基于OPCUA协议的西门子PLC设备故障监测系统开发

2024年2月12日发(作者：雷克萨斯rx300)

-170-科学技术创新2021.05基于OPCUA协议的西门子PLC设备故障监测系统开发李金普韩佳起胡长霆江苏徐州221000）（江苏中烟工业有限责任公司徐州卷烟厂，摘要：为了更好地监测设备运行情况，及时处理设备故障。现开发了设备故障监测系统。它能够实时地监控指定设备的运程序通过OPCUA协议连接KEPServer服务器，行状况，并在Windows窗口程序设备示意图予以显示。开启系统后，当设备发生故并且手机、障，系统会收到PLC的故障信息，显示在本系统消息栏中，同时对示意图上的故障设备做标红警示，电脑的钉钉客户端缩短了故障响应时间，会推送消息提醒。通过本系统的开发与使用提升了生产管理效率，为生产计划、统计提供了翔实可靠的数据支持。关键词：PLC；KEPServer；OPCUA；钉钉中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：2096-4390渊2021冤05-0170-03智能化提出了随着网络科技的发展，传统工业对网络化、手机端实时监更高的要求。为了将机械设备和电脑端可视化、本程序对PLC、窗测、客户端远程控制相结合，OPCUA[1]协议、体客户端的设计编写进行了深入研究。目前在我厂的生产活动中，设备的运行状况可通过生产现场的触摸屏程序获取、显示并发出和控制。当设备出现故障，触摸屏程序会显示故障信息，报警，这时要求现场操作人员或维修人员在第一时间发现并处情况复杂，有理设备报警和故障。但由于生产区域空间跨度大、另外，生产区域些设备的报警信息不能及实地被发现和查看，例如配方库中也存在部分设备信息未被中控系统监测的情况，堆垛机具体故障无法报送，需要操作人员进入库区确认。类似难以实施在情况会导致中控人员无法快速找到设备故障症结，本文开发了一套设备线调整、快速复位等操作。针对以上问题，提高故障监测系统，经测试后，该系统缩短了故障处理的时间，了生产管理效率，降低了生产事故发生的风险。1设备故障监测系统1.1系统主要功能设备故障监测系统是一款基于C#语言的WINDOWS窗体可在装有WINDOWS操作系统和.NETFramework[2]的应用程序。计算机内运行。该系统遵循OPCUA协议将西门子S7-400PLC和程序连接。程序通过订阅的方式接收PLC的故障报警信息，并通过钉钉经过判断和处理后在可视化区域显示故障图标记，群机器人实现手机和电脑端的消息推送。相关操作人员在手机安装钉钉并打开系统通知，可以在第一时间接收到设备故障报警。（PLC中间变量、输出点）用本系统将PLC信息点输入点、[3]MySQL数据库进行管理，将每个信息点的标签，NodeId，地址，区域进行分组。采取订阅[4]的描述，所在区域串联，并根据设备、由OPC服务器（KEPServer[5]）对PLC循环扫描，减轻了前方式，代码优化程度高。端的运算压力。管理方式高效，1.2系统模型本系统模型结构如图1所示，PLC通过西门子TCP/IPEthernet驱动和KEPServer（OPC服务器）连接，建立Tag标签与建立数据PLC上的故障指示I/O和中间变量匹配，并进行分组。将Tag标签的NodeId和相应设备故障信息录入数据库。完库，软件可直接运行，并且每次成服务器和数据库的部署工作后，使用前不需要重新部署。点击建立连接，软件通过OPCUA协议和OPC服务器建立连接，同时建立与数据库的连接。点击开始服务，从数据库表中获取所有NodeId并向OPC服务器请求订阅。当PLC监测点的值发生改变，OPC服务器通过扫描获得该变化，并向软件发送相应的NodeId和值。软件判断该值是否为故障，通过数据库取出该故障点的对应的故障信息，显示在软件内。同时将故障设备在区域图上标红。对故障信息通过REA算法加签、加时间戳的方式进行加密，并转化为哈希值发送到钉钉群服务器所在的OPI[6]接口。利类型、地址等信息实时发送用钉钉群机器人实现将故障位置、到钉钉群的功能。点击停止服务，系统取消对OPC服务器的订阅并断开和OPC服务器、数据库的连接。图1系统模型结构图1.3系统开发过程利用VisualStudio2019发开工具编写基于C#的窗体程序，根据程序主界面获取用完成OPC服务器和数据库的部署工作。户输入的OPC服务器地址建立连接，查询获取数据库表中获取所有NodeId并向OPC服务器请求订阅。当PLC监测点的值发生改变，OPC服务器通过扫描获得该软变化，并向软件发送相应的NodeId和值。当该值为TRUE时，将故障点的NodeId返回数据库查询其相关件判断该点为故障，（如信息。将故障点在设备运行情况示意图上的对应位置标红

