企业智能设备自动化控制系统建设方案.docx
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企业智能设备自动化控制系统建设方案
企业智能设备自动化控制系统建设方案
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第1章
规划概述
1.1项目概述
随着网络技术的不断发展，具有环境感知能力的各类终端、基于网络技术的计算模式等优势促使物联网在工业应用领域越来越广泛，不断融入到工业生产的各个环节，将传统工业提升到智能工业的新阶段。
其中一个最主要的应用就是提高了生产过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测，从而实现生产过程的智能监视、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护
汽车制造企业在其汽车生产中为了最大化的提高汽车生产效率，汽车生产线增加了更多的智能化设备，汽车车身拼装的整个过程都是由智能机器人自动完成，采用的智能设备来自于不同供应商，所有智能设备的管理、监控和控制相对孤立，缺少集中化对智能设备状态、故障和控制的统一系统平台进行管理，从而最大化提高汽车生产的智能化和效率。
为了满足汽车制造企业汽车白车身生产线智能设备的状态、故障和控制的统一化管理，我们提出汽车制造企业智能设备自动化控制建设方案。
汽车制造企业智能设备自动化控制建设方案采用协同中间件系统为基础系统，基础系统包括数据服务层、物联网感知层、平台服务层等组成；通过物联网感知层可以接入各种智能化设备，包括机器人、IO设备、传感器设备等，感知层可以将智能设备的数据通过协议转换器解析为平台数据，发送给平台服务层，平台服务层对智能的设备数据进行处理，并发送到数据服务层；数据服务层负责进行大数据分析和数据存储。
平台服务是整个平台的“大脑”，负责平台所有的设备管理、数据管理、通信管理、权限管理等，并且可以将平台的服务以标准的通信协议进行发布，支持第三方系统的协同调用。
物联网感知层支持所有设备的接入并进行控制。
此方案在满足汽车制造企业当前智能设备接入控制的同时，也为汽车制造企业未来对智能制造不断扩展奠定了IT基础。
1.2项目现状
一、焊接车间现状分析
焊接车间主要生产P/U型轿车的车身。
先把这些各种零件焊接拼装各种车身部件，如汽车前围、后围、前底板等部件，再经过总拼把这些部件拼焊成整体车身，最后经过补焊、打磨形成最终的白车身。
焊接车间按照分拼手动焊接小件零件区－分拼自动区－总拼自动区的焊接加工过程，分别为侧围自动区、底板自动区、机舱自动区、货箱自动区、总拼线和空中输送平台。
这六个区按照生产工艺相互刚性连接。
各区的各个工位主要配备的是焊接机械手、搬运机械人、点焊机、滑撬滚床传输和空中输送吊具，自动螺柱焊，自动涂胶机等自动化设备组成.使其相互协调地、连续地、自动地运行，使车间达到40JPH，每76秒钟生产一部白车身的的生产节拍的能力
1、设备层焊装车间分六个生产自动区约PLC21台构成。
各区线体内的PLC相互间串接到通讯交换机形成六个大环，并经通讯交换机相互间再串接形成一个大环，接到工控机系统提供分析设备运行状态和分析出发生的故障点的相关信息。
使系统能够通过现场PLC采集和汇总生产线上设备状态信息，自动分析诊断故障。
设备并网的具体做法是，每台PLC上都设有独立的以太网卡，并连接在其中一段现场工业总线上.
