CN111552248A - 一种用于智能控制系统设备oee远程运维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的是一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，包括如下步骤：1）将智能控制器与原PLC系统相连接，根据设备类型确定影响设备OEE效率的因素，收集设备OEE建模所需的实测数据，并通过智能网关实时上传至云服务器；2）在云服务器中采用人工智能算法建立设备OEE模型，对设备OEE实测数据进行分析与对比，得到目前工作状态对应的运维提醒信息；3）通过云服务器将运维提醒信息输出至电脑客户端或智能手机。本发明能够实现异地远程运维，及时排除各种隐患，提高设备的运行可靠性，通过智能终端为高效率完成售后服务，根据需要监测管理不同数据，可适用于各种工业自动化系统，适合大面积推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，属于智能网络控制技术领域。
背景技术
工业自动化是在工业生产中广泛采用自动控制、自动调整装置，用以代替人工操纵机器和机器体系进行加工生产的趋势，目前各行各业的工业自动化程度不断提高，针对不同产品的智能控制系统已经深入各生产流水线中，有效提高了企业产能和经济效益。
保持设备良好、可靠运行，是生产企业追求的目标，但是目前大部分厂家都采用直接购买成套自动化设备的模式来进行生产，由于现有的工业自动化系统不需要人员直接进行生产操作，实际上很多厂家内的技术人员只熟悉操作流程，对于工业自动化系统的实际运行原理和具体构造不甚了解。在日常运维（运行和维护）中，工业自动化系统内部出现难以直接处理的棘手问题时，厂家内的技术人员往往无法有效应对，只能联系工业自动化系统供应单位的资深工程师前往现场提供服务。这种办法不仅处理效率低，有可能延误修理导致系统不可逆损坏，而且售后服务成本大大提高，不利于自动化系统的广泛推行；更为严重的是会影响产品的质量和产量，甚至导致停产。目前市场中虽有部分行业采用了物联网技术实现远程控制，但其监测手段十分局限，仍然缺乏一种可应用于各种智能控制系统，实现数据综合处理和分析，以提高远程运维效率的方法。
发明内容
本发明的目的在于解决现有工业自动化系统运维过程存在的上述缺陷，提出一种用于智能控制系统，利用设备OEE（综合效率）数据进行远程运维的方法。
本发明的技术解决方案：一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，具体包括如下步骤：
1）将智能控制器与需要运维的工业自动化系统中的原PLC系统相连接，其中原PLC系统为需要运维的工业自动化系统中的智能控制系统，智能控制器根据原PLC系统的预留通讯接口类型来选择，若原PLC系统为主站系统，采用紧凑型工业平板电脑；若原PLC系统为小型机或分站系统，则采用可编程控制器CPU；原PLC系统中包含对工业自动化系统中各种运行参数进行监测和记录的设备与模块，包括温度传感器、电流电压计、位置传感器、声音传感器，智能控制器增加原PLC系统缺失的运维设备所需相关数据对应的采集模块，实现对系统设备运维数据的综合采集与管理，读取原PLC系统中远程运维所需的相关数据信息，并通过智能网关上传，智能网关安装有物联网卡，同时支持4G、无线热点WIFI、有线TCP/IP的上网连接，确保系统连接到互联网，并不断向云服务器发送数据，接收云服务器发送过来的指令，并与智能控制器进行数据交互。
根据设备类型确定影响设备OEE效率的因素：针对往复周期运动设备，收集并记录每个周期内运动设备的时间与位置数据信息；针对连续运动设备，收集并记录温度、工作电流、运行时间、启停次数数据信息；通过原PLC系统进行量化测量，通过智能控制器收集设备OEE建模所需的实测数据，并通过智能网关实时上传至云服务器；
