圖1 濰柴動力股份有限公司

生産制造業務域以自主開發的MES系統為核心，強化可視化管理和移動端的應用，與大數據平台進行數據的實時傳輸和存儲，及時為生産現場提供決策支持。建設的系統包括：企業資源管理系統（ERP）、生産制造執行系統（MES）、倉儲管理系統（WMS）、企業資産管理系統（EAM）、濰柴質量系統（WQM）等，具體如圖2所示。

                                                                                        圖2 生産制造業務域智能制造架構

圖3 研發設計業務域智能制造架構

圖4 銷售服務業務域智能制造架構

1. 項目背景介紹

2011年，在濰柴二号工廠總裝二車間搭建了藍擎二期裝配線線體服務器控制系統，主要負責裝配線各現場工位的實時監控、信息通訊以及過程數據的傳輸和存儲。

系統上線後，出現以下問題：第 一，控制系統軟件經常提示OPC連接錯誤，導緻無法與線體PLC進行通訊。第二，系統軟件無源代碼，無法移植到新硬件服務器運行。第三，硬件老化，主闆、内存等為一體式設計，故障後無法更換，主闆已經停産。

随着濰柴智能制造的發展，MES系統與底層設備之間的通訊是必然需求。通過項目的實施，主要完成以下目标：

第 一，完成二号工廠藍擎二期裝配線系統生産過程數據的實時采集，并确保數據采集的準确性、及時性以及數據傳輸的穩定性；

第二，對二号工廠藍擎二期裝配線設備進行數據采集，并按照業務需求實現生産過程的實時可視化展示，确保數據的完整真實性；

第三，SCADA服務端系統，采用全新的OPC UA冗餘架構，實現OPC服務器的一主一備，雙機冗餘切換；

第四，替換産線原有5套單工位所帶的現場應用及4套現場自動工位上位機程序，并基于現場的業務需求，并對4套自動工位增加手自動切換功能，實現上位機宕機不影響現場設備的功能。

根據對二号廠的現場調研，并結合公司智能制造規劃需求，決定采用個性定制化的方式，開發一套與濰柴MES系統融合集成、不僅适合于當前需求而且具有高度擴展性的數據采集與監視控制（SCADA）系統。

2. 項目實施與應用情況詳細介紹

1） 濰柴智能工廠架構

濰柴智能工廠總體架構包括五個層次，如圖5所示。終端層包括生産設備、物料、産品、運輸工具和人員等，實現終端的數據采集；傳輸層包括工業控制網絡、監控網絡、管理網絡和服務網絡等，實現數據的傳輸；平台層通過對數據的處理，形成設計數據、運行數據、維保數據、客戶數據等數據庫；應用層針對産品全生命周期和運營管理，形成了PDM、WPM、ERP、MES、QMS和CRM六大信息化平台；決策支撐層通過BI、手機端等系統和工具，實現智能決策和全球運營。SCADA項目的實施，涉及到圖5中五大層次的紅色部分。

圖5 濰柴智能工廠架構

2）SCADA功能模塊

（1）采集展示服務端

數據采集服務主要實現對二号工廠藍擎裝配生産二線從上線工位到下線工位的工位狀态信息、生産過程數據、過程檢測數據、設備報警數據進行采集；并為現場MES提供OPC UA服務。本部分包括以下功能：

基礎信息配置功能：OPCUA SERVER地址配置；遠程ORACLE、本機ORACLE信息配置；消息隊列信息配置；PLC點址信息維護及定時備份配置；發動機系列信息配置；數據更新配置。

OPCUA SERVER冗餘：OPCUA SERVER采用冗餘架構，實現Server雙機熱備，一旦某一Server宕機，可實現自動切換功能。

數據采集服務主備切換：數據采集服務采用主-備方式，一旦數據采集服務主服務器宕機，系統自動切換為備用服務器；主服務器恢複後，系統再切換為主服務器。

手動切換OPCUA SERVER：當OPCUA SERVER冗餘管理服務器宕機時，數據采集服務可通過托盤右鍵菜單選擇某個可用OPCUA SERVER進行切換。

PLC點址數據表定時備份至遠程數據庫：數據采集服務可定時将PLC點址數據表備份到遠程數據庫，當本地數據庫宕機時，數據采集服務可自動切換到遠程數據庫。

實時數據采集：數據采集服務通過訂閱PLC點址，對工位狀态信息、發動機位置信息、設備實時狀态、設備報警信息、發動機在線狀态信息、測量數據、工位PLC與服務端連接狀态進行數據采集，并通過消息隊列發送給SCADA應用。

業務數據存儲：數據采集服務訂閱發動機上線、下線及無載碼體的工位的PLC點址，根據發動機在線狀态信息、測量數據的變化。

守護程序：對數據采集服務端進行保護，當數據采集服務端異常，守護程序會自動将采集服務恢複正常運行。

開機自啟動：OPC UA SERVER、數據采集服務端支持開機自啟動。

訂貨号與發動機機型對應基礎數據：定時或選擇“數據更新”菜單，從MES數據庫中獲取發動機機型、訂貨号、發動機系列的對應關系數據，寫入本地Oracle數據表“訂貨号與機型對應關系表”中。