2、现场工程监控站
现场工程监控站设置在车间现场，是由六台工业电脑组成，分别对应着车间现场六个生产区，每台电脑可以监控20台焊机。
这六台电脑上都分别装有博世焊机群控软件，博途软件，并通过交换功能连接在Profinet的网上。
通过现场工程监控站还可以通过Wincc监控对应的生产区内点焊机、机器人、涂胶机、螺柱焊机、工装夹具等的实时状况。
3、信息交换
信息交换由一台西门子交换机构成。
通过光纤，连接生产线上21台PLC，采集汇总分析生产线上设备的故障信息；另一方面与系统的管理层工控机连接，把分析诊断结果送到中控室办公室计算机或显示屏上，同时又通过博途软件里的Wincc将部分处理信息传送回PLC进行控制现场设备。
4、管理层
系统的管理层包括车间设备中控室的计算机，通过工控机信息交换中心连接，使管理层可以实时地从信息交换中心获得目前分析结果，并对此分类归档，形成各种报表。
5、焊机群控
利用博世焊机群控软件，对各焊机的焊接过程质量进行监控，实时监测车间电焊机工作时供电电压的变化、电流的变化等，并把结果送入信息交换中心，通过博世焊机软件设置的中断条件来处理焊机群控信息，并将报警控制信号经焊机控制箱传送到生产线上的机器人系统，使相应焊机的通电动作得以控制。
6、系统配置的软件
博途的Wincc是系统主要的软件部分，主要运行在管理层和现场工程监控站的计算机上，是设备实时监控系统主要开发平台。
1.3建设规划
1、协同中间件系统
协同中间件系统作为基础系统内核，按照SOA服务模式搭建整体架构，支持基于各种以服务模式的应用；平台支持各种跨硬件、系统平台的服务调用，支持各种应用开发调用语言调用服务；支持接入各种通信设备和移动终端
2、建设理念
i.基于“互联网+”服务设计思想
ii.基于SOA服务架构云服务引擎
iii.集成组织机构管理
iv.物联网感知层接入各种终端设备
v.标准的服务接口可以集成现有系统
3、平台结构
平台采用中间件结构，以协同中间件系统作为基础系统，基础系统包括数据服务层、物联网感知层、平台服务层等组成；通过物联网感知层可以接入各种智能化设备，包括机器人、IO设备、传感器设备等，感知层可以将智能设备的数据通过协议转换器解析为平台数据，发送给平台服务层，平台服务层对智能的设备数据进行处理，并发送到数据服务层；数据服务层负责进行大数据分析和数据存储。
1.4需求分析
1、采集车间六个生产区上的设备运行状态信息
由于Profinet网连接着现场PLC，系统可以实时地监测并分辨当前各生产设备所处的正常运行、停机、故障等各种状态，并在相应工控机的相应画面上，通过以不同的符号、图形和颜色变化等形式显示出来。
解决方案：
按照不同设备的控制协议开发协议控制器PCI，系统通过协议控制器可以接收设备发送的数据和向设备发送控制命令。
并将设备状态数据转发到相应工控机，通过不同的符号、图形和颜色变进行显示
2.实时分析发生在各生产线上设备的故障状态及具体部位
由于Profinet网络采集各生产设备上的信息，汇总到博途软件上集中进行分析综合，系统可以判断出故障类型和发生故障的所在生产线、工位、部位等位置信息，随后把判断结果送到相应工机显示出来，以提示维修人员.
解决方案：
在系统中维护设备状态字典信息和位置信息，并自动对设备发送来的状态信息进行分析，去也故障的位置，并将故障信息发送到相应的工机
3.进行有关故障信息的分析与统计
系统的上位管理机和工控机在工业组态软件Wincc操作平台下，可对从主PLC送来的故障信息，进行分类归档处理，同时在设备维修手册数据库中进行检索，找出故障发生的位置，故障发生的原因及排除故障的主要方法。
然后该软件把故障发生的时间、位置、原因及排除的情况记录到设备档案数据库中，并形成各种报表。
解决方案：
对设备发送到系统的故障进行自动分析，按照日、周、月、季度、年、位置、原因等进行分类统计，并将结果保存到数据库，用户可以实时查询统计报表
4.对车间由博世焊机控制软件控制的焊机通电焊接情况进行群控
利用ProfinetDP的快速I/O的特性，对车间电焊机焊接情况进行监测，按照电焊机群控原理，对由博世焊机控制软件控制的电焊机进行有序控制
解决方案：
开发博士焊机协议控制器，对博士焊机接入系统，开发博士焊机序列控控制功能，通过系统可以给焊机发送序列控制命令。
