智能工廠即插即用解決方案研究檢視原始碼討論檢視歷史

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智能工廠即插即用解決方案研究本文針對智能工廠動態擴展和設備動態接入的典型應用場景，提出了一種即插即用解決方案，並指出基於OPC UA的模型構建和配置自動生成服務是支撐該解決方案關鍵技術。藉助即插即用技術，用戶將能夠有效的提升智能工廠工程實施的集成效率，降低實施成本，並縮短因工程實施而停工停產的周期。

關鍵詞：智能工廠；OPC UA；即插即用

案例背景介紹

1　引言

即插即用最早出現在計算機領域，指計算機上加上一個新的外部設備時，能自動偵測與配置系統的資源，而不需要重新配置或手動安裝驅動程序。近年來，隨着工業4.0相關技術的應用落地，工業上使用的控制器模塊也表現出對即插即用技術的強烈需求：當控制器模塊添加到工業網絡中，生產系統將能夠自動發現該模塊，並根據已有規則，自動（或半自動）的對生產過程中的控制器進行工藝變更，並對生產系統的監控過程進行更改。藉助即插即用技術，用戶將能夠有效的提升智能製造工程實施的集成效率，降低實施成本，並縮短因工程實施而停工停產的周期。在世界範圍內，德國工業4.0組織及企業是目前國際上即插即用技術最主要的推動者，其動機在於通過該技術促進本國各隱形冠軍企業的工業生產裝備及系統能夠以更高效的方式集成在一起，從而有效降低實施成本，提高用戶體驗。

案例實施與應用情況

2　問題的提出與解決方案

2.1　示例應用場景介紹

以一條啤酒生產為例，在世界盃期間，各啤酒廠商均需要對自身產線進行調整，從而提高啤酒的產能，並在世界盃結束後將產能恢復正常的生產。以目前的自動化技術程度來看，達到上述目標需要廠商對自動化產線進行大量的工程再配置，如圖1所示，其中所需完成工作包括：

（1）設備改造：增加啤酒灌裝設備，並調整酒瓶運輸線的布局。

（2）控制系統工程配置：對運輸線工藝進行重新編程與調試，並對新增灌裝設備控制器進行調試。

（3）軟件集成：重新配置上位軟件的工程，並對數據採集及監控邏輯進行調整；將新增設備信息增加到MES系統資產列表，從而供排產與維修等功能模塊進行使用。

（4）展示界面工程：對人機監控界面及報表界面進行工程配置。

上述自動化解決方案會對企業的生產造成以下成本負擔及進度影響：

（1）臨時停產：在各子系統的配置與調試期間，產線將無法正常運行，影響生產效率。

（2）項目管理難：一套系統中由多個子系統組成（PLC、HMI、MES），且需要由不同的專業團隊進行改造，管理與協調難度大。

（3）集成效率低：不同系統間通訊方式不統一，集成工作繁瑣費事。

2.2　即插即用解決方案

即插即用技術能有效解決上述這種應對生產能力臨時提升而需要進行產線生產能力擴容的場景，如圖2所示，具體應用解決方案包括：

（1）基於智能控制器的可裝卸設備單元：每個生產設備將作為靈活裝卸的獨立組件，無縫集成到產線中。在本案例中，新增啤酒灌裝設備模塊可無縫集成到產線中，而新增運輸線也可以在不改變原有運輸線結構的前提下，對產線的運輸方式進行改造。

（2）自發現：智能生產單元在上線/下線後，會通知用戶與系統，進行後續的工程集成步驟。在本案例中，新增運輸線及灌裝設備均可在接入網絡時將自身信息註冊到設備管理中心。

（3）全/半自動化配置：當新設備上線時，處於全自動化運行模式的配置工具可根據預製規則對設備進行集成，並對產線工藝進行調整。如採用半自動配置模式，配置工具會為操作人員提供簡易的操作界面，並在操作人員確認後產生新的工藝。

（4）產線控制器：具備與智能模塊及其他邊緣控制器的無縫互操作能力，並可執行具有自適應的工藝算法。以本案例為例，灌裝控制器與運輸線控制器可以在不停機的情況下對新增模塊進行集成，同時灌裝控制器可實時告知運輸線控制器當前工位的工作負載狀況，從而為運輸線提供運輸方式（頻率/方向）的決策支撐。

（5）自適應型工業軟件：工業軟件可自動將新增模塊與功能自動納入資產清單，並進行後續的監控、調度與管理，而無需工程人員逐個對模塊進行手動配置。例如在產線調整後的KPI中，MES系統將自動新增灌裝設備的KPI，並在排產模塊中，根據新增設備數量，自動計算出最新的產線產能。