CN112947281B - 基于plc控制的汽车生产线安全监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统，其包括多个监控单元以及多个PLC控制端；监控控制器借助于通讯模块连接多个PLC控制器，并将电动汽车采集获得的各个参数传输给多个PLC控制器，PLC控制器内设置有报警阈值，当出现危险时，PLC控制器向监控控制器发送警告信号，所述监控控制器控制断路保护器切断动力电池的供电。本发明通过4G无线通讯技术高效的实现了生产故障安全信息的采集、汇总以便更好的提高生产设备的稼动率。

Description

基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车生产线安全监控领域，具体地涉及一种基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统及方法。

背景技术

近年来，随着我国城镇居民消费水平的提高，轿车可谓是走进了千家万户，我国的汽车行业因此蓬勃发展。但在汽车行业高速发展的背后，却隐藏着汽车排放所引起的环境污染问题，在这一背景下，国家通过经济手段、行政手段对汽车市场进行宏观调控，引导和鼓励发展节能环保型汽车，电动环保汽车因此迎来了发展的春天。推动电动汽车的发展已经得到了国家政策的大力支持，在各项优惠政策不断出台的形势下，电动汽车势必有着广阔的市场前景。

汽车工业是在许多相关联的工业和有关技术的基础上发展起来的综合性企业。汽车上使用着许多部门的产品，而且从毛坯加工到整车装配，需要采用各类加工技术。汽车零件包括大至地板，小至螺钉等数千个不同的部件。实际的汽车生产过程是由若干不同的专业生产厂(车间)合作完成的。为了经济地、高效率地制造汽车，这些专业生产厂(车间)按产品的协作原则组织生产、分工合作，为了满足人们日益增长的生活需求，对汽车的数量需求越来越大，那么汽车生产线的节拍也就需求越来越大，当汽车生产线一旦投产之后，影响其产量最大的因素便是故障安全，实时对故障安全进行监控，实时反馈问题以便及时解决问题保证生产更加的顺利，可以有效的保证设备的稼动率和节拍，从而提高产量，而传统的布线为基础构建的监控系统由于硬件的原因有着通讯距离短、通讯质量差、扩展性不强等弊端。

迈向“工业4.0”的道路上，工业通信基础设施不断改进，已渐渐的开始满足生产企业的生产管理系统硬软件需求，目前汽车生产领域中许多车厂已经建立生产管理系统，基于此在现有的生产管理系统基础上对硬件进行全面升级，由传统的布线、建立通讯及进行数据转变为无线通讯，可视化管理，手机提醒及查看等技术。从而达到减少施工难度、缩短施工周期的目的，进而降低企业成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统及方法，其能够在汽车生产时对汽车车间进行监控，并且基于互联网通讯以及无线通讯分别与监控总站及各个手机监控站进行连接，保障汽车生产线的整体安全，防止汽车生产时出现危险。

具体地，本发明提供一种基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统，其包括多个监控单元以及多个PLC控制端；

每一个生产线设置有一个监控单元，每个监控单元能够对生产线的安全进行监控，多个PLC控制端之间借助于路由器通讯连接，从而建立生产线的控制设备局域网，多个PLC控制端通讯连接有中央控制器，所述中央控制器的监控软件连接有云服务器，通过云服务器的连接，能够按照要求增加云服务器的远程WEB访问和手机APP访问功能，实时浏览或查询各个时间段各生产线的故障安全信息，各个时间段各生产线的故障安全信息能够在云服务器中进行备份，并建立故障安全信息矩阵，故障安全信息矩阵对各种故障安全信息进行分类并排序，并对多种故障安全信息进行特征提取，得到故障安全信息关键数据，所述中央控制器的输出端通讯连接有显示装置，所述显示装置能够显示所在厂区的故障安全信息关键数据，从而形成可视化管理；