5.权限管理
实时监控系统设4种访问权限，即纯客户、操作员、监控维修员和系统管理员。
纯客户访问只能观看系统概况画面和部分只读画面；操作员能观看单台设备、生产线的详细画面，能改变非关键性控制参数；监控维修员能对所有控制参数进行调整；系统管理员可以创建、修改实时监控系统画面及数据库功能等，可以修改分级网络图，进行节点工作状态诊断参数设定等。
解决方案：
本方案的基础系统已经有完善的权限管理，系统部署时只需要创建相应的角色。
开发对设备控制功能，通过系统发送设备控制命令
1.5建设目标
汽车制造企业智能设备自动化控制建设方案，向现代化、科学化、技术化、信息化企业迈进，增强企业的自身管理，降低企业管理成本，增加企业的效益。
平台的建设目标遵循如下原则：
●安全性
整个系统融合了软件加密、系统安全认证，数据应用层、链路层硬件加密等多种安全措施。
在系统发生灾难时不仅能够自动恢复还可以远程维护，最后达到系统的高安全性的要求。
●高效性
系统采用目前最成熟、最先进软件系统，大大提高了业务逻辑处理的效率。
●稳定性
软件系统在设计时，充分考虑了异常和灾难性问题的处理，采用多种安全措施保证操作系统、数据库、中心服务系统等软件平台的稳定性；
●扩展性
系统在开发设计时软件方面充分采用了组件开发和属性配置的方式，使系统有良好的扩展性。
系统具有良好的扩展性，当用户增加或监控范围扩大时，能够平稳升级，保护投资。
●先进性
采用先进的设备和技术手段，使系统具有高效的大数据处理能力
●实用性
系统终端是图形化界面方式操作，可以在不同的环境中使用不同的控制方式。
整个系统的操作以方便、简洁、高效为目标，多操作平台整体设计、统一操作，既充分体现快速反应的特点，又能便于工作人员进行业务处理和综合管理，便于领导层、管理层及时了解各项统计信息和决策信息。
●抗攻击性
本系统是目前，系统的安全认证是依靠Microsoft公司的WIN2008SVR的活的目录（AD）,作为认证中心。
无论是车载终端还是用户在登录系统时都要进行严格的身份验证，验证失败是无法登录系统的。
使用AD作为认证中心的优点在于，它强烈的依靠操作系统，有很强的稳定性和可靠性及专业性，很多工作都由操作系统来统一管理，目前如果WINDOW2008的安全策略配置到一定级别后，是完全能够满足我们的需要的。
对于系统的管理实行严格的权限管理，只有持有一定权限的密钥才能访问、监控、实施相应的管理、控制操作，确保系统安全可靠。
平台的建设应该充分考虑到各个子系统的功能：
●系统安全：
监控指挥人员身份验证，终端验证等。
平台是计算机技术、通信技术于一体的集成系统，在设计上充分考虑系统各个部分的变化发展，使各个部分能够相互适应协调配合。
1.6建设原则
遵循汽车制造企业智能设备自动化控制建设方案建设要求，根据信息系统建设的国家标准，建设原则有：
●遵循“统一领导、统一规划、统一标准、统一建设”的原则，充分利用现有资源，不重复建设。
●设计上应当充分考虑系统各个部分的变化发展，使各个部分能够相互适应协调配合。
●在技术选择上不仅考虑先进性，还要考虑实用性。
在建设规模上从小到达，根据信道资源的情况和用户的实时性要求，受控目标数量可达数百台。
系统建设应当突出重点、保障急需。
●系统要面向一线，面向业务窗口，并对现有系统和将要开发的系统留有相应的接口。
●充分考虑网络安全和信息保密，确保网络安全可靠。
1.7参考标准
计算机软件产品开发文件编制指南》（GB8567-88）；
《计算机软件开发规范》（GB8566-88）；
《计算机软件质量保证计划规范》（GB/T12504-90）；
《计算机信息系统安全保圹箐级划分准则》（GB/T17859-1999）；
《信息技术开放系统互联高层安全模型》（GB/T17965-200O）；
《信息技术开放系统互联基本参考模型》（GB/T9387）；
《信息技术开放系统互联应用层结构》（GB/T17176-1997）；
《信息技术开放系统互联开放系统安全框架》（GB/T18794）；
《信息技术开放系统互联通用高层安全》（GB/T18237）；
1.8运行环境
A）操作系统：
WINDOW2008、WINDOW2012。
B）认证系统：
微软活动目录MicrosoftAD服务器。
C）通讯协议：
TCP/IP、IPX.