2）在云服务器中采用人工智能算法建立设备OEE模型，云服务器用于存储采集的数据，并通过云平台软件对智能网关上传的数据进行分析与处理；云服务器开发有友好的人机交互界面的功能模块，实现运维人员、集成商或生产设备厂家异地查看了解相关运维护信息，同时节省硬件成本。对设备OEE实测数据进行分析与对比，得到目前工作状态对应的运维提醒信息，具体过程如下：
（1）针对往复周期运动设备，首先记录每个周期内运动设备的时间与位置数据，生成运动历史趋势曲线；
建立时间与位置曲线图，通过反复的数据比对与分析，统计出不少于1000次最近记录的平均位置与时间的曲线图，完成数据曲线建模；
将建模好的数据曲线图作为OEE设备的目标控制曲线图，通过目标控制曲线图与实际曲线图的偏差反应出设备的工作状态是否异常，通过对偏差大小ΔE的分析，发出运维提醒信息；具体分析过程如下：
①当偏差ΔE≤k1时，判断为设备运行正常；
②当偏差k1<ΔE≤k2之间，判断为设备需要作N1项运维提醒；
③当偏差k2<ΔE≤k3之间，判断为设备需要N2项运维提醒；
④当偏差k2<ΔE≤k3之间，判断为设备需要N3项运维提醒；
⑤以此类推，当偏差kn-1<ΔE≤kn之间，判断为设备需要Nn项运维提醒；
⑥当偏差ΔE≥kn时，判断为设备运行故障，需要停机检修项目提醒；
上述过程中K1,K2,….Kn为运维提醒对应的偏差系数，N1,N2,….Nn为运维项目项编号；
（2）针对连续运动设备，对影响设备OEE效率的温度、工作运行电流、噪声进行量化测量，具体测量和判断过程如下：
①当实测温度值低于正常设定温度值时，判断为设备运行正常；当实测温度值超过正常设定温度值时，判断为设备需要作运维提醒；
②当实测工作运行电流低于正常设定工作电流值时，判断为设备运行正常；当实测工作运行电流超过正常设定工作电流值a1倍时，判断为设备需要作A1项运维提醒；超过该值a2倍时，判断为设备需要作A2项运维提醒；超过该值a3倍时，判断为设备需要作A3项运维提醒；以此类推，超过该值an倍时，判断为设备需要作An项停机运维提醒；上述过程中a1,a2,…. an为电流倍数，A1,A2,….An为运维项目项编号；
③当实测噪声低于正常设定噪声分贝值时，判断为设备运行正常；当实测噪声超过正常设定噪声分贝值时，判断为设备需要作停机运维提醒；
3）通过云服务器将运维提醒信息输出至电脑客户端或智能手机，运维人员通过电脑客户端或智能手机远程查看运维提醒信息并进行进一步操作。电脑客户端或智能手机上安装有与云服务器相对应的云平台软件，通过在个人PC电脑客户端上打开WEB网页，或在安装安卓或苹果系统的智能手机上安装手机APP和微信小程序登录云平台软件，将数据反馈供用户使用，并同时接收和传输用户指令，通过智能手机通知用户，确认是否收到运维信息，协助用户完成检修工作。
本发明的优点：
1）实现异地远程运维，通过分析数据进行预防性维护，及时排除各种隐患，提高设备的运行可靠性；
2）通过智能终端为工程师远程运维提供便利渠道，高效率完成售后服务；
3）根据需要监测管理不同数据，可适用于各种工业自动化系统，适合大面积推广应用。
附图说明
附图1是本发明技术方案涉及的智能终端设备安装方案一的结构示意图。
附图2是本发明技术方案涉及的智能终端设备安装方案二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以通过本技术领域内的各种通用连接方式进行；可以是两个元件通过线路直接连接，也可以通过无线方式远程连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，具体包括如下步骤：
1）将智能控制器与需要运维的工业自动化系统中的原PLC系统相连接，根据设备类型确定影响设备OEE效率的因素，通过原PLC系统进行量化测量，通过智能控制器收集设备OEE建模所需的实测数据，并通过智能网关实时上传至云服务器；
2）在云服务器中采用人工智能算法建立设备OEE模型；对设备OEE实测数据进行分析与对比，得到目前工作状态对应的运维提醒信息；
3）通过云服务器将运维提醒信息输出至电脑客户端或智能手机，运维人员通过电脑客户端或智能手机远程查看运维提醒信息并进行进一步操作。