各个监控单元的故障安全信息经过多个PLC控制端通过云路由器传送给中央控制器的云服务器，中央控制器的云服务器再将收到的各监控单元的故障安全信息进行统计汇总，将各种故障安全信息的报警等级及频次传送到各显示装置，云服务器根据故障安全信息建立临时对策数据库以及长期解决方案数据库；

中央控制器的云服务器将所有故障安全信息进行大数据分析，分别以每个班次、每天、每周、每月为单位统计出故障安全信息发生的车间、工位、频次、类型各类信息分类汇总并以表格的形式进行显示，之后对各类信息进行重要度分析，根据重要度分析结果进行排序，各类信息包括M＝(m₁，m₂.....m_n)，n为信息的数量；现场生产维护技术人员利用故障解决软件针对这些信息在临时对策数据库以及长期解决方案数据库中，对高频次故障以及停产时间长的故障优先找到临时对策及长期解决方案；

中央控制器的输出端连接多个手机APP的输入端，通过手机APP对车间故障安全信息进行查看，停产时间长的故障安全信息及与人员安全和设备安全有关的故障信息通过短信发到手机上进行及时提醒。

优选地，所述路由器为4G通讯。

优选地，还包括远程控制终端，远程控制终端采用“B/S”模式，在客户端的浏览模块上输入存储嵌入式服务模块的网页地址即可对汽车生产制造网络安全情况进行监控。

优选地，一种基于所述的基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统的汽车生产线安全监控方法，其包括以下步骤：

S1、在每一个汽车生产线上设置一个监控单元，每个监控单元分别对相对应的生产线的安全进行多时段监控，多个PLC控制端之间借助路由器通讯连接，建立生产线的控制设备局域网；

S2、利用云服务器对汽车生产线进行可视化管理，其具体包括以下子步骤：

S21、增加云服务器的远程WEB访问和手机APP访问功能，实时浏览或查询各个时间段各生产线的故障安全信息，各个时间段各生产线的故障安全信息能够在云服务器中进行备份，并建立故障安全信息矩阵，故障安全信息矩阵如下D＝(d₁,d₂,……,d_N)，其中，d₁为第一生产线故障安全信息，d₂为第二生产线故障安全信息，d₃为第三生产线故障安全信息，d_N为第四生产线故障安全信息，d₁,d₂,……,d_N均分别包括多个时间段的故障安全信息；

S22、利用建立的故障安全信息矩阵对各种故障安全信息进行分类并排序，并对多种故障安全信息进行特征提取，得到故障安全信息关键数据；

S23、将得到的故障安全信息关键数据利用显示装置进行显示，从而形成可视化管理；

S3、云服务器将所有故障安全信息进行大数据分析，分别以每个班次、每天、每周、每月为单位统计出故障安全信息发生的车间、工位、频次、类型各类信息分类汇总，并对各类信息进行重要度分析，根据重要度分析结果进行排序，各类信息包括M＝(m₁，m₂.....m_n)，n为信息的数量；现场生产维护技术人员利用故障解决软件针对这些信息在临时对策数据库以及长期解决方案数据库中，对高频次故障以及停产时间长的故障优先找到临时对策及长期解决方案；

S4、监控人员通过手机APP对车间故障安全信息进行查看，停产时间长的故障安全信息及与人员安全和设备安全有关的故障信息通过短信发到手机上进行及时提醒。

优选地，步骤S22中利用粒子群算法对对多种故障安全信息进行特征提取。

优选地，步骤S23中的显示装置为液晶显示屏以及移动设备显示屏。

与现有技术相比，本发明的技术效果如下：

1、本发明通讯稳定性比传统布线更好，传统布线485通讯理论通讯最大距离1.2KM通讯距离，与通讯速度成反比，这样现场很多通讯的设备之间的距离可能超过1KM，这样需要将波特率降至最低，加上环境干扰，无法保证通讯质量。本专利通过4G网络运营商传输数据，就算是跨城市间通讯也可以准确传送数据。

