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基于PLC工業(yè)智能網(wǎng)關的設備聯(lián)網(wǎng)方案

天拓四方 ? 來源:bjttsf ? 作者:bjttsf ? 2025-01-20 14:57 ? 次閱讀

一、行業(yè)背景

包裝制造業(yè)在現(xiàn)代工業(yè)體系中占據(jù)著極為重要的地位,它猶如產(chǎn)品走向市場的 “保護神” 與 “形象大使”。在當今全球化的商業(yè)環(huán)境下,包裝制造企業(yè)面臨著諸多挑戰(zhàn)與機遇。隨著消費者需求的日益多樣化和市場競爭的白熱化,企業(yè)必須在保證產(chǎn)品包裝質(zhì)量的同時,不斷提升生產(chǎn)效率、降低成本并優(yōu)化管理決策。

在包裝制造的生產(chǎn)流程中,涵蓋了從原材料的輸入、加工處理、包裝成型到成品輸出等多個復雜環(huán)節(jié)。例如,在食品包裝生產(chǎn)線上,首先是原材料如紙張、塑料薄膜等的供應環(huán)節(jié),這些原材料需要經(jīng)過嚴格的質(zhì)量檢測后進入加工環(huán)節(jié)。在加工環(huán)節(jié),可能涉及印刷、切割、折疊、粘合等多種工藝操作,每一道工藝都有其特定的設備和參數(shù)要求。最后,經(jīng)過包裝成型的產(chǎn)品還需要進行質(zhì)量抽檢、標識打印等操作才能成為合格的成品出廠。整個生產(chǎn)過程涉及大量的設備、工藝和人員協(xié)作,是一個高度復雜且精細化的系統(tǒng)工程。

從技術(shù)發(fā)展的角度來看,包裝制造行業(yè)正處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮之中。傳統(tǒng)的包裝制造企業(yè)往往依賴人工經(jīng)驗和簡單的機械自動化設備,這種生產(chǎn)模式在面對日益增長的個性化定制需求和高效生產(chǎn)要求時逐漸力不從心。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展,為包裝制造企業(yè)的智能化升級提供了強大的技術(shù)支撐。其中,PLC作為工業(yè)自動化控制的核心設備,在包裝生產(chǎn)線的設備控制、工藝參數(shù)調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮著關鍵作用。而 PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關的出現(xiàn),則進一步為包裝制造企業(yè)的數(shù)據(jù)采集、設備聯(lián)網(wǎng)和智能化管理提供了有效的解決方案,成為推動行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要力量。

二、企業(yè)遇到的問題

(一)數(shù)據(jù)采集難題

設備兼容性問題

包裝制造企業(yè)通常會使用多種不同品牌、不同型號的設備,這些設備可能來自不同的供應商,其通信協(xié)議和接口標準千差萬別。例如,部分老舊設備可能僅支持串口通信,且采用的是特定廠家的私有協(xié)議;而一些新型設備則可能具備以太網(wǎng)接口,采用通用的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議如 PROFINET、ETHERNET/IP 等。這就導致在進行數(shù)據(jù)采集時,難以找到一種統(tǒng)一的方法來連接和獲取所有設備的數(shù)據(jù),企業(yè)往往需要針對不同設備開發(fā)專門的數(shù)據(jù)采集程序,增加了開發(fā)成本和維護難度。

數(shù)據(jù)采集范圍局限

許多企業(yè)在數(shù)據(jù)采集過程中,僅能獲取設備的部分基本數(shù)據(jù),如設備的運行狀態(tài)(啟動、停止、故障等)和一些簡單的工藝參數(shù)(如溫度、壓力、速度等)。對于一些深層次的設備數(shù)據(jù),如設備內(nèi)部的零部件磨損情況、電機電流和電壓波動細節(jié)、控制系統(tǒng)的詳細報警信息等,難以進行有效的采集。這使得企業(yè)在進行設備維護、故障診斷和生產(chǎn)優(yōu)化時缺乏足夠的數(shù)據(jù)依據(jù),無法深入挖掘設備的潛在問題和生產(chǎn)過程中的優(yōu)化空間。

