设备信息管理系统在现代化汽车工厂的应用

摘 要：东风乘用车公司新能源工厂是东风乘用车公司的一座分工厂，也是东风汽车集团旗下新投建的一座自动化非常高的整车制造工厂，设计年产16万辆的产能。该工厂2013年6月开始投工建设，2014年10月份开始投产。其中总装车间存在面积大、设备自动化程度高分布广的问题，使得维修班组坚守生产现场的压力非常大，直接影响了设备开动率。所以急迫需要一套现代化设备信息管理系统，采用中央监控模式管理分散的现场设备，达到高效率低故障的设备运行目的。

关键词：整车制造厂；总装车间；设备；信息管理系统；中央监控

1 环境状况

1.1 新能源总装车间与其他总装车间布局有不同

这个总装车间的主线分布在两个相邻大厂房，油漆到达线、内饰两条线和车门线分布在一个大厂房，底盘两条线、地板线、发动机合装线、动力总成线、后桥线、前悬分装线、检测线、检查线、淋雨线、车轮输送线共11条大型自动化线体分布在另外一个大厂房。这样一来，这15条线集中了线体多、占地面积更大、分布更广的特点。

1.2 新能源总装车间设备状态有自己的特色

整个总装车间的15条主体线，还有很多线边辅助设备，都是来自不同的厂家，设备和设备之间是相互独立的，只有在需要交接的地方，利用中间继电器进行信息的交换。这样对设备故障的统一管理有很大的难度。

1.3 新能源总装车间设备保全人员有极大的局限性

汽车制造业在这近几年发展非常快，造成了汽车行业设备维护技能人员的严重缺乏。新能源总装车间这么多的设备，一个维修班组才配备五个维修技能员和一个工程师，而且这些维修技能人员都是从学校刚招聘进来的，这对维护这么多设备是一个极大的挑战。不管是在作业空间还是人员能力都是一个极大的局限。

2 工程分析

因为有这几个环境制约，新能源总装车间投产后，设备故障一直走红线，每月设备故障率高达6%，一方面设备运行不稳定；另一方面是因为维修人员少，难以兼顾这么多设备，经常有些线头和高空故障发生时，难以被人发觉而直接导致更长时间的停线。

如果要寻求解决方案，我们逐一分析。

（1）设备布局因厂房而定，两边厂房虽然还有很大的富余，但是要为后期扩展而预留准备，所以我们不能改变设备的分散布局。

（2）设备过于相对独立，如果能让这些设备有规划地组织到一起，形成一个中心控制中心，让独立的设备“合体”成一个整体，那么对于设备管理上是一个非常棒的突破。

（3）人员缺乏，技能不足是已定事实，就算新增补也很难补到合适的人员。但是如果能让这仅有的人员受到一个能监视全场的“天眼”予以指挥，那么这仅有的人员就能发挥多倍的能力功效。

3 设计思路

根据分析，作者认为把设备“合体”到一起、把人员进行“天眼”控制是有可行的方法。

“合体”和“天眼”有个共同解决方案，那就是――网络。

有了一套网络，就可以在中央控制室安装一台计算机，在计算机上做一个设备信息管理软件系统，把所有设备的信息点采集起来进行统一管理，这些信息可以包括很多，比如：设备故障点、设备运行状态、设备与设备之间的信息交换等等，这里设计的最主要的是把设备故障在中控室显示并报警提示出来，同时记录故障时间、次数、信息相关信息，还有一些信息交换和设备状态、产量状态这些功能。

4 工程手段

4.1 网络铺设

目前将设备与设备之间桥接起来的网络有很多种，我们的自动化设备都是靠PLC控制的，我们的PLC网络通讯方式有以太网、DeviceNet 、DeviceNet 、 Profibus等，作者挑选最通用的以太网。而这么大面积的网络需要达到快速准确，那就必须选择光纤。所以我在每台设备上增设光纤路由器，用网线把PLC连接到光纤路由器，再用光纤将路由器连接起来，最后形成一个连接所有PLC的网络集中到中央控制室。