D）应用服务：
存储本地用户帐户的安全信息服务（SecurityAccountsManager）、提供RPC支持、文件、打印以及命名管道共享服务（Server）。
NetworkConnections服务、COM+EventSystem服务。
IIS4.0以上版本。
RemoteProcedureCall（RPC）Locator服务。
E）数据库：
SQLSERVER2008、ORACLE9i、DB2、SYBASE、ACCESS97以上任意数据库。
管理端功能采用RethinkDB面向对象的数据库。
F）平台环境：
.NET版本要求Framework4.5以上版本。
G）系统架构：
采用C/M/S、B/M/S和中间件标准三层结构体系。
1.9开发环境
A）MicrosoftVisualStudio6.0开发环境.
B）MicrosoftVisual.NET1.0（Framework4.5以上版本）。
C）MicrosoftVisualStudio2005/2008/2010/2013
D）客户端支持C/M/S、B/M/S访问方式。
E）中间件技术COM+/DCOM、.NETRemoting。
第2章软件系统组成
2.1软件技术架构
汽车制造企业智能设备自动化控制建设方案的架构设计遵循平台化、组件化的设计思想，采用B/S应用模式为主，C/S应用模式为辅的混合应用模式，并采用统一的数据交换、统一的接口标准、统一的安全保障。
总体上采用SOA（Service-OrientedArchitecture）架构模型。
各种服务按多层模式组织，这种多层架构可以搭建松散耦合、易于复用、可扩展性强的应用，除了方便软件开发的组织和实施外，亦便于日后系统的维护和扩展。
SOA架构模型则可以更好地满足系统的组件化、互操作、模块化、可伸缩等特性，实现当前或今后信息化建设中更多的资产重用，快速响应业务需求变化，SOA架构具有的规范统一性和高度的开放性可以保证花都宝井信息化建设的不断扩展。
系统基于三层架构进行设计，由下至上为三层主框架：
数据服务层（细分为数据访问层和数据层）、业务层（细分为业务支撑层和业务应用层）及用户展现层（细分为展现层和用户层）。
系统总体架构如下图：
2.2系统拓扑结构
第3章软件系统
汽车制造企业智能设备自动化控制建设方案按功能分：
设备监控系统、设备故障管理系统、故障统计分析系统、生产信息管理系统、焊接群控系统、组织管理系统、维护终端系统、系统服务和数据库系统。
3.1设备监控系统
设备监控系统主要对库卡机器人、西门子机器人和博士焊机的接入，并实时接入智能设备的运行状态数据，并进行大数据分析和过滤，将数据保存到数据库，并对设备运行状态发送到工控机进行显示，系统功能包括：
1、库卡机器人接入和监控
通过系统协议控制器将库卡机器人发送的数据转发到服务中心，由服务中心转发到监控系统
库卡机器人接入
2、西门子机器人接入和监控
通过系统协议控制器将西门子机器人发送的数据转发到服务中心，由服务中心转发到监控系统
西门子机器人接入
3、博士焊机接入和监控
通过系统协议控制器将博士焊机发送的数据转发到服务中心，由服务中心转发到监控系统
博士焊机接入
相关案例截图：
3.2设备故障管理系统
设备故障管理系统是通过将采集的设备状态信息进行分析，并按照设备故障参数分析设备故障和确定故障位置，将相关信息发送到相应的工机进行显示。
并在此基础上实现对设备故障维修流程的管理。
设备故障管理系统功能包括：
1、设备故障字典管理
对不同的设备故障信息进行增、删、改和查。
2、设备故障信息
设备发送的故障信息进行查询
3、设备故障分析
分析设备故障，并且定位故障出现的位置
4、设备故障信息转发