缸體機号與發動機系列對應基礎數據：定時或選擇“數據更新”菜單，從MES數據庫中獲取缸體機号、發動機系列的對應關系數據，寫入本地Oracle數據表“缸體機号與發動機系列對應關系表”中。

發動機系列與測量數據合格範圍基礎數據：定時或選擇“數據更新”菜單，從MES數據庫中獲取發動機系列、測量數據合格範圍的對應關系數據，寫入本地Oracle數據表“發動機系列與測量數據合格範圍對應關系表”中。

采集服務報警燈提醒：采集服務端運行時，對本地Oracle數據庫、OPCUA SERVER服務、采集服務進行監控，将報警數據寫入PLC對應的報警點址。

（2）單工位應用

一線上線應用通過本地OPC SERVER與工位PLC進行通信，采用服務端本地ORACLE數據庫，用來存儲一線上線應用的訂貨号與發動機機型對應關系數據及發動機上線記錄數據。本部分包括以下功能：

條碼掃描解析數據：主界面上顯示條形碼數據文本框，用于接收USB掃碼槍掃描的數據并解析，将發動機編号、訂貨号賦值給主界面中的發動機編号文本框、訂貨号文本框，自動狀态下：根據訂貨号從服務端本地ORACLE數據庫獲取發動機機型、發動機系列，手動狀态下：手動輸入發動機機型、及發動機系列。

工位信息展示：顯示通訊狀态、工件到位、掃描條碼、獲取數據、上線完成的狀态、當天發動機上線台數及最近一次發動機上線時間。

發動機上線：将發動機ID、訂貨号、發動機機型、發動機系列、掃描完成數據寫入工位PLC，并将發動機上線數據寫入本地SQLITE數據表。

參數設置：配置本地SQLITE、服務端本地ORACLE數據庫連接信息及本地OPC SERVER連接信息。

（3）自動工位應用

自動壓裝氣缸套檢測設備主要實現缸套的自動壓裝，自動壓裝動作完成後，基于Orbit傳感器測量技術，實現對缸套凸出量的在線測量，并基于工藝設定要求，自動判斷測量結果是否合格，若測量不合格，則提示報警，由人工幹預處理後重新測量。

系統初始化：初始化界面元素、本地數據庫連接、以及OPC服務連接。

參數設置：配置服務端ORACLE、本地SQLITE數據庫連接信息、本機OPC SERVER連接信息、新增數據更新完成接口配置。

工位信息展示：根據監控PLC點址，顯示測量傳感器報警信息、工位信息、合格範圍、系統運行狀态信息。

傳感器手動測試：獲取傳感器連接狀态及測量數值範圍。

軟件設置：傳感器地址配置及機型數據合格參數配置。

曆史數據查詢：根據數據查詢條件查詢本地SQLITE數據庫中的測量曆史數據。

發動機機型與缸體機号、測量數據合格範圍對應關系同步：定時或選擇“數據更新”菜單，從服務器ORACLE數據庫獲取發動機機型與缸體機号、發動機系列與測量數據合格範圍對應關系數據，更新到本地SQLITE數據表中，增加數據更新成功後，調用數據更新完成接口，将數據更新的狀态更新到可視化應用數據庫中。

固定式掃描槍串口數據通訊：監控工件到位信号，當工件到位時，通過串口向掃描槍發送掃描二維碼指令，掃描槍掃描後，返回掃描的缸體機編号，并将數據寫入缸體機編号點址中。

手自動切換：在工位上增加手自動切換鑰匙旋鈕及傳感器故障屏蔽旋鈕，通過修改下位PLC程序，實現工控機宕機或傳感器故障時，檢測設備正常運行，不影響産線生産。

3）SCADA集成架構

SCADA系統主要與MES系統、Weitalk系統和WPS系統實現集成，具體包括：

1）MES系統。本系統與MES系統采用中間庫方式對接MES系統的生産信息，包括當日計劃産量、當日實際上線、當日實際下線、當月累計、産量趨勢圖、産品在線時間、小時産出、當前在線發動機台數等。

2）Weitalk系統。本系統與Weitalk系統使用http協議通訊，向weitalk發送報警信息。

3）WPS系統。本系統與WPS系統采用中間庫的方式對接WPS系統中的設備信息，包括故障次數、故障停機時間、設備可動率、設備可動率趨勢圖等。

通過系統的實施，實現的總體收益和提升的業務場景如下：

1）項目總體收益

代替設備原有SCADA系統，提升系統穩定性，保證生産正常運行。

确保現場過程數據采集完整率不低于99.9%，為生産過程優化、質量追溯、過程數據的分析提供數據支持。

與現場設備深入集成，搭建基于智能制造基礎的系統平台，提升生産線智能化水平。

制定适用于濰柴的SCADA系統架構，為後期搭建各生産線統一的系統奠定基礎。

實現現場生産過程實時監控。

2）提升的業務場景

實現生産線控制系統一主一備，雙機冗餘，提高系統運行的可靠性。

實現關鍵工位的過程防錯，包括凸輪軸回轉力矩，噴油器防錯料架等。

實現MES現場程序發動機條碼信息的自動讀取，節省操作者掃描發動機條碼的時間。

實現與目前的設備布局和工藝路線的一一對應。

作者：濰柴動力 e-works 整理