4.2网络构建

设备的以太网和办公以太网一样，需要设置统一的网段、网关。我把所有的设备以生产线走动的方向进行统一规划，编制好固定的IP地址并写入各自的PLC。中央控制室安装一台计算机，将计算机也加入到这个网络当中，成为设备中的一员，也为建设管理系统做准备。

4.3 管理系统

作者所设计的管理系统是一个既能进行设备故障的及时报警，又能做故障统计分析，还能做生产监测。这样一旦设备发生问题，在中央监控中心会迅速反应，所以这个系统就是上位机系统了。通常上位机设计方法有VB、C++、JAVA等，我这里用的是RSVIEW SE，这个软件的优点是直接面向上位机而开发，而且还自带了OPC通讯协议。这样我们可以按照自己的功能需求做好人机画面以及后台程序。

设计规划好这些界面之后，我们需要用计算机语言编写运行变量，这些变量可以通过OPC通讯模式与现场PLC进行“握手通话”。

4.4 PLC程序

PLC是现场直接控制单元，中央监控系统的所有信息都来自于PLC，新能源总装车间具有以太网口的PLC均在这个系统当中，而这个系统需要采集的基本信息点有3万多个，这么多的信息点，如果处理不好就会出现信息丢失、信号紊乱等多重问题。怎么让这些信息有效、有秩序、有规划传递，对PLC程序的逻辑规划，是至关重要的！作者这里采用的方法是按照PLC的个体单元进行单个划分，最后再进行统一汇总的方式。

每一个程序段落里面有几千个信息采集点，这些采集点均取自于现场，如开关、按钮、光栅、电磁阀、电机、变频器、空开等等。最主要的是包含这些元器件的故障信息，故障信息是由一定的制约条件和逻辑关系运算而得到的。比如一个开关正常按下只要5秒钟，我们定义为超过10秒钟就处于异常状态当突然发现一次按下超过10秒钟，那么就会通过运算而输出报警信号，这个信号被传递到中央监控系统，系统通过文字注释提示方法使得监控人员得到准确信息，监控人员就可以通过对讲机对现场维修人员进行远程呼叫和定位指导。

4.5 组织通讯

3万多个信息是个很庞大的数据，PLC与计算机之间通过网络进行交换信息，时刻监控每个信息的状态变化。但是PLC和计算机语言并不想通，PLC是逻辑控制，计算机是运算控制，这很依赖一个可靠的通讯协议软件，让这两边的信号进行一对一的对接。

这里使用的通讯软件是RSLINX，这款软件具有OPC通讯功能，在软件功能下创建PLC控制位和计算机运算位的一对一输入输出对接关系。

5 运行效果

做好以上工作之后，我们可以进行系统测试，在计算机的显示器上我们可以看到现场的生产状态、报警信息、故障记录等相关信息。

这些监控信息都存储在这个设备信息管理系统的数据库里面，以便于我们今后的查阅和统计。根据产量状态可以统计生产设备开动率，根据故障发生频次、累计时间可以计算设备故障率和提示设备预检修的工作。比如某个开关异常次数多，那么说明这个开关有损坏的迹象，那么我们必须尽快安排人员进行检查活着更换，这样的检修工作有利于提高设备稳定性，也能预防大故障的发生，大大提高了生产效率。

6 结束语

这套系统的建立，起到了非常好的效果。用系统缩小了厂房空间，用系统减少了信息传递时间，用系统高效利用了人员劳动效率，用系统预防了很多未遂的设备故障，用系统提高了预检修的高效性。因为有了这些，使得新能源总装车间的设备故障率大大降低，迅速降到指标以内绿色范围区，不再走高超标的红线。

参考文献

[1]薛迎成，罗克韦尔.PLC技术基础及应用[M].中国电力出版社，2009，03.

[2]（美）J.斯特纳森.工业自动化及过程控制[M].王枞，张彬，郭燕慧译.科学出版社，2006.

[3]（美）里格（James A. Rehg），（美）萨托瑞（Glenn J. Sartod）.可编程逻辑控制器[M].薛文轩，李磊译.