所述的步骤1）中根据设备类型确定影响设备OEE效率的因素，具体内容如下：
（1）针对执行器、阀门等往复周期运动设备，收集并记录每个周期内运动设备的时间与位置数据等信息；
（2）针对电机、泵类等连续运动设备，收集并记录温度、工作电流、运行时间、启停次数等信息。
所述的步骤2）中建立设备OEE模型的具体过程如下：
（1）针对往复周期运动设备，首先记录每个周期内运动设备的时间与位置数据，生成运动历史趋势曲线；建立时间与位置曲线图，通过反复的数据比对与分析，统计出不少于1000次最近记录的平均位置与时间的曲线图，完成数据曲线建模；
将建模好的数据曲线图作为OEE设备的目标控制曲线图，通过目标控制曲线图与实际曲线图的偏差反应出设备的工作状态是否异常，通过对偏差大小ΔE的分析，发出运维提醒信息；具体分析过程如下：
①当偏差ΔE≤k1时，判断为设备运行正常；
②当偏差k1<ΔE≤k2之间，判断为设备需要作N1项运维提醒；
③当偏差k2<ΔE≤k3之间，判断为设备需要N2项运维提醒；
④当偏差k2<ΔE≤k3之间，判断为设备需要N3项运维提醒；
⑤以此类推，当偏差kn-1<ΔE≤kn之间，判断为设备需要Nn项运维提醒；
⑥当偏差ΔE≥kn时，判断为设备运行故障，需要停机检修项目提醒；
上述过程中K1,K2,….Kn为运维提醒对应的偏差系数，N1,N2,….Nn为运维项目项编号；
（2）针对连续运动设备，首先对影响设备OEE效率的因素进行量化测量，这些因素包括温度、工作运行电流、噪声等，具体测量和判断过程如下：
①当实测温度值低于正常设定温度值时，判断为设备运行正常；当实测温度值超过正常设定温度值时，判断为设备需要作运维提醒；
②当实测工作运行电流低于正常设定工作电流值时，判断为设备运行正常；当实测工作运行电流超过正常设定工作电流值a1倍时，判断为设备需要作A1项运维提醒；超过该值a2倍时，判断为设备需要作A2项运维提醒；超过该值a3倍时，判断为设备需要作A3项运维提醒；以此类推，超过该值an倍时，判断为设备需要作An项停机运维提醒；上述过程中a1,a2,…. an为电流倍数，A1,A2,….An为运维项目项编号；
③当实测噪声低于正常设定噪声分贝值时，判断为设备运行正常；当实测噪声超过正常设定噪声分贝值时，判断为设备需要作停机运维提醒。
所述的原PLC系统为需要运维的工业自动化系统中的智能控制系统，原PLC系统中包含对工业自动化系统中各种运行参数进行监测和记录的设备与模块，如温度传感器、电流电压计、位置传感器、声音传感器等等，对于不同的工业自动化系统，原PLC系统的全部结构均采用现有技术中通用的模块来构成。
所述的智能控制器根据原PLC系统的预留通讯接口类型来选择，若原PLC系统为主站系统，采用紧凑型工业平板电脑，如型号为PPC-4211W的工业平板电脑；若原PLC系统为小型机或分站系统，则采用可编程控制器CPU，如型号为BMEP582040的CPU模块处理器。将智能控制器配置成合适的通讯方式与原PLC系统灵活对接进行数据交互，同时增加原PLC系统缺失的运维设备所需相关数据对应的采集模块，实现对系统设备运维数据的综合采集与管理，读取原PLC系统中远程运维所需的相关数据信息，并通过智能网关上传。
所述的智能网关采用型号为H8922S 4G/5G工业路由器或繁易物联网关FBox等本技术领域内通用的网关设备，智能网关安装有物联网卡，同时支持4G、无线热点WIFI、有线TCP/IP的上网连接，确保系统连接到互联网，并不断向云服务器发送数据，接收云服务器发送过来的指令，并与智能控制器进行数据交互。
所述的云服务器用于存储采集的数据，并通过云平台软件对智能网关上传的数据进行分析与处理，可租用阿里、浪潮、联通等现有技术中常规使用的云服务器。云服务器开发有友好的人机交互界面的功能模块，运维人员、集成商或生产设备厂家都可以实现异地查看了解相关运维护信息，同时节省硬件成本。
