CN114563987A - 一种基于scada和mes系统的车间设备监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，包括检测模块获取车间设备各时刻的运行数据，并传输至控制模块；控制模块预处理各时刻的运行数据获得运行状态数据，将运行状态数据传输至MES子系统，根据各运行状态数据与预设的标准均值极差图的关系生成告警信号，并传输至告警模块；告警模块触发车间设备的LED灯亮起和/或电源断开；MES子系统分析接收的运行状态数据获得分析信号，并创建故障单，将故障单传输至人机交互单元，人机交互单元将外界输入的已修复信号传输至告警模块；告警模块触发车间设备的LED灯熄灭和/或电源连接。本发明能够实时监测任一时刻车间设备的运行数据，并发出相应的告警信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，属于生产制造车间设备监控技术领域。
背景技术
我国制造业的规模已跃居世界第一，拥有世界上最为完整的工业体系，成为全球价值链的重要参与者。受国际政治、经济环境的不断变化，国内制造业转型升级逐渐成为了共识。制造业企业想要打造信息化、智能化工厂离不开 SCADA系统和 MES。其中，SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统，位于设备层之上、制造层之下，链接设备层和制造层；MES（Manufacturing Execution System），即制造执行系统，是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。可见，二者处于制造企业信息化系统中的不同位置。SCADA系统与MES解决的问题不同：SCADA系统主要是通过采集和分析设备数据，监控设备数据，并将分析结构提供给MES；MES主要监控车间现场设备的生产情况，以便及时解决生产资源瓶颈问题；由此可见，SCADA系统侧重点是设备，MES侧重点是管理。
不管是SCADA系统或MES，对车间设备的自动化监控管理而言，仅仅自动化架构的一部分，都是透过自动化化体系优化作业流程、合理装备与即时调度资源，到达降低制作成本、提高设备稼动率。可见制造车间如果完全独立的使用SCADA和MES是无法完美的解决设备运行状态的监控以及设备故障问题的处理。如何更好的利用SCADA系统和MES监管车间设备是本领域技术人员下一步需要思考的问题。
因此，本申请提供一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，能够实时监测任一时刻车间设备的运行数据，并发出相应的告警信号，以便工作人员及时修复车间设备。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，SCADA和MES系统包括SCADA子系统、MES子系统和人机交互单元，SCADA子系统包括检测模块、控制模块和告警模块，检测模块电连接控制模块，控制模块分别电连接告警模块、MES子系统和人机交互单元，其中，MES子系统连接人机交互单元，人机交互单元连接告警模块，告警模块连接车间设备，其特征在于，包括以下步骤：
预设标准均值极差图；
检测模块获取车间设备各时刻的运行数据，并将各时刻的运行数据传输至控制模块；
控制模块预处理各时刻的运行数据获得运行状态数据，将运行状态数据传输至MES子系统，并根据各运行状态数据与标准均值极差图的关系生成告警信号，将告警信号传输至告警模块；
告警模块响应于告警信号，触发车间设备的LED灯亮起和/或电源断开；
MES子系统分析接收的运行状态数据获得分析信号，将分析信号传输至控制模块，并根据接收的分析信号创建故障单，并将故障单传输至人机交互单元；
人机交互单元响应于外界输入的已修复信号，将已修复信号传输至告警模块；
告警模块响应于已修复信号，触发车间设备的LED灯熄灭和/或电源连接。
进一步地，所述运行数据包括温度数据、压力数据、湿度数据以及刀具长度数据。
进一步地，所述控制模块预处理各时刻的运行数据获得运行状态数据包括：
预设残差阈值；
将获取的运行数据分成多组运行数据；
根据皮尔森相关系数计算各组运行分析数据之间的相关系数，并去除最小相关系数对应的运行分析数据，获得多组初筛运行分析数据；
采用最小二乘支持向量机方法对比分析各组初筛运行分析数据的残差值, 并去残差值等于残差阈值对应的初筛运行分析数据，获得运行状态数据。
进一步地，所述标准均值极差图包括温度标准均值极差图、压力标准均值极差图、湿度标准均值极差图以及刀具长度标准均值极差图；
