CN111624960A - 一种载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统，包括：若干数据采集系统、若干本地计算机和1台数据库服务器；若干数据采集系统与若干本地计算机对应连接，若干本地计算机与数据库服务器连接，每个数据采集系统包括：现场控制器、摄像头、读卡器和扫描枪；每台本地计算机上安装有OPC客户端、本地数据库和本地参数监控系统；数据库服务器上安装有数据同步系统、系统数据库和信息集成远程监控系统；本发明在载人航天器制造装备生产线上实现多个设备参数的本地监控和远程监控。本发明在会议室大屏或者办公室终端连接互联网能实时远程查看各个设备的生产状态和生产数据，实现现场设备及任务完成情况的远程监控管理。
Description
技术领域
本发明属于工业设备参数监控技术领域，具体涉及一种载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统。
背景技术
航天器研发种类繁多、技术状态复杂，制造装备型号众多，生产信息和质量信息量大，大部分的设备主要依赖工艺记录卡手工收集信息的方式，该方式效率低、可靠性差，形成的产品质量可靠性数据包不全、不细或针对性不强、可追溯性差，支持精细化质量管理的手段不足。
部分制造设备的参数监控主要是通过触摸屏方式实现现场设备的参数实时监控，此方式只能在现场看到某一台设备的运行情况，想要同步远程看到其他设备的运行情况比较困难。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统，能够对载人航天器制造装备生产线设备参数进行现场以及远程监控。
本发明是把分布于不同车间的多台制造装备的所有信号进行采集，分析与处理并进行显示。首先通过OPC客户端实现对现场设备参数的本地采集，采集的数据存储于本地数据库；再通过数据同步系统，将本地数据库的数据和状态信息同步到系统数据库中，最后通过信息集成远程监控系统对各个设备实时运行参数进行监控，还可以展示各个设备关键指标的实时变化趋势及历史数据查询统计分析，以及所有设备的对比分析。在同一个局域网内任何有权限的终端，输入信息集成远程监控系统的网络地址，即可实时查看各个设备的地理位置及该设备的实时状态，便于管理者随时了解各个现场的设备运行状态以及对各个设备运行参数进行统计分析。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统，包括：若干数据采集系统、若干本地计算机和1台数据库服务器；
若干数据采集系统与若干本地计算机对应连接，若干本地计算机与数据库服务器连接，
每个数据采集系统包括：现场控制器、摄像头、读卡器和扫描枪；
每台本地计算机上安装有OPC客户端、本地数据库和本地参数监控系统；
数据库服务器上安装有数据同步系统、系统数据库和信息集成远程监控系统；
所述现场控制器和本地计算机组建局域网，所述现场控制器作为本地OPC服务器，基于OPC-UA工业协议与本地计算机上的OPC客户端连接，现场控制器用于采集车间内设备的参数，并将采集的参数发送给OPC客户端，OPC客户端将采集的参数存储在本地数据库中；
所述读卡器用于读取员工信息，并将员工信息发送给本地参数监控系统，本地参数监控系统根据员工信息识别员工的相应身份和权限，并允许员工进行相应业务操作，既能保证系统的安全性，又可以节省操作时间，提高工作效率；
所述扫描枪用于扫描车间内设备加工工件的条形码，并将条形码发送给本地参数监控系统，本地参数监控系统用于快速准确识别加工工件的条形码，从条形码中自动分离出加工工件的计划号，根据加工工件的计划号在MES(制造企业生产过程执行管理系统)系统中查询定位，获得加工工件的加工任务，记录任务的操作者、开工时间、完工时间等信息，这些信息存储在系统数据库中，本地参数监控系统从系统数据库中调用这些信息进行分析处理；
所述摄像头用于将拍摄的设备加工过程的视频图像发送给本地计算机，本地计算机将视频图像数据存储在本地数据库中；
本地数据库用于为本地参数监控系统提供数据；
本地参数监控系统根据本地数据库提供的数据，采用VB.NET编程，集成了用户管理、任务管理、生产线所有设备的部分关键数据和状态的实时显示、设备管理、历史数据查询、统计分析、日志查询、故障报警提示并记录、现场物料状态、现场物料进程、工人操作记录、现场物料质量管理、现场设备状态等功能，用于对载人航天器制造装备生产线进行现场监控，并以列表、折线图、饼状图、柱状图、视频、图形、图像等方式展示给用户；
本地计算机用于将本地数据库上存储的信息发送到数据同步系统，数据同步系统用于将接收到的信息同步到系统数据库中；