(二)設備聯(lián)網(wǎng)困境

網(wǎng)絡架構(gòu)混亂

隨著企業(yè)規(guī)模的擴大和設備數(shù)量的增加,包裝制造企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡架構(gòu)往往變得十分復雜。不同車間、不同生產(chǎn)線的設備可能連接在不同的局域網(wǎng)中,這些局域網(wǎng)之間的通信可能受到防火墻、路由器等網(wǎng)絡設備的限制,導致設備之間的數(shù)據(jù)傳輸不暢。此外,部分企業(yè)在網(wǎng)絡建設初期缺乏整體規(guī)劃,網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)不合理,存在單點故障風險,一旦某個網(wǎng)絡節(jié)點出現(xiàn)問題,可能會影響整個生產(chǎn)線甚至整個工廠的設備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)交互。

遠程監(jiān)控與管理困難

在傳統(tǒng)的設備聯(lián)網(wǎng)模式下,企業(yè)管理人員往往只能在工廠內(nèi)部的局域網(wǎng)環(huán)境下對設備進行監(jiān)控和管理。當管理人員需要在外出差或者遠程辦公時,難以實時獲取設備的運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息,無法及時對設備故障進行預警和處理。這不僅降低了企業(yè)的管理效率,還可能因設備故障得不到及時處理而導致生產(chǎn)中斷,給企業(yè)帶來經(jīng)濟損失。

(三)數(shù)據(jù)利用與決策困境

數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴重

由于數(shù)據(jù)采集和設備聯(lián)網(wǎng)的不順暢,包裝制造企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)往往分散存儲在各個設備控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫中,形成了一個個數(shù)據(jù)孤島。這些數(shù)據(jù)孤島之間缺乏有效的數(shù)據(jù)共享和交互機制,企業(yè)難以將不同來源的數(shù)據(jù)進行整合分析,無法從全局角度把握生產(chǎn)運營狀況。例如,生產(chǎn)部門的數(shù)據(jù)無法及時與質(zhì)量控制部門的數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析,導致在產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題時,難以快速定位問題根源并采取有效的改進措施。

數(shù)據(jù)分析能力不足

即使企業(yè)能夠采集到大量的設備和生產(chǎn)數(shù)據(jù),但由于缺乏專業(yè)的數(shù)據(jù)分析人才和有效的數(shù)據(jù)分析工具,往往無法對這些數(shù)據(jù)進行深度挖掘和分析。企業(yè)通常只能進行一些簡單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報表生成工作,如設備故障率統(tǒng)計、產(chǎn)量報表等,無法利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)建立設備故障預測模型、生產(chǎn)質(zhì)量控制模型等高級應用,難以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價值的決策信息,從而無法充分發(fā)揮數(shù)據(jù)在企業(yè)生產(chǎn)運營管理中的作用。

三、解決方案

(一)PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關的功能特性

多協(xié)議轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一接入

PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關具備強大的協(xié)議轉(zhuǎn)換能力,能夠支持多種常見的工業(yè)通信協(xié)議,如 MODBUS、OPC UA、PROFINET、ETHERNET/IP 等。無論是老舊設備的串口協(xié)議還是新型設備的以太網(wǎng)協(xié)議,網(wǎng)關都可以將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標準協(xié)議(如 MQTT 協(xié)議),實現(xiàn)不同設備的數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入。例如,對于一臺采用 MODBUS RTU 串口協(xié)議的包裝機械和一臺采用 PROFINET 協(xié)議的自動化檢測設備,PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關可以分別與它們建立連接,將 MODBUS RTU 協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 MQTT 協(xié)議數(shù)據(jù),將 PROFINET 協(xié)議數(shù)據(jù)也轉(zhuǎn)換為 MQTT 協(xié)議數(shù)據(jù),然后將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到企業(yè)的數(shù)據(jù)中心或者云平臺,從而解決了設備兼容性問題,大大簡化了數(shù)據(jù)采集的過程。

深度數(shù)據(jù)采集功能

該網(wǎng)關不僅能夠采集設備的基本運行數(shù)據(jù)和工藝參數(shù),還具備深度數(shù)據(jù)采集能力。它可以通過與設備的控制系統(tǒng)進行深度交互,獲取設備內(nèi)部的詳細信息。例如,網(wǎng)關可以采集到包裝設備中電機的實時電流、電壓、功率因數(shù)電氣參數(shù),以及設備的控制系統(tǒng)日志、故障報警代碼的詳細解釋等信息。這些深度數(shù)據(jù)能夠為企業(yè)的設備維護人員提供更全面、更準確的設備狀態(tài)信息,有助于提前發(fā)現(xiàn)設備潛在故障,制定合理的維護計劃,降低設備維修成本。