各标准均值极差图包括对应的标准波动线、标准中心线、标准上控制线以及标准下控制线。
进一步地，所述据各运行状态数据与标准均值极差图的关系生成告警信号包括：
当任一运行状态数据小于对应的标准均值极差图中下控制线上的对应值时，控制模块生成超低低限值告警信号；
当任一运行状态数据大于对应的标准均值极差图中上控制线上的对应值时，控制模块生成超高高限值告警信号；
当任一连续的9个运行状态数据小于对应的标准均值极差图中中心线上的对应值，且大于下控制线上的对应值时，或者当映射在同一标准均值极差图中的任一连续的6个运行状态数据逐一递减时，控制模块生成超低限值告警信号；
当任一连续的9个运行状态数据大于对应的标准均值极差图中中心线上的对应值，且小于上控制线上的对应值时，或者当映射在同一标准均值极差图中的任一连续的6个运行状态数据逐一递增时，控制模块生成超高限值告警信号；
否则，控制模块生成正常运行告警信号。
进一步地，LED灯包括LED黄灯、LED红灯以及LED绿灯。
进一步地，告警模块响应于告警信号，触发车间设备的LED灯亮起和/或电源断开包括：
响应于超低低限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED红灯亮起，且电源断开；
响应于超高高限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED红灯响应于超低限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED黄灯亮起；
响应于超高限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED黄灯亮起；
告警模块响应于正常运行告警信号时，告警模块触发车间设备的LED绿灯亮起。
进一步地，所述分析信号包括：告警信号、告警信号对应的运行状态数据和告警信号对应的运行数据。
进一步地，所述故障单包括分析信号和告警信号的编号。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明通过将预处理后的运行状态数据逐一与预设的标准均值极差图比较，并根据比较结果生成对应的告警信号，使得工作人员能够及时得到告警信号对应的故障单，并采取相应的修复措施，当控制模块接收到已修复信号后，对应的告警信号才解除，避免修复问题遗失，导致设备修复滞后，导致车间生产的产品不达标。
本发明使用的系统不需要重新采购，将已有的系统重新连接设置即可使用本方法，二次投入成本低廉，具有较强的可行性，且能快速在已有的系统或者设备中应用；本发明步骤简单，信息传输数据量小，数据传输的模块少，因此本发明能够快速获得告警信号，以避免设备修复滞后，导致车间生产的产品不合格。
附图说明
图1所示为本发明一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法的一种实施例流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法。
本实施例的SCADA和MES系统包括SCADA子系统、MES子系统和人机交互单元，SCADA子系统包括检测模块、控制模块和告警模块，检测模块电连接控制模块，控制模块分别电连接告警模块、MES子系统和人机交互单元，其中，MES子系统连接人机交互单元，人机交互单元连接告警模块，告警模块连接车间设备，应用中，告警模块连接车间设备的LED灯和电源。
参考图1，本实施例介绍的车间设备监控方法具体包括以下步骤：
S1 预设标准均值极差图；
S2 检测模块获取车间设备各时刻的运行数据，并将各时刻的运行数据传输至控制模块；
S3 控制模块预处理各时刻的运行数据获得运行状态数据，将运行状态数据传输至MES子系统，并根据各运行状态数据与标准均值极差图的关系生成告警信号，将告警信号传输至告警模块；
S4 告警模块响应于告警信号，触发车间设备的LED灯亮起和/或电源断开；
S5 MES子系统分析接收的运行状态数据获得分析信号，将分析信号传输至控制模块，并根据接收的分析信号创建故障单，并将故障单传输至人机交互单元；
S6 人机交互单元响应于外界输入的已修复信号，将已修复信号传输至告警模块；
S7 告警模块响应于已修复信号，触发车间设备的LED灯熄灭和/或电源连接。
本发明通过将预处理后的运行状态数据逐一与预设的标准均值极差图比较，并根据比较结果生成对应的告警信号，使得工作人员能够及时得到告警信号对应的故障单，并采取相应的修复措施，以避免设备修复滞后，导致车间生产的产品不达标。