系统数据库用于为信息集成远程监控系统提供数据；
所述信息集成远程监控系统用于对系统数据库的数据进行分析处理，并通过数字化看板和监控平台，实时显示设备运行参数、设备关键指标的变化趋势、设备的地理位置、现场视频和制造工艺等信息，方便现场操作，实现现场、生产过程和设备状态远程监控，提升生产管控能力。
在上述方案的基础上，所述数据采集系统采用多参量分布式设备数据采集技术，实现现场物料的状态、生产进程、操作记录、质量记录、设备状态、生产异常信息等数据的采集，实现人员、物料、产品、仪器设备、工具等实物与智能远程参数监控系统的无缝集成，完整记录科研生产过程各业务过程的状态信息。
在上述方案的基础上，本地计算机采用工业计算机，本地计算机上安装SimaticNcm Manager和Simatic NET，通过本地组态和配置PC站建立OPC客户端和现场控制器之间的连接。
在上述方案的基础上，所述本地参数监控系统还用于向设备发送控制信号。
在上述方案的基础上，所述数据同步系统还用于定期自动校正同步失败的数据。
在上述方案的基础上，所述信息集成远程监控系统还用于对历史数据进行查询、对设备参数进行统计分析、对所有设备进行对比分析等。
在上述方案的基础上，所述信息集成远程监控系统能够通过网址访问方式传输到不同的监控平台。
本发明的载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控方法，应用上述智能远程参数监控系统，包括如下步骤：
(1)将载人航天器制造装备生产线上各个车间的所有设备连接到现场控制器，实现生产设备与现场控制器的数据通讯。同一个生产线由多个现场控制器控制，整线的状态监控需要将多个现场控制器中的数据整合到一个界面中显示，为实现整线参数监控需要将分散的现场控制器互联起来，并与本地计算机组成一个局域网。
(2)在本地计算机上安装SimaticNcm Manager和Simatic NET，通过本地组态和配置PC站建立OPC客户端和现场控制器之间的连接，实现分布式数据采集。
(3)本地计算机采用工业计算机，需要安装Visual Studio开发环境和SQL Server2008，在数据采集系统里使用OPC客户端实现本地计算机和现场控制器的数据通讯，最终实现现场设备参数的实时采集、实时显示和实时处理。另外，在本地计算机还安装有本地参数监控系统，该系统可以用于现场物料的状态、生产进程、操作记录、质量记录、设备状态等内容的综合集成管理。
(4)在数据库服务器安装数据同步系统，该系统可以将各个设备对应的本地数据库的数据和状态信息同步到系统数据库中，便于信息集成远程监控系统的统一处理和分析。
(5)在数据服务器安装和配置信息集成远程监控系统，该系统不仅可以对各个设备实时运行参数进行监控，还可以展示各个设备关键指标的实时变化趋势及历史数据查询统计分析，以及所有设备的对比分析。该监控系统的运行还需要安装tomcat 7.x、jdk1.7、eclopse、以及Chrome frame等软件。
本发明采用先进的自动化、信息化、网络化技术，基于各分系统过程控制模块、管理功能模块，结合前端.NET开发平台和后台SQL Server2008数据库、各种自动检测技术、射频/条码识别技术等各种计算机软硬件技术，将航天器生产中的各种信息采集管理与执行层设备的自动化控制有机结合起来。本地计算机可以根据设定的容限对采集数据的超限情况进行报警，并在数据库中做出标记，实现关键制造装备状态、产品实物信息与生产过程管理信息的综合集成、完整记录生产过程的状态信息。
本发明一方面可以将各个设备厂家的本地数据库的数据和状态信息同步到系统数据库中，便于信息集成远程监控系统的统一处理和分析；二是通过同步操作可以将生产的数据和任务、工序等信息绑定起来，为各个设备的生产管理的有序进行提供数据支撑；三是提供定期自动校正等功能，因操作人员误操作、漏操作会产生的某些数据和任务对应不上而同步失败，所以操作人员可以通过修改任务开始时间和结束时间后，后台会定期自动校正那些之前同步失败的数据，从而减少数据漏同步现象。
本发明将各时域内设备信息、人员信息、任务信息、加工参数与实测值、多媒体数据等动态关联，定时对设备加工数据进行抽取、汇总、整理和统计分析，将结果通过报表、多视图、图片、视频等形式推送到大屏幕上直观展示。另外，数据抽取，转换和加载处理过程支持并行多线程处理，处理过程具有完整的日志管理和数据审计功能，并且有相关的监控机制，保证数据抽取、转换、加载正常进行。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为本发明的载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统的架构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统，包括：若干数据采集系统、若干本地计算机和1台数据库服务器；