2、本发明的布线工作量比传布线统更少，传统布线量距离较长，需铺设桥架钢管以及墙上穿孔，布线都是在空中，环境较复杂，增加工程周期及危险性。本发明通过4G网络无线通讯，几乎可以做到不需布线，减少施工量，缩短施工周期。

3、本发明的应用场合比传统布线更广，相对于传统布线在低速、短距离、无干扰的场合普片应用的一种通讯方式，本发明通过4G网络无线通讯可以广泛应用于电力、水力、石油等能源损耗远程监控领域。

4、本发明的扩展性比传统布线更灵活：传统布线在加入其它设备让通讯距离进一步增加，通讯质量进一步降低，布线工作量增加，工期也变长。通过4G网络无线通讯，后续加入新设备只需增加云路由器设备及软件编程。

5、本发明的中控云服务器云管理平台实现了设备与设备、设备与用户、用户与用户的之间的通讯，解决了通讯过程中的连接性、安全性、可靠性、拓展性问题。保证了用户可以从任何时候、任何地点、任何网络下与远端设备之间的通讯能力。利用云计算的弹性，实现了设备与云端，设备与设备之间的联网。

6、本发明通过4G无线通讯技术高效的实现了生产故障安全信息的采集、汇总以便更好的提高生产设备的稼动率，其中，稼动率”英文称作activation或utilization，是指设备在所能提供的时间内为了创造价值而占用的时间所占的比重。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

具体地，本发明提供一种基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统，本发明提供一种基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统，如图1所示，其包括多个监控单元以及多个PLC控制端。

多个PLC控制端之间借助于路由器连接，从而建立生产线的控制设备局域，多个PLC控制端通讯连接有中央控制器，所述中央控制器的监控软件连接有云服务器，通过云服务器的连接，能够按照要求增加云服务器的远程WEB访问和手机APP访问功能，实时浏览或查询各个时间段各生产线的故障安全信息，各个时间段各生产线的故障安全信息能够在云服务器中进行备份，所述中央控制器的输出端通讯连接有显示装置，所述显示装置能够显示厂区故障安全信息关键数据，从而形成可视化管理。

各个监控单元的故障安全信息经过多个PLC控制端通过云路由器传送给中央控制器的云服务器，中央控制器的云服务器再将收到的各监控单元的故障安全信息进行统计汇总，将各种故障安全信息的报警等级及频次传送到各显示装置。

中央控制器的云服务器将所有故障安全信息进行大数据分析，分别以每个班次、每天、每周、每月来统计出故障安全信息发生的线体、工位、频次、类型各类信息分类汇总，现场生产维护技术人员针对这些信息，对高频次、停产时间长的问题点优先找到临时对策及长期解决方案。

通过手机APP对车间故障安全信息进行查看，停产时间长的故障安全信息及与人员安全和设备安全有关的故障信息通过短信发到手机上进行及时提醒。

优选地，还包括远程控制终端，远程控制终端采用“B/S”模式，在客户端的浏览模块上输入存储嵌入式服务模块的网页地址即可对汽车生产制造网络安全情况进行监控。

具体工作时，将云路由器设备放置在实验室及各能源设备附近，通过RS485通讯或以太网通讯将各实验室数据采集到云路由器。云路由器将采集到的串口数据转换为IP数据通过无线传输到中控室的云端服务器。云路由器工作原理：在路由器中放入一张开通4G功能的SIM卡，路由器上电后先注册到4G网络，然后通过4G网络和工控机上数据处理中心建立连接。中控室放置云端路由器，用来接收4G通讯运营商传输过来的各实验室数据。中控室上位机组态画面、各数据参数及诊断信息。开发手机APP软件，注册到云服务器用来实时查看各参数数据。