本发明仅当控制模块接收到已修复信号后，对应的告警信号才得以解除，避免修复问题遗失，导致设备修复滞后，导致车间生产的产品不达标。
本发明使用的系统不需要重新采购，将已有的系统重新连接设置即可使用本方法，二次投入成本低廉，可行性强。
本发明步骤简单，信息传输数据量小，数据传输的模块少，因此能够快速生成告警信号，以避免设备修复滞后，导致车间生产的产品不达标。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例详细介绍了运行数据、预处理各时刻的运行数据的方法、标准均值极差图、生成告警信号的规则、触发车间设备的LED灯和/或电源的规则、分析信号和故障单。
（一）运行数据
本实施例的运行数据包括温度数据、压力数据、湿度数据以及刀具长度数据。
（二）预处理各时刻的运行数据的方法
控制模块预处理各时刻的运行数据获得运行状态数据，具体包括以下步骤：
S21 预设残差阈值；
S22 将获取的运行数据分成多组运行数据；
S23 根据皮尔森相关系数计算各组运行分析数据之间的相关系数，并去除最小相关系数对应的运行分析数据，获得多组初筛运行分析数据；
S24 采用最小二乘支持向量机方法对比分析各组初筛运行分析数据的残差值,并去残差值等于残差阈值对应的初筛运行分析数据，获得运行状态数据。
本发明能够踢除残值，减少步骤S3的计算量，提高了告警信号生成的速度。
（三）标准均值极差图
预设的标准均值极差图包括温度标准均值极差图、压力标准均值极差图、湿度标准均值极差图以及刀具长度标准均值极差图。
应用中，各标准均值极差图包括对应的标准波动线、标准中心线、标准上控制线以及标准下控制线。
本实施例应用时，预设各标准均值极差图时，应该考虑获取的运行数据的个数。
（四）生成告警信号的规则
控制模块根据各运行状态数据与标准均值极差图的关系生成告警信号，具体包括以下规则：
当任一运行状态数据小于对应的标准均值极差图中下控制线上的对应值时，控制模块生成超低低限值告警信号；
当任一运行状态数据大于对应的标准均值极差图中上控制线上的对应值时，控制模块生成超高高限值告警信号；
当任一连续的9个运行状态数据小于对应的标准均值极差图中中心线上的对应值，且大于下控制线上的对应值时，或者当映射在同一标准均值极差图中的任一连续的6个运行状态数据逐一递减时，控制模块生成超低限值告警信号；
当任一连续的9个运行状态数据大于对应的标准均值极差图中中心线上的对应值，且小于上控制线上的对应值时，或者当映射在同一标准均值极差图中的任一连续的6个运行状态数据逐一递增时，控制模块生成超高限值告警信号；
否则，控制模块生成正常运行告警信号。
（五）触发车间设备的LED灯和/或电源的规则
本实施例的LED灯包括LED黄灯、LED红灯以及LED绿灯。
告警模块响应于告警信号，触发车间设备的LED灯亮起和/或电源断开，包括以下规则：
响应于超低低限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED红灯亮起，且电源断开；
响应于超高高限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED红灯响应于超低限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED黄灯亮起；
响应于超高限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED黄灯亮起；
告警模块响应于正常运行告警信号时，告警模块触发车间设备的LED绿灯亮起。
（六）分析信号和故障单
分析信号包括：告警信号、告警信号对应的运行状态数据和告警信号对应的运行数据。
故障单包括分析信号和告警信号的编号。
应用中，工作人员能够将解决的问题与故障单记载的告警信号的编号一一对应，避免待修复的问题遗漏，导致车间设备长时间处于不标准的工作状态。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，SCADA和MES系统包括SCADA子系统、MES子系统和人机交互单元，SCADA子系统包括检测模块、控制模块和告警模块，检测模块电连接控制模块，控制模块分别电连接告警模块、MES子系统和人机交互单元，其中，MES子系统连接人机交互单元，人机交互单元连接告警模块，告警模块连接车间设备，其特征在于，包括以下步骤：
预设标准均值极差图；
检测模块获取车间设备各时刻的运行数据，并将各时刻的运行数据传输至控制模块；
控制模块预处理各时刻的运行数据获得运行状态数据，将运行状态数据传输至MES子系统，并根据各运行状态数据与标准均值极差图的关系生成告警信号，将告警信号传输至告警模块；