若干数据采集系统与若干本地计算机对应连接，若干本地计算机与数据库服务器连接，
每个数据采集系统包括：现场控制器、摄像头、读卡器和扫描枪；
每台本地计算机上安装有OPC客户端、本地数据库和本地参数监控系统；
数据库服务器上安装有数据同步系统、系统数据库和信息集成远程监控系统；
所述现场控制器和本地计算机组建局域网，所述现场控制器作为本地OPC服务器，基于OPC-UA工业协议与本地计算机上的OPC客户端连接，现场控制器用于采集车间内设备的参数，并将采集的参数发送给OPC客户端，OPC客户端将采集的参数存储在本地数据库中；
所述读卡器用于读取员工信息，并将员工信息发送给本地参数监控系统，本地参数监控系统根据员工信息识别员工的相应身份和权限，并允许员工进行相应业务操作，既能保证系统的安全性，又可以节省操作时间，提高工作效率；
所述扫描枪用于扫描车间内设备加工工件的条形码，并将条形码发送给本地参数监控系统，本地参数监控系统用于快速准确识别加工工件的条形码，从条形码中自动分离出加工工件的计划号，根据加工工件的计划号在MES(制造企业生产过程执行管理系统)系统中查询定位，获得加工工件的加工任务，记录任务的操作者、开工时间、完工时间等信息，这些信息存储在系统数据库中，本地参数监控系统从系统数据库中调用这些信息进行分析处理；
所述摄像头用于将拍摄的设备加工过程的视频图像发送给本地计算机，本地计算机将视频图像数据存储在本地数据库中；
本地数据库用于为本地参数监控系统提供数据；
本地参数监控系统根据本地数据库提供的数据，采用VB.NET编程，集成了用户管理、任务管理、生产线所有设备的部分关键数据和状态的实时显示、设备管理、历史数据查询、统计分析、日志查询、故障报警提示并记录、现场物料状态、现场物料进程、工人操作记录、现场物料质量管理、现场设备状态等功能，用于对载人航天器制造装备生产线进行现场监控，并以列表、折线图、饼状图、柱状图、视频、图形、图像等方式展示给用户；
本地计算机用于将本地数据库上存储的信息发送到数据同步系统，数据同步系统用于将接收到的信息同步到系统数据库中；
系统数据库用于为信息集成远程监控系统提供数据；
所述信息集成远程监控系统用于对系统数据库的数据进行分析处理，并通过数字化看板和监控平台，实时显示设备运行参数、设备关键指标的变化趋势、设备的地理位置、现场视频和制造工艺等信息，方便现场操作，实现现场、生产过程和设备状态远程监控，提升生产管控能力。
在上述方案的基础上，所述数据采集系统采用多参量分布式设备数据采集技术，实现现场物料的状态、生产进程、操作记录、质量记录、设备状态、生产异常信息等数据的采集，实现人员、物料、产品、仪器设备、工具等实物与智能远程参数监控系统的无缝集成，完整记录科研生产过程各业务过程的状态信息。
在上述方案的基础上，本地计算机采用工业计算机，本地计算机上安装SimaticNcm Manager和Simatic NET，通过本地组态和配置PC站建立OPC客户端和现场控制器之间的连接。
在上述方案的基础上，所述本地参数监控系统还用于向设备发送控制信号。
在上述方案的基础上，所述数据同步系统还用于定期自动校正同步失败的数据。
在上述方案的基础上，所述信息集成远程监控系统还用于对历史数据进行查询，对设备参数进行统计分析，对所有设备进行对比分析。
在上述方案的基础上，所述信息集成远程监控系统能够通过网址访问方式传输到不同的监控平台。
如图1中所示，本发明所提供的智能远程监控系统包括数据库服务器1台，与每台设备一一对应的本地计算机，总共7台，每台设备采集数据所需的现场控制器、读卡器、摄像头和扫描枪。各个车间的设备对应一个本地数据库，数据采集系统和相应的设备直连，并实时采集数据存储到本地数据库，这里的数据采集采用自研发的数据采集系统实现。然后，再通过数据同步系统将7个设备的本地数据库实时同步到系统数据库。最后，通过信息集成远程监控系统将各个本地数据库以及系统数据库里实时数据和历史数据通过处理展示出来。
本发明所述的载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统采用了基于工业以太网的实时数据库和OPC-UA等工业协议来连接分布在不同车间中的各个制造装备等。这些制造装备与现场信息采集用的设备或仪表相结合，实时感知设备各种参数的状态，并将这些状态信号转换成数字信号，并通过特定数字通信网络传递到设备PLC或计算机中。必要的时候，本地参数监控系统也可以向设备发送控制信号。本地参数监控系统在接收设备的实时信息后，以适当的形式如声音、图形、图像等方式显示给用户，以达到信息集成展示的目的。另外，实时数据经过处理后，可以告知用户设备各种参数的状态(报警、正常或报警恢复)，这些处理后的数据还需要保存系统数据库中，也可以通过网址访问方式传输到不同的监控平台上。