设备故障信息发送给第三方系统或者工机
5、设备故障树管理
设备故障树作为设备故障处理的知识库，通过将隐性的经验型知识显性化，实现对设备故障维修工作的指导。
该功能提供对不同机型各种故障处理经验的增、删、改、查。
相关案例截图：
6、设备故障管理
接收故障信息并自动生成故障维修申请，并支持对后续整个维修流程的管理，包括维修任务的派工，维修结果的录入及维修结果的验收。
相关案例截图：
3.3故障统计分析系统
故障统计分析系统对设备故障信息按照日、周、月、季度、年，以及故障位置、原因等进行分类统计，并形成统计报表。
相关案例截图：
故障统计分析系统功能包括：
1、日统计管理
对设备故障信息按日进行统计和查询。
2、周统计管理
对设备故障信息按周进行统计和查询。
3、月统计管理
对设备故障信息按月进行统计和查询。
4、季度统计管理
对设备故障信息按季度进行统计和查询。
5、年统计管理
对设备故障信息按年进行统计和查询。
6、故障位置统计管理
对设备故障信息按位置进行统计和查询。
7、故障原因统计管理
对设备故障信息按原因进行统计和查询。
3.4生产信息管理系统
生产信息系统是通过将采集的各生产线的产量信息存入信息交换中心，并将其转发到管理系统在相应的工机进行展示。
生产信息管理系统功能包括：
1、生产信息采集
通过系统协议控制器采集各生产线的产量信息，并将其转发给管理系统。
2、生产信息监控
通过可视化图形界面实时展示各生产线的生产节拍、生产产量及变化状况，实现对生产现场情况的实时监视。
相关案例截图：
3、生产信息统计
对采集到的生产信息从时间及空间粒度进行各级统计，如时间上按班次、日、周、旬、月、季度、年等；空间上按生产线、车间等。
形成各种统计报表及变化曲线等图形化统计结果，便于管理层针对数据进行深层分析后制定决策。
相关案例截图：
3.5焊接群控系统
焊接群控系统主要对博士焊接机状态进行监控，并对焊接机进有序控制，主要功能包括：
1、焊机接入
通过协议控制器对焊机数据解释为系统数据，发送到系统。
2、焊机状态监控
焊机发送的状态信息进行实时显示
3、焊机群控
给焊机发送序列控制指令，控制焊机执行序列
3.6组织管理系统
3.6.1用户管理系统
用户管理系统对登录平台中各个子系统的用户信息进行创建、查询、修改和删除；同时，分配用户所在单位，已经用户在组织中的角色和权限等。
功能包括：
用户组织管理：
对用户和相关组织关系管理
用户角色管理：
对用户在相关组织的角色进行管理
用户权限管理：
对用户在相关组织的权限进行管理
相关案例截图：
3.6.2角色管理系统
角色管理系统对组织中的各种角色进行定义、控制和管理。
功能包括：
组织角色管理：
组织中的角色和角色关系进行管理
角色权限管理：
角色的权限进行定位、查询、修改和删除等操作
用户角色管理：
对用户在组织中的角色进行管理
相关案例截图：
3.6.3权限管理系统
权限管理系统对组织级组织中用户使用平台资源的权限进行管理。
功能包括：
组织权限管理：
组织在平台中权限进行管理
角色权限管理：
对角色的权限范围进行管理
用户权限管理：
对用户的权限进行管理
相关案例截图：
3.6.4部门管理系统
部门管理系统定义组织中部门信息，已经部门结构、部门角色、部门权限以及部门用户等管理，功能包括：
组织部门管理：
组织部门的创建、修改、查询等管理
部门角色管理：
部门角色的定义、修改、查询等管理
部门权限管理：
部门角色权限的定义、修改、查询等管理
部门用户管理：
部门用户的定义、修改、查询等管理
3.6.5组织机构管理系统
组织机构管理系统，是一套和现实中企事业单位管理结构相同的用户管理系统，通过这套系统就可以实现对企事业单位的无纸化办公及移动办公。
