器（机器人、PLC等能够访问的设备）的名称等以及需要软件进行访问的设备，中控系统中会包含访问该设备的软件，如WorkVisual，Step7等。使中控系统能够通过软件来实现对设备的远程访问、连接、操作、监控功能。访问通过设备的IP地址进行访问，监控的实时性要满足使用需求如信号状态的延时不能超过100ms。

3.使用者管理

对于必要的权限必须进行使用者管理，角色管理和权限管理。使用者，角色和权限的管理。单个功能的使用可以通过给相应权限分组来区分。使用者来进行分组。登录可以通过账户名和密码完成，也可以通过PKI-身份认证完成。

4.TPM功能

中控系统具备TPM规划工作的功能，如制定年度检修计划等周期性TPM工作。制定计划时只需输入工作内容和周期，系统自动根据工作量和时间分配好计划的具体实时时间规划好的维护工作可以修改或自由定义维护周期。支持设备维修或保全部门与设备绑定的工作日志。

5.通过内网数据维护画面

中央监控与内网的连部署一个Web服务器可以由它通过通用的web网络浏览器从设备中将信息可视化到任意一个电脑/工作站。通过所选设备的页面能够远程访问网络中任何能够通讯的设备。web服务器提供一个浏览页面用来查看TPM功能中存放的设备检修等相关文件。

6.中控系统能够完成以下报告及记录功能

报告开动率、存储状态报告、班次日志记录、班次产能数量的报告、月总结报告、TOP项报告

7.邮件功能

中央中控系统具备邮件功能，能够满足，当需要将生成的报告发给其他人时，能够通过设置，定时自动发出相应的报告邮件

8.节拍时间优化功能（BCT）

通过分析节拍时间能找到，弱点或者可用的潜能。节拍时间计算应该基于设备任意一个可定义的计数器。测量时应该在两个计数器脉冲之间的这个时间范围内。这个更改应该记录在在中央监控系统中。

9.滚动信息功能

为了信息的扩散比如小组或者生产会议应该由中央控制器执行信息滚动功能。应该可以按车间或者区域划分，比如通过平台-结构。

此滚动功能可以在中央监控中的三个位置实现。可以作为传统的可视化图片，作为在菜单结构中的一行或者作为弹出框，弹出框可以在浏览器中任意移动或者关闭。

10.转发到呼叫系统，自动通知维修工作人员（如在设备出现故障时等），中央监控系统与一个手机APP呼叫系统连接（手机APP需要厂家提供）。

11.外部接口

中央监控系统有能够与外部程序连接的能力，通过预留接口能够实现Python，VB，C++等主流语言的二次开发。

12.留言集成在调度系统中

关于重新分配的措施/细节任务或者更改已经存在的措施/细节任务的信息将通过一个简单的消息-草案直接发布给调度系统。与此对应的前提是，地址数据与调度系统的使用者管理员连接。通过至系统的连接，工作人员应该收到信息到来的提示，比如以“信息列表”的形式。

13.设备程序参数管理，中央监控系统可以实现所有设备程序备份至中央存储，备份方式有多种形式，有设备集中备份功能、所有区域某一类设备集中备份功能、某一区域所有设备备份功能、某一区域某一设备单独备份功能等备份形式。

变更检测：现场程序修改后自动检测功能，如现场PLC、机器人及工艺设备程序变更后中控自动接收消息并归档至数据库内，作为专项信息提供给相关权限用户。

三、中央监控系统硬件设计

网络服务器需要三台，大部分实时监控系统使用一台网络服务器即可满足要求。服务器宜配置双CPU、冗余电源、RAID卡和硬盘阵列，以充分保证系统可靠性和数据安全性。

对于实时监控系统需要与企业资源管理系统（ERP）和工厂信息管理系统（FIS）、制造执行系统（MES）等连接，参与生产供应链管理、生产计划管理的情况，宜采用两台网络服务器在线热备的架构。

监控计算机至少一台，一般配置两台或多台，分别用于显示不同级别或不同区域的监控画面、不同监控和管理功能等。监控计算机宜采用高配置的个人计算机，以保证系统速度。一汽大众轿车三厂焊装车间实时监控系统采用多台监控计算机。

车间级网络组件、网络协议宜采用开放的网络协议，如以太网。网络拓扑结构宜采用环形结构，使用光纤介质连接各以太网开关单元（交换机），建议采用工业级多膜玻璃光纤或多膜树脂光纤。各节点宜采用工业级以太网电缆连接到以太网开关单元。

PLC应配置通信模块或CPU带通信口，一般不必选择带WEB服务的模块。

机房宜配置UPS、打印机等设备。机房环境设计应满足国标规定的要求（如温/湿度、振动、噪声和电磁兼容性等），选择中控室位置时应特别注意电磁环境，与变配电设备、大功率变流设备、焊接设备等保持足够距离。中控室配电宜与生产设备配电系统分离，使用“清洁”的动力电源。

OA系统和视频采集监控系统宜独立于实时监控系统。如与OA系统连接，宜设置防火墙。