所述的电脑客户端或智能手机上安装有与云服务器相对应的云平台软件，通过在个人PC电脑客户端上打开WEB网页，或在安装安卓或苹果系统的智能手机上安装手机APP和微信小程序等形式，登录云平台软件，将数据反馈供用户使用，并同时接收和传输用户指令。云服务器也可通过智能手机通知用户，确认是否收到运维信息，协助用户完成运维检修工作。
如图1~图2所示，采用本发明用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法所建立的远程运维智能终端结构，包括原PLC系统、智能控制器、智能网关、云服务器、电脑客户端和智能手机；其中原PLC系统的输出端通过LAN1以太网通讯接口或RS485通讯接口与智能控制器的输入端连接，智能控制器的输出端通过局域网（LAN）网线连接智能网关的输入端，智能网关通过物联网卡接入互联网，与云服务器连接，云服务器通过互联网与电脑客户端连接，智能手机通过SIM卡接入互联网，与云服务器连接。
实施例
下面根据实施例进一步说明本发明技术方案的实际实施方式。
以人造金刚石六面顶压机的顶锤检测报警装置为例：人造金刚石六面顶压机为24连续工作制，每次加工时间20-30分钟。由于顶锤造价高，如果受力不均或顶锤质量有缺陷，工作过程中顶锤就会出现裂纹，造成导致严重事故，甚至引起整个设备爆裂。
现有的人造金刚石六面顶压机每个顶锤上安装有4096型P+F绝对值编码器，将各个编码器与SMART200 PLC采用以太网通讯连接，并通过IPC610工控机完成曲线绘制。每次加工周期内，六个顶锤各进行一次往复运动，通过工控机绘制出每个周期内各个顶锤的运动曲线，经过1000次的曲线记录后，通过求平均值的办法计算出6个顶锤设备的标准运动轨迹曲线，以该运动轨迹曲线作为OEE设备的目标控制曲线。
因此，通过上述方法标定六个方向的顶锤目标控制曲线与实际顶锤的工作曲线进行数据比较，计算出偏差ΔE，根据据ΔE数值大小，系统自动分析判断发出运维提醒信息，提醒操作工采取急停能措施，防止事故扩大。具体步骤如下：
1）当偏差ΔE≤0.5mm时，判断为顶锤设备运行正常；
2）当偏差0.5mm <ΔE≤0.8mm之间，判断为顶锤设备需要作预警检查运维提醒；
3）当偏差0.8mm <ΔE≤1mm之间，判断为顶锤设备需要预警停机运维提醒；
4）当偏差1mm <ΔE≤1.2mm之间，判断为顶锤设备需要立即停机运维提醒；
5）当偏差ΔE≥1.2mm时，判断为顶锤设备运行故障，系统自动停机，并发出检修提醒。
以上所述，仅为本发明技术方案的几种较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，其特征是包括如下步骤：
1）将智能控制器与需要运维的工业自动化系统中的原PLC系统相连接，根据设备类型确定影响设备OEE效率的因素，通过原PLC系统进行量化测量，通过智能控制器收集设备OEE建模所需的实测数据，并通过智能网关实时上传至云服务器；
2）在云服务器中采用人工智能算法建立设备OEE模型；对设备OEE实测数据进行分析与对比，得到目前工作状态对应的运维提醒信息；
3）通过云服务器将运维提醒信息输出至电脑客户端或智能手机，运维人员通过电脑客户端或智能手机远程查看运维提醒信息并进行进一步操作。
2.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，其特征是所述的步骤1）中根据设备类型确定影响设备OEE效率的因素，具体内容如下：
（1）针对往复周期运动设备，收集并记录每个周期内运动设备的时间与位置数据信息；
（2）针对连续运动设备，收集并记录温度、工作电流、运行时间、启停次数数据信息。
3.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，所述的步骤2）中建立设备OEE模型的具体过程如下：
（1）针对往复周期运动设备，首先记录每个周期内运动设备的时间与位置数据，生成运动历史趋势曲线；
建立时间与位置曲线图，通过反复的数据比对与分析，统计出不少于1000次最近记录的平均位置与时间的曲线图，完成数据曲线建模；