2021.05科学技术创新-171-通过RSA算法加签、将KEPServer5软件部署在内网虚图2所示）同时生成故障提醒，加时间戳的KEPServer（OPC服务器）相连，方式进行加密，并转化为哈希值发送到钉钉群服务器所在的拟机上，建立Tag标签与PLC上的故障指示I/O和中间变量匹OPI接口。利用钉钉群机器人实现将故障信息事实发送到钉钉配，并进行分组。群的功能。2.2数据库搭建通过Navicat数据库管理工具导入采用Mysql数据库服务，（如图3所示）。Tag相关的NodeId和故障信息2.3TCP/IP协议为了实现将设备报警信息编码向钉钉服务器提供的OPI需部署TCP/IP协议。用于实现软件接口的网络功能接口发送，及数据传输功能。TCP/IP将应用、表现、会谈三层整合成一个应用层，在应用层上面可以实作的程序协议有HTTP,SMTP,DNS等等。传送层则没有变，不过依据传送的可靠性又将封包格式分为连接导向的TCP及非连接导向的UDP封包格式。网络层也没有变，主要内容是提供了IP封包，并可选择最佳路由来到达目标IP地址。使得软件的网络选择更加稳定。2.4软件接口2.4.1网络接口（1）：用于介入OPCUA协（2）议与OPC服务器的连接。DingTalkOPI：用于向钉钉服务器图2软件内设备运行情况示意图发送推送消息，调用钉钉群机器人服务。2OPCUA在故障监测系统中的应用2.4.2数据库接口OPC是用于在工业自动化领域和其他行业中安全可靠地：用于关联数据库和系统监测区域的实时更新。确保来自多个供应在数据封装时，交换数据的互操作性标准。它独立于平台，网络分层中的每个层相互之间会用接口进行交商的设备之间的信息的无缝流动。OPC基金会负责开发和维护互并提供服务，其中应用层与用户之间的接口称之为应用程序协议的集合，本标准。接口。API实际上是一种功能集合，也可说是定义、OPC标准是由行业供应商，最终用户和软件开发人员开发无论是那种集合，它的实质都是通过抽象为用户屏蔽实现上的的一系列规范。这些规范定义了客户端和服务器以及服务器和细节和复杂性。监控报警和事件，访问服务器之间的接口，包括访问实时数据，3系统测试与应用效果实现历史数据和其他应用程序。目前，设备故障监测系统已部署在配方库的虚拟机上，（1）支持跨平台了对配方库A线、OPCUA的技术优点主要有：与平台无关，B线、C线、配方库出库、托盘回收等区域的全（2）（3）应用，可应用与任何系统上。配置与维护更加方便。通讯面监控。收录了配方库PLC上1235个监测点，并实现了实时监（4）设备故障监测系范围更广、通讯性能更强。通讯更加安全。控。本系统每100毫秒对监测点进行实时扫描。（如图4所示）2.1OPC服务器搭建统的设备运行示意图能够直观地反映设备运行的西门子PLCS7-400通过西门子TCP/IPEthernet驱动与状态，故障发生的位置。改变了以往单调的文字描述，图文并茂地展示故障信息，便于操作和维修人员迅速准确地进行判断。软件采集的故障信息生成完备的日志文件，详细记录设备故障历时，为统计、溯源、分析设备故障症结提供了依据。图3Navicat管理Mysql数据库图4设备故障监测系统界面手当设备出现故障时，本系统自动推送报警信息到钉钉群，机钉钉客户端收到了报警信息，如图5所示。本系统推送的故障信息历史记录将生成日志文件，可供后期查阅和整（转下页）