功能包括：
上级组织管理：
对上级组织进行定义、修改、查询等管理
下级组织管理：
对下级组织进行定义、修改、查询等管理
机构关系管理：
对组织之间的上下级关系进行管理
相关案例截图：
3.7维护终端系统
主要用于整个系统维护，具备远程维护功能。
界面示意图如下
3.8系统服务
汽车制造企业智能设备自动化控制建设方案的核心引擎是协同中间件系统，主要的功能是连接客户终端和数据库，并且处理算法、设备接入、转发数据、系统认证等。
用于数据库代理服务，所有与数据库相关的业务，包括用户认证，用户权限认证，终端设备相关信息等都通过该系统提供服务，该系统对外提供统一的命令接口，便于系统的安全维护。
示意图如下
3.9数据库系统
目前的数据库系统有：
关系数据库系统和非关系数据库系统。
主流的数据库系统是关系数据库，因其支持结构化查询，存储量大等多种优点，而被广泛采用，但是其最大的缺点是存储、查询非关系化数据库较困难；而非关系数据库系统与其相反。
我们两种数据库都将采用，非关系化数据库用于存储属性信息和系统的认证；关系数据库用于存取结构数据。
主流关系数据库有ORACLE/DB2/SYBASE/SQLSERVER
第4章安全系统
系统安全是指为认证用户设备信息、设备状态信息、设备属性的信息服务和重要数据服务。
为认证用户提查询设备信息和控制设备。
为用户提供其他相关信息的服务。
认证中心：
根据用户和密码提供，用户可得到汽车制造企业智能设备自动化控制建设方案管理系统的服务及权限。
4.1软件系统安全
软件系统的安全主要是通过，在系统中设置CA服务器来完成的，每一个用户的登录和操作都要做相应的身份验证，以便保证具有合法权限的用户操作相应系统模块。
4.2技术指标
●最大用户数量：
10万个（服务器资源要求由相应的提高）
●通信体制：
支持常规无线通信系统和集群通信系统等多种通信系统，支持30多种无线通信协议的接口，使用单一频率或多个频率。
●通信功能：
具有话音与数据自动切换功能，使系统既能传输数据又能保持原有通信系统的所有通话功能。
●入网方式：
用户开机自动上网，关机自动下网。
●目标存储：
采用数据库技术存放目标信息，以进行检索和重演。
●目标信息传送：
根据需要在不同监控中心之间通过计算机网络传输相关信息。
●支持网络环境：
可以十分容易配置为网络运行环境，实现资源共享，或单机运行。
●开放接口：
可以同企业已有系统对接，实现数据共享。
提供基于标准TCP/IP协议的访问接口。
●支持各监控终端或监控分中心通过局域网、INTERNET、WAP等方式与中心平台互连；本系统可链接20万多个监控端。
第5章项目实施
1、组织机构、工作人员及项目管理
一套健全有效的组织和领导机构是贯彻系统规划设计意图、顺利进行项目实施汽车制造企业智能设备自动化控制建设方案重要条件和保证。
在汽车制造企业智能设备自动化控制建设方案实施启动之初，首要的是足见其是与本项工程实施和管理的全套组织和领导机构。
从实施和管理的职责看，这套组织应该是完整配套、符合实际需求的；从人员构成素质看，这套组织应该是精炼高效的。
1）项目组织结构
项目组织机构由用户单位和系统开发公司共同成立，采用项目领导组领导下的各级项目组长负责制，并明确规范各组的职责及各组之间的相互关系，同时确定用户单位和公司双方之间的分工与责任。
这种组织结构是我们公司在多个工程项目中采用，并被验证为行之有效的工程组织方案。
其组织结构图如下：
2）项目组织职责
（1）项目领导组
负责用户单位系统软件开发和应用系统集成实施的统一领导，在实施过程中
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