铸造行业底层物联网技术应用浅析.pdf

从概念演进角度,物联网的概念 、 内涵与外延  的丰富 ， 大致经历了  RFID（射频识别 ） 、 M2M（机器  对机器 ） 、 MTC（机器类通信 ） 、 WSN（无线传感网 ） 、  UN（ 泛在网 ） 、 USN （泛在传感网 ） 、 NB-IOT（窄带  物联网 ） 、 I0T（物联网 ） 、 II0T（工业物联网 ） 的过程 。同时 ， 网络上各种概念 、 架构 、 模型 、 边界等也  层出不穷,面对各种不同的见解 ， 铸造行业底层物  联网技术应用如何落地 、 如何实施,是一线工程师  最为迷茫的问题 。1 感性认知 --- 物联网是什么层面  出如  的概念与物联网是通过感  ， 定协议 ， 连接物 、 人 、 系统和信息资源 ， 实现对物理和虚拟世界  的信息进行处理并作出反应的智能服务系统叭  工业物联网是通过工业  的网络  连 、  通和系  ， 实  造  的  、造过程的  行 、 造工  的  和造  的  应 ，  的  用 ， 构建服务驱动型的新工业生态体系叫收稿日期 ％  2019-09-06 0 修订日期 ％  2020-01-11作者简介: 刘亚宾 （1983-） ,男 ， 高级工程师 ， 硕士 ， 现主要从事物联网与软硬件系统集成工作 。 E-mail: LHDAS2006@163.com2 理性认知 --- 物联网有啥用，  、 网络  、  的概念泛接  ，  实施时  、  的实 ， 令大多数铸造工厂望而却步 。 在很大程度上 ，、 投入产出  等 ， 左着物联网的规划认知与实施进程 。另一方面,数据 ！ 信息 ！ 知识 ！ 价值,数据 、  信息 、 知识 、 价值是一个递进实现的过程叫数据本  有价值 ,只有结合实际的工艺过程与物理值  映射转换 ， 与统一时间基准的背景  相关联 ，  才转换为信 ； 信与 、 判等识结 ，  通过逻辑推理 、 统计分析 ， 给出合规与否的判断结  果 ， 或质量改善 、 异常  议等之后 ， 数据此时才具有价值 （ 如进行健康评估 、 性能预测 、 质量预  警 、 故障诊断等）,最终体现在无忧生产 、 知识完  备 、 提质降本增等需求上 ， 即物联网实施的终极  意义所在 。3 技术认知 --- 物联网长啥样标准层面给出了目标对象域 、 感知控制域 、 服  务提供域 、 运维管控域 、 交换域 、 用户域等六  域模型的参考体系结构叫同时给出了各域的范围  与边界 ， 及各域之间的接口要求叫61第 55 卷 中国铸造装备与技术结合铸造行业特色 ， 底层物联网系统架构与  技术架构示例如图 1 、 2 所示 。 根据关键的工艺流  程 ， 将铸造实体工厂逻辑划分为不同智能生产单  元 （ 如成形 、 熔炼 、 精整 、 砂处理等 ） ， 各单元由对应  的设备 、 智能单元控制与管理系统组成 ， 通过单元  级的数字化 、 网络化 、 智能化实施带动工厂级的数  字化 、 网络化 、 智能化 。其中 ， 单元设备为最外围环形区域所示 。 根据  系统集成所使用的通信协议 ， 可将设备归为标  准协议设备 、 非标协议设备 、 第三方 OPC设备与  RDB设备四类 。 通过 OPC、 IOT、 数据库 、 数据总线  等接口 ， 实现智能单元控制与管理系统对生产过  程中设备 、 生产 、 质量 、 成本 、 EHS、 人员等维度数  据的  中管控 ，  系统  联  通作的目标 。 进而通过云网关功能模块 ， 实现设备的  关键参数上云 。4 实践认知 --- 物联网怎么玩设备  工艺流程  的走:调研 、 参数 、 数据 、 流程 、 概念 。