将建模好的数据曲线图作为OEE设备的目标控制曲线图，通过目标控制曲线图与实际曲线图的偏差反应出设备的工作状态是否异常，通过对偏差大小ΔE的分析，发出运维提醒信息；具体分析过程如下：
①当偏差ΔE≤k1时，判断为设备运行正常；
②当偏差k1<ΔE≤k2之间，判断为设备需要作N1项运维提醒；
③当偏差k2<ΔE≤k3之间，判断为设备需要N2项运维提醒；
④当偏差k2<ΔE≤k3之间，判断为设备需要N3项运维提醒；
⑤以此类推，当偏差kn-1<ΔE≤kn之间，判断为设备需要Nn项运维提醒；
⑥当偏差ΔE≥kn时，判断为设备运行故障，需要停机检修项目提醒；
上述过程中K1,K2,….Kn为运维提醒对应的偏差系数，N1,N2,….Nn为运维项目项编号；
（2）针对连续运动设备，对影响设备OEE效率的温度、工作运行电流、噪声进行量化测量，具体测量和判断过程如下：
①当实测温度值低于正常设定温度值时，判断为设备运行正常；当实测温度值超过正常设定温度值时，判断为设备需要作运维提醒；
②当实测工作运行电流低于正常设定工作电流值时，判断为设备运行正常；当实测工作运行电流超过正常设定工作电流值a1倍时，判断为设备需要作A1项运维提醒；超过该值a2倍时，判断为设备需要作A2项运维提醒；超过该值a3倍时，判断为设备需要作A3项运维提醒；以此类推，超过该值an倍时，判断为设备需要作An项停机运维提醒；上述过程中a1,a2,…. an为电流倍数，A1,A2,….An为运维项目项编号；
③当实测噪声低于正常设定噪声分贝值时，判断为设备运行正常；当实测噪声超过正常设定噪声分贝值时，判断为设备需要作停机运维提醒。
4.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，其特征是所述的原PLC系统为需要运维的工业自动化系统中的智能控制系统，原PLC系统中包含对工业自动化系统中各种运行参数进行监测和记录的设备与模块，包括温度传感器、电流电压计、位置传感器、声音传感器。
5.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，其特征是所述的智能控制器根据原PLC系统的预留通讯接口类型来选择，若原PLC系统为主站系统，采用紧凑型工业平板电脑；若原PLC系统为小型机或分站系统，则采用可编程控制器CPU。
6.根据权利要求1或5所述的一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，其特征是所述的智能控制器增加原PLC系统缺失的运维设备所需相关数据对应的采集模块，实现对系统设备运维数据的综合采集与管理，读取原PLC系统中远程运维所需的相关数据信息，并通过智能网关上传。
7.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，其特征是所述的智能网关安装有物联网卡，同时支持4G、无线热点WIFI、有线TCP/IP的上网连接，确保系统连接到互联网，并不断向云服务器发送数据，接收云服务器发送过来的指令，并与智能控制器进行数据交互。
8.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，其特征是所述的云服务器用于存储采集的数据，并通过云平台软件对智能网关上传的数据进行分析与处理；云服务器开发有友好的人机交互界面的功能模块，实现运维人员、集成商或生产设备厂家异地查看了解相关运维护信息，同时节省硬件成本。
9.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统设备OEE远程运维的方法，其特征是所述的电脑客户端或智能手机上安装有与云服务器相对应的云平台软件，通过在个人PC电脑客户端上打开WEB网页，或在安装安卓或苹果系统的智能手机上安装手机APP和微信小程序登录云平台软件，将数据反馈供用户使用，并同时接收和传输用户指令，通过智能手机通知用户，确认是否收到运维信息，协助用户完成运维检修工作。
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