智能工厂即插即用解决方案研究查看源代码讨论查看历史

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智能工厂即插即用解决方案研究本文针对智能工厂动态扩展和设备动态接入的典型应用场景，提出了一种即插即用解决方案，并指出基于OPC UA的模型构建和配置自动生成服务是支撑该解决方案关键技术。借助即插即用技术，用户将能够有效的提升智能工厂工程实施的集成效率，降低实施成本，并缩短因工程实施而停工停产的周期。

关键词：智能工厂；OPC UA；即插即用

案例背景介绍

1　引言

即插即用最早出现在计算机领域，指计算机上加上一个新的外部设备时，能自动侦测与配置系统的资源，而不需要重新配置或手动安装驱动程序。近年来，随着工业4.0相关技术的应用落地，工业上使用的控制器模块也表现出对即插即用技术的强烈需求：当控制器模块添加到工业网络中，生产系统将能够自动发现该模块，并根据已有规则，自动（或半自动）的对生产过程中的控制器进行工艺变更，并对生产系统的监控过程进行更改。借助即插即用技术，用户将能够有效的提升智能制造工程实施的集成效率，降低实施成本，并缩短因工程实施而停工停产的周期。在世界范围内，德国工业4.0组织及企业是目前国际上即插即用技术最主要的推动者，其动机在于通过该技术促进本国各隐形冠军企业的工业生产装备及系统能够以更高效的方式集成在一起，从而有效降低实施成本，提高用户体验。

案例实施与应用情况

2　问题的提出与解决方案

2.1　示例应用场景介绍

以一条啤酒生产为例，在世界杯期间，各啤酒厂商均需要对自身产线进行调整，从而提高啤酒的产能，并在世界杯结束后将产能恢复正常的生产。以目前的自动化技术程度来看，达到上述目标需要厂商对自动化产线进行大量的工程再配置，如图1所示，其中所需完成工作包括：

（1）设备改造：增加啤酒灌装设备，并调整酒瓶运输线的布局。

（2）控制系统工程配置：对运输线工艺进行重新编程与调试，并对新增灌装设备控制器进行调试。

（3）软件集成：重新配置上位软件的工程，并对数据采集及监控逻辑进行调整；将新增设备信息增加到MES系统资产列表，从而供排产与维修等功能模块进行使用。

（4）展示界面工程：对人机监控界面及报表界面进行工程配置。

上述自动化解决方案会对企业的生产造成以下成本负担及进度影响：

（1）临时停产：在各子系统的配置与调试期间，产线将无法正常运行，影响生产效率。

（2）项目管理难：一套系统中由多个子系统组成（PLC、HMI、MES），且需要由不同的专业团队进行改造，管理与协调难度大。

（3）集成效率低：不同系统间通讯方式不统一，集成工作繁琐费事。

2.2　即插即用解决方案

即插即用技术能有效解决上述这种应对生产能力临时提升而需要进行产线生产能力扩容的场景，如图2所示，具体应用解决方案包括：

（1）基于智能控制器的可装卸设备单元：每个生产设备将作为灵活装卸的独立组件，无缝集成到产线中。在本案例中，新增啤酒灌装设备模块可无缝集成到产线中，而新增运输线也可以在不改变原有运输线结构的前提下，对产线的运输方式进行改造。

（2）自发现：智能生产单元在上线/下线后，会通知用户与系统，进行后续的工程集成步骤。在本案例中，新增运输线及灌装设备均可在接入网络时将自身信息注册到设备管理中心。

（3）全/半自动化配置：当新设备上线时，处于全自动化运行模式的配置工具可根据预制规则对设备进行集成，并对产线工艺进行调整。如采用半自动配置模式，配置工具会为操作人员提供简易的操作界面，并在操作人员确认后产生新的工艺。

（4）产线控制器：具备与智能模块及其他边缘控制器的无缝互操作能力，并可执行具有自适应的工艺算法。以本案例为例，灌装控制器与运输线控制器可以在不停机的情况下对新增模块进行集成，同时灌装控制器可实时告知运输线控制器当前工位的工作负载状况，从而为运输线提供运输方式（频率/方向）的决策支撑。

（5）自适应型工业软件：工业软件可自动将新增模块与功能自动纳入资产清单，并进行后续的监控、调度与管理，而无需工程人员逐个对模块进行手动配置。例如在产线调整后的KPI中，MES系统将自动新增灌装设备的KPI，并在排产模块中，根据新增设备数量，自动计算出最新的产线产能。