本发明从工程的实际需要出发，结合科学的理论分析，设计出具有实际应用价值的智能远程参数监控系统，实现了信息化、自动化、智能化与现场制造过程的无缝结合，显著提升了生产设备的使用效率和管理水平。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统，其特征在于，包括：若干数据采集系统、若干本地计算机和1台数据库服务器；
若干数据采集系统与若干本地计算机对应连接，若干本地计算机与数据库服务器连接，
每个数据采集系统包括：现场控制器、摄像头、读卡器和扫描枪；
每台本地计算机上安装有OPC客户端、本地数据库和本地参数监控系统；
数据库服务器上安装有数据同步系统、系统数据库和信息集成远程监控系统；
所述现场控制器和本地计算机组建局域网，所述现场控制器作为本地OPC服务器，基于OPC-UA工业协议与本地计算机上的OPC客户端连接，现场控制器用于采集车间内设备的参数，并将采集的参数发送给OPC客户端，OPC客户端将采集的参数存储在本地数据库中；
所述读卡器用于读取员工信息，并将员工信息发送给本地参数监控系统，本地参数监控系统根据员工信息识别员工的相应身份和权限，并允许员工进行相应业务操作；
所述扫描枪用于扫描车间内设备加工工件的条形码，并将条形码发送给本地参数监控系统，本地参数监控系统用于快速准确识别加工工件的条形码，从条形码中自动分离出加工工件的计划号，根据加工工件的计划号在MES系统中查询定位，获得加工工件的加工任务，记录任务的操作者、开工时间和完工时间信息，这些信息存储在系统数据库中，本地参数监控系统从系统数据库中调用这些信息进行分析处理；
所述摄像头用于将拍摄的设备加工过程的视频图像发送给本地计算机，本地计算机将视频图像数据存储在本地数据库中；
本地数据库用于为本地参数监控系统提供数据；
本地参数监控系统根据本地数据库提供的数据，采用VB.NET编程，集成了用户管理、任务管理、生产线所有设备的部分关键数据和状态的实时显示、设备管理、历史数据查询、统计分析、日志查询、故障报警提示并记录、现场物料状态、现场物料进程、工人操作记录、现场物料质量管理、现场设备状态功能，用于对载人航天器制造装备生产线进行现场监控，并以列表、折线图、饼状图、柱状图、视频、图形、图像的方式展示给用户；
本地计算机用于将本地数据库上存储的信息发送到数据同步系统，数据同步系统用于将接收到的信息同步到系统数据库中；
系统数据库用于为信息集成远程监控系统提供数据；
所述信息集成远程监控系统用于对系统数据库的数据进行分析处理，并通过数字化看板和监控平台，实时显示设备运行参数、设备关键指标的变化趋势、设备的地理位置、现场视频和制造工艺信息。
2.如权利要求1所述的载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统，其特征在于，所述数据采集系统采用多参量分布式设备数据采集技术。
3.如权利要求1所述的载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统，其特征在于，本地计算机采用工业计算机，本地计算机上安装SimaticNcm Manager和SimaticNET，通过本地组态和配置PC站建立OPC客户端和现场控制器之间的连接。
4.如权利要求1所述的载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统，其特征在于，所述本地参数监控系统还用于向设备发送控制信号。
5.如权利要求1所述的载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统，其特征在于，所述数据同步系统还用于定期自动校正同步失败的数据。
6.如权利要求1所述的载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统，其特征在于，所述信息集成远程监控系统还用于对历史数据进行查询，对设备参数进行统计分析，对所有设备进行对比分析。
7.如权利要求1所述的载人航天器制造装备生产线的智能远程参数监控系统，其特征在于，所述信息集成远程监控系统能够通过网址访问方式传输到不同的监控平台。
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