各个线体的故障安全信息经过个线体PLC汇总打包通过云路由器传送给中控云服务器，中控云服务器再将收到的各生产线故障安全信息进行统计汇总，将各种故障安全信息的报警等级及频次传送到各生产线两边的液晶显示大屏幕，再加上声光提示给现场作业人员，以保证作业人员能及时处理现场生产问题，提高设备稼动率，中控云服务器会将所有从各生产线上传过来的故障安全信息进行大数据分析，分别以每个班次、每天、每周、每月来统计出故障安全信息发生的线体、工位、频次、类型等等各类信息分类汇总，现场生产维护技术人员可以针对这些信息，对高频次、停产时间长的问题点优先找到临时对策及长期解决方案，在大数据的帮助下，让所有的故障安全信息得以全面掌握，更快更方便的完善现场各生产线PLC及工业机器人的程序，从而更快的达到各生产线稳定生产，增加现场设备稼动率。

车间管理层可以实时通过手机APP对车间故障安全信息进行查看，停产时间长的故障安全信息及与人员安全和设备安全有关的故障信息可以通过短信发到手机上进行及时提醒，这样管理层就算出差、请假等不在车间也可以对车间的生产状况非常清晰及时的掌握。

如图2所示，本发明还提供一种基于所述的基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统的汽车生产线安全监控方法，其包括以下步骤：

S1、在每一个汽车生产线上设置一个监控单元，每个监控单元分别对相对应的生产线的安全进行多时段监控，多个PLC控制端之间借助路由器通讯连接，建立生产线的控制设备局域网；

S2、利用云服务器对汽车生产线进行可视化管理，其具体包括以下子步骤：

S21、增加云服务器的远程WEB访问和手机APP访问功能，实时浏览或查询各个时间段各生产线的故障安全信息，各个时间段各生产线的故障安全信息能够在云服务器中进行备份，并建立故障安全信息矩阵，故障安全信息矩阵如下D＝(d₁,d₂,……,d_N)，其中，d₁为第一生产线故障安全信息，d₂为第二生产线故障安全信息，d₃为第三生产线故障安全信息，d_N为第四生产线故障安全信息，d₁,d₂,……,d_N均分别包括多个时间段的故障安全信息；

S22、利用建立的故障安全信息矩阵对各种故障安全信息进行分类并排序，并对多种故障安全信息进行特征提取，得到故障安全信息关键数据；

S23、将得到的故障安全信息关键数据利用显示装置进行显示，从而形成可视化管理；

S3、云服务器将所有故障安全信息进行大数据分析，分别以每个班次、每天、每周、每月为单位统计出故障安全信息发生的车间、工位、频次、类型各类信息分类汇总，并对各类信息进行重要度分析，根据重要度分析结果进行排序，各类信息包括M＝(m₁，m₂.....m_n)，n为信息的数量；现场生产维护技术人员利用故障解决软件针对这些信息在临时对策数据库以及长期解决方案数据库中，对高频次故障以及停产时间长的故障优先找到临时对策及长期解决方案；

S4、监控人员通过手机APP对车间故障安全信息进行查看，停产时间长的故障安全信息及与人员安全和设备安全有关的故障信息通过短信发到手机上进行及时提醒。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统，其特征在于：其包括多个监控单元以及多个PLC控制端；

每一个生产线设置有一个监控单元，每个监控单元能够对生产线的安全进行监控，多个PLC控制端之间借助于路由器通讯连接，从而建立生产线的控制设备局域网，多个PLC控制端通讯连接有中央控制器，所述中央控制器的监控软件连接有云服务器，通过云服务器的连接，能够按照要求增加云服务器的远程WEB访问和手机APP访问功能，实时浏览或查询各个时间段各生产线的故障安全信息，各个时间段各生产线的故障安全信息能够在云服务器中进行备份，并建立故障安全信息矩阵，故障安全信息矩阵对各种故障安全信息进行分类并排序，并对多种故障安全信息进行特征提取，得到故障安全信息关键数据，所述中央控制器的输出端通讯连接有显示装置，所述显示装置能够显示所在厂区的故障安全信息关键数据，从而形成可视化管理；