-172-科学技术创新2021.05CTC集成技术在电动汽车电池布置中的应用张涛（上海）有限公司，（恒大恒驰新能源汽车研究院上海201613）并解决布置上的实际问题。通过对摘要：本文的主要目的是通过对电池集成方案的对比分析，寻找一种最优的集成方案，电池集成方案的分析，CTC方案的主要贡献体现在：a.提升空间利用率增加电量15%-25%；b.减重10kg-15kg；c.电池也作为结构件的一部分承载一定的载荷。关键词：CTC；电池布置；电池密封中图分类号：U469.72文献标识码：A文章编号：2096-4390渊2021冤05-0172-03随着电动车市场的日益兴旺，消费者对电动车性能的需求也智能驾驶、电池安全等方面。各逐渐清晰，并主要集中在续航里程、大主机厂也清晰地认识到这些需求并在研发阶段做出了积极的应对，针对其中最受关注的续航里程上的研究付出的努力是最大的。在电池类型、电对于增加续航里程，最直接的就是增加电池电量，想要在短期内获得突破极材料、能量密度等现有电池技术前提下，是非常困难的事情，因此在汽车有限的空间内寻找一种最优的电池集成方案就成为能够有效提升整车续航里程的研究课题[1]。传统的集成方式是由电芯组成模组，再由模组构成电池包，最后将电池包安装到车身地板上。目前新的研究方向是意图将电芯也直接集成到车身上，此项技术能够最大程度的提升空间利用率，从而提升电池电量，达就是说能在相同的空间内布置更多的电池，到增加续航里程的目的。1项目概况公司决定通过技术为了增加车型续航里程，提升市场竞争力，预研寻找新的机会，策划与供应商合作在新平台上开展提升电池容量的预研项目。本文主要通过对比市场主流企业的技术发展方案，分析每种在综合技术路线的优点和缺点，同时分析了电池集成的发展趋势，评估了供应商提供的技术条件后，最终决定采用CTC的电池集成整车重量、续驶方案继续开展分析工作。并对电池具体布置方案、从技术可里程影响、电池密封、电池装配工艺等开展详细的分析，并最终决策实施方案。行性的角度进行横向对比，2典型电池集成方案对比分析对电池集成的趋势可以从电池模组变化的趋势来分析。对于整车厂和电池供应商来说都希望在有限的空间内装载更多的电因此出现了从小模组、芯，并通过模块化、规模化实现成本的降低，中模组、大模组到超长模组的进化过程。可以看出演变的过程是从小模组到大模组甚至无模组的趋势。这种形式虽然提升了电池内因此考（转下页）部的空间利用率，但增加的电池电量是有限的，理。提高了生产管理效率，降低了生产事故发生的风险。图5钉钉群消息推送页面4结论设备故障监测系统的开发解决了现场操作人员由于工作区域大无法一直实时监控设备运行状态的问题。使操作人员将产品质量上，间接提升产品品更多的注意力放在对过程、工艺、质，同时解决了现场操作人员与维修人员沟通时对设备故障描述不准确的问题。本系统有效地填补了中控系统对库区设备的监测空白，使得一些原本只能在现场触摸屏上的故障信息可以在虚拟机上远程监测。提供可视化界面辅助辨识，同时向手机实时推送报警信息。这一功能有效地避免了现场操作人员由于复杂的生产现场情况而遗漏设备报警。提高了生产管理效率，降设备故障监测系统的开发和使用，低了生产事故发生的风险，提高了故障判断的准确性，缩短了故障处理的时间，为生产计划、统计提供了翔实可靠的数据支持。也是徐州卷烟厂智能化、信息化的体现。参考文献[1]孙杭，王有为，陈银桃，罗冰.OPCUAPUB/SUB模式的研究与实现[J].工业控制计算机，2020（12）.[2]宋庭新，李轲.基于OPCUA的智能制造车间数据通信技术及应用[J].中国机械工程，2020（14）.[3]禹鑫燚，殷慧武，施甜峰，唐权瑞，柏继华，欧林林.基于OPC2020，47（S2）：UA的工业设备数据采集系统[J].计算机科学，609-614.[4]黄铮，朱学海.OPCUA发布/订阅模式在电能质量仪表上的应用研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2020，20（12）：53-57.[5]李苗.KEPServerEx在煤矿综合自动化、信息化集成平台中的应用[J].科技视界，2014（30）：293，295.[6]李红永.Python监听服务器业务并利用钉钉机器人实现报警[J].中国有线电视，2020（08）：900-903.（1987-）作者简介：李金普，男，汉族，山东枣庄人，工作单位：江苏中烟工业有限责任公司徐州卷烟厂生产制造处，研究方向：烟草机械，本科，工程师。