(二)基于 PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關的設備聯(lián)網(wǎng)方案

構(gòu)建靈活的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

利用 PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關,可以構(gòu)建一種靈活、可靠的企業(yè)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。網(wǎng)關作為設備層與網(wǎng)絡層之間的連接樞紐,可以將各個車間、生產(chǎn)線的設備連接到企業(yè)的骨干網(wǎng)絡中。例如,在一個大型包裝制造企業(yè)中,可以在每個車間設置一個或多個 PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關,將車間內(nèi)的包裝設備、檢測設備、輸送設備等連接到網(wǎng)關,然后通過網(wǎng)關將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡髽I(yè)的中心機房或者云平臺。這種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)可以根據(jù)企業(yè)的實際需求進行靈活擴展,當企業(yè)新增設備或者生產(chǎn)線時,只需將新設備連接到相應的網(wǎng)關即可,無需對整個網(wǎng)絡架構(gòu)進行大規(guī)模調(diào)整,有效降低了網(wǎng)絡建設和維護成本。

實現(xiàn)遠程監(jiān)控與管理

PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關支持通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程數(shù)據(jù)傳輸,企業(yè)管理人員可以通過手機、平板電腦或者電腦等終端設備,在任何有網(wǎng)絡連接的地方登錄到企業(yè)的數(shù)據(jù)中心或者云平臺,實時查看設備的運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。例如,當企業(yè)的包裝生產(chǎn)線在夜間運行時,如果某個設備出現(xiàn)故障,網(wǎng)關會立即將故障信息發(fā)送到云平臺,管理人員可以通過手機接收到故障報警通知,并遠程查看設備的詳細故障信息,如故障發(fā)生的時間、故障代碼、設備當前的運行參數(shù)等。管理人員可以根據(jù)這些信息,遠程指揮現(xiàn)場工作人員進行故障處理,或者直接聯(lián)系設備維修人員進行維修準備工作,大大提高了企業(yè)的設備管理效率和應急響應能力。

(三)數(shù)據(jù)整合與分析利用方案

打破數(shù)據(jù)孤島,實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合

PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關將采集到的設備數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸?shù)狡髽I(yè)的數(shù)據(jù)中心或者云平臺后,可以通過數(shù)據(jù)集成工具將這些數(shù)據(jù)與企業(yè)的其他生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)(如訂單數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)等)進行整合。例如,將包裝設備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與訂單管理系統(tǒng)中的訂單信息進行關聯(lián),企業(yè)可以清楚地了解到每個訂單的生產(chǎn)進度、產(chǎn)品質(zhì)量情況等信息。通過建立數(shù)據(jù)倉庫或者數(shù)據(jù)湖等數(shù)據(jù)存儲架構(gòu),將整合后的數(shù)據(jù)進行集中存儲和管理,為企業(yè)的數(shù)據(jù)分析和應用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)來源,有效打破了數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象。

建立數(shù)據(jù)分析模型,提升決策能力

利用整合后的數(shù)據(jù),企業(yè)可以借助大數(shù)據(jù)分析工具和人工智能算法建立各種數(shù)據(jù)分析模型。例如,建立設備故障預測模型,通過對設備的歷史運行數(shù)據(jù)、維護記錄、故障數(shù)據(jù)等進行分析,預測設備可能發(fā)生故障的時間和類型,提前安排設備維護工作,減少設備突發(fā)故障對生產(chǎn)的影響;建立生產(chǎn)質(zhì)量控制模型,通過對原材料數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)等進行分析,找出影響產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵因素,優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù),提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。這些數(shù)據(jù)分析模型能夠為企業(yè)的生產(chǎn)運營決策提供科學依據(jù),幫助企業(yè)優(yōu)化資源配置、提高生產(chǎn)效率、降低成本、提升市場競爭力。

PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關在包裝制造企業(yè)的數(shù)據(jù)采集、設備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)利用等方面具有極為重要的應用價值。通過采用 PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關解決方案,包裝制造企業(yè)能夠有效解決當前面臨的諸多問題,實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級,在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

審核編輯 黃宇

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