各个监控单元的故障安全信息经过多个PLC控制端通过云路由器传送给中央控制器的云服务器，中央控制器的云服务器再将收到的各监控单元的故障安全信息进行统计汇总，将各种故障安全信息的报警等级及频次传送到各显示装置，云服务器根据故障安全信息建立临时对策数据库以及长期解决方案数据库；

中央控制器的云服务器将所有故障安全信息进行大数据分析，分别以每个班次、每天、每周、每月为单位统计出故障安全信息发生的车间、工位、频次、类型各类信息分类汇总并以表格的形式进行显示，之后对各类信息进行重要度分析，根据重要度分析结果进行排序，各类信息包括M＝(m₁，m₂.....m_n)，n为信息的数量；现场生产维护技术人员利用故障解决软件针对这些信息在临时对策数据库以及长期解决方案数据库中，对高频次故障以及停产时间长的故障优先找到临时对策及长期解决方案；

中央控制器的输出端连接多个手机APP的输入端，通过手机APP对车间故障安全信息进行查看，停产时间长的故障安全信息及与人员安全和设备安全有关的故障信息通过短信发到手机上进行及时提醒；

利用上述系统对汽车生产线进行监控，具体包括以下步骤：

S1、在每一个汽车生产线上设置一个监控单元，每个监控单元分别对相对应的生产线的安全进行多时段监控，多个PLC控制端之间借助路由器通讯连接，建立生产线的控制设备局域网；

S2、利用云服务器对汽车生产线进行可视化管理，其具体包括以下子步骤：

S21、增加云服务器的远程WEB访问和手机APP访问功能，实时浏览或查询各个时间段各生产线的故障安全信息，各个时间段各生产线的故障安全信息能够在云服务器中进行备份，并建立故障安全信息矩阵，故障安全信息矩阵如下D＝(d₁,d₂,……,d_N)，其中，d₁为第一生产线故障安全信息，d₂为第二生产线故障安全信息，d₃为第三生产线故障安全信息，d_N为第四生产线故障安全信息，d₁,d₂,……,d_N均分别包括多个时间段的故障安全信息；

S22、利用建立的故障安全信息矩阵对各种故障安全信息进行分类并排序，并对多种故障安全信息进行特征提取，得到故障安全信息关键数据；

S23、将得到的故障安全信息关键数据利用显示装置进行显示，从而形成可视化管理；

S3、云服务器将所有故障安全信息进行大数据分析，分别以每个班次、每天、每周、每月为单位统计出故障安全信息发生的车间、工位、频次、类型各类信息分类汇总，并对各类信息进行重要度分析，根据重要度分析结果进行排序，各类信息包括M＝(m₁，m₂.....m_n)，n为信息的数量；现场生产维护技术人员利用故障解决软件针对这些信息在临时对策数据库以及长期解决方案数据库中，对高频次故障以及停产时间长的故障优先找到临时对策及长期解决方案；

S4、监控人员通过手机APP对车间故障安全信息进行查看，停产时间长的故障安全信息及与人员安全和设备安全有关的故障信息通过短信发到手机上进行及时提醒。

2.根据权利要求1所述的基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统，其特征在于：所述路由器为4G通讯。

3.根据权利要求1所述的基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统，其特征在于：还包括远程控制终端，远程控制终端采用“B/S”模式，在客户端的浏览模块上输入存储嵌入式服务模块的网页地址即可对汽车生产制造网络安全情况进行监控。

4.根据权利要求1所述的基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统，其特征在于：步骤S22中利用粒子群算法对对多种故障安全信息进行特征提取。

5.根据权利要求1所述的基于PLC控制的汽车生产线安全监控系统，其特征在于：步骤S23中的显示装置为液晶显示屏以及移动设备显示屏。

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