告警模块响应于告警信号，触发车间设备的LED灯亮起和/或电源断开；
MES子系统分析接收的运行状态数据获得分析信号，将分析信号传输至控制模块，并根据接收的分析信号创建故障单，并将故障单传输至人机交互单元；
人机交互单元响应于外界输入的已修复信号，将已修复信号传输至告警模块；
告警模块响应于已修复信号，触发车间设备的LED灯熄灭和/或电源连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，其特征在于，所述运行数据包括温度数据、压力数据、湿度数据以及刀具长度数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，其特征在于，所述控制模块预处理各时刻的运行数据获得运行状态数据包括：
预设残差阈值；
将获取的运行数据分成多组运行数据；
根据皮尔森相关系数计算各组运行分析数据之间的相关系数，并去除最小相关系数对应的运行分析数据，获得多组初筛运行分析数据；
采用最小二乘支持向量机方法对比分析各组初筛运行分析数据的残差值, 并去残差值等于残差阈值对应的初筛运行分析数据，获得运行状态数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，其特征在于，所述标准均值极差图包括温度标准均值极差图、压力标准均值极差图、湿度标准均值极差图以及刀具长度标准均值极差图；
各标准均值极差图包括对应的标准波动线、标准中心线、标准上控制线以及标准下控制线。
5.根据权利要求4所述的一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，其特征在于，所述据各运行状态数据与标准均值极差图的关系生成告警信号包括：
当任一运行状态数据小于对应的标准均值极差图中下控制线上的对应值时，控制模块生成超低低限值告警信号；
当任一运行状态数据大于对应的标准均值极差图中上控制线上的对应值时，控制模块生成超高高限值告警信号；
当任一连续的9个运行状态数据小于对应的标准均值极差图中中心线上的对应值，且大于下控制线上的对应值时，或者当映射在同一标准均值极差图中的任一连续的6个运行状态数据逐一递减时，控制模块生成超低限值告警信号；
当任一连续的9个运行状态数据大于对应的标准均值极差图中中心线上的对应值，且小于上控制线上的对应值时，或者当映射在同一标准均值极差图中的任一连续的6个运行状态数据逐一递增时，控制模块生成超高限值告警信号；
否则，控制模块生成正常运行告警信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，其特征在于，LED灯包括LED黄灯、LED红灯以及LED绿灯。
7.根据权利要求6所述的一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，其特征在于，告警模块响应于告警信号，触发车间设备的LED灯亮起和/或电源断开包括：
响应于超低低限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED红灯亮起，且电源断开；
响应于超高高限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED红灯响应于超低限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED黄灯亮起；
响应于超高限值告警信号时，告警模块触发车间设备的LED黄灯亮起；
告警模块响应于正常运行告警信号时，告警模块触发车间设备的LED绿灯亮起。
8.根据权利要求1所述的一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，其特征在于，所述分析信号包括：告警信号、告警信号对应的运行状态数据和告警信号对应的运行数据。
9.根据权利要求1所述的一种基于SCADA和MES系统的车间设备监控方法，其特征在于，所述故障单包括分析信号和告警信号的编号。
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| CN113705076A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-11-26 | 国家能源集团新能源技术研究院有限公司 | 基于偏最小二乘法的风电机组齿轮箱状态监测方法及控制装置 |
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