4.1信息调研内容包括但不限于工厂网络架构及设备清  单 、 设备及信息管理系统服务器清单 、 关键质量控  制点 、 设备与  单数据集成 、 生产工艺流程 、 生产过程  控与管理  单 、  业  为  的其  <4.2参数梳理设备 、 生产 、 质量 、 成本 、 EHS、 人员六个维  度 ， 分单元 、 分工序 、 分工  理各过程所需关， 将各  的  、  、  数图 1 铸造行业 底 层物联网系统架构示例远 程平台-62  -刘亚宾 ， 等 ： 铸造行业底层物联网技术应用浅析 第 2 期铸造行业底层物联网技术架构示例图 2源 、 控制逻辑 、 输出参数 、 功能用途等属性补充完  毕 ， 并与工艺 、 技术 、 工长 、 操作 、 维护等人员共同, ， 与  网方的4.3数据采集与解析铸造行业底层物联网技术的应用难点与落地  关键 ， 于底层设备与上层  管理系统的数据交互 ， 同时满足易用性与实时性要求 。以工程经验为例 ， 综合应用 KEPServerEX OPC Server各种驱动 ， 搭建统一的数据采集与交  互平台 ， 以实现上述要求 。数据解析方面 ， 应用如下设备数据: Siemens TCP/IP Ethernet、 Modbus Ethernet^Beckhoff Twin- CAT、 Mitsubishi FX Net、 Omron FINS Ethernet、  OPC UA^Fanuc Focas Ethernet 等驱动解析标准  协议设备数据 ； User-Configurable(U-CON)驱动  解析非标准协议设备数据 ； OPC DA Client驱动  解析第三方 OPC设备数据 ； ODBC Client驱动解  析数据  设备数据对于使用小众 PLC产品的设备 ， 可采用软硬  件结合的式 ： 硬件方式如无锡北辰的松下 、 光  洋 、 基恩士 、 富士 、 台达 、 永宏 、 丰炜 、 信捷等转换模  块 ， 将 PLC内部协议转换为标准的 Modbus Eth­ernet 协议;软件方式如竹菱的 DeviceXPlorer OPC Server,采集横河 、 日立 、 基恩士 、 夏普 、 富士等 PLC 数据 ， 再通过 OPC DA Client驱动将之纳入  KEPServerEX OPC Server 中 。对于无 PLC控制器及不便布线的设备与场  合,可采用 MOXA网关模块 、 研华数采模块及思  为无线模块应对 ， 或增加性价比较高的 Smart S7-200、 Modicon M221 PLC控制器进行数据采  集 。-63第 55 卷此外 ， 还可借助 KEPServerEX 的 Simulator与  Advanced Tags驱动 ， 进行不同设备间数据的关  联 、 分配及简单的算术逻辑运算 ， 尤其适用于 PLC 程序不开放场合 。数据接  口方面 ， KEPServerEX OPC Server 提  供  OPC DA、 OPC UA、 IoT Gateway（REST、 MQTT）  接口 ， 供上层信息管理系统调用 。 值得推荐的是,  与  OPC DA 接口不同 ， OPC UAvIOT Gateway 接  口不受本机异机及操作系统限制 o上述软硬件组合 ， 可解决现场 90% 以上的数  据问题 。4.4流程再现主要体现在软件系统 、 硬件设备 、 人的参与三  要素的共同协调作用 ，  程的软硬件集成再现 ， 即通过软硬件系统的互联互通互操作 , 现物资与数据流的同步 。 需要重点关注的有  需要  系统使用 ， 单独列出变量在各个系统中调用及算术逻辑处理流  程 ， 统一集中规划确定后再实施;与数据相结合 ，  逆向思维 ， 问题与功能需求驱动 ， 体现数据的价  值 。4.5概念整合软硬系统功能的传统概念边界 ， 将相  关  分  组合 ， 以  合现场  与管理实际的概念 ， 以简便 、 可靠 、 易理解操作为原  则 ， 借助软件编程实现整合 。 以熔炼单元控制与管  理系统  ， 系统  管理 （ 如接  、计划跟踪等 ） 、 过程控制 （ 如生产准备 、 烤包 、 配料 、  熔炼 、 成份调整 、 过热 、 出铁 、 变质处理 、 取样 、 铁水  转运 、 浇注等 ） 、 生产成本管理 、 设备管理 （ 如设备  、  、 设  ） 、 统分  。5 趋势认知 —— 物联网往哪走立足于嵌入式 、 电气 、 PLC、 运动控制 、 通信等  基础 ， 针对工厂部分数据无自动采集方案或代价  过大 、 软硬件系统信息孤岛或与  安全不兼  中国铸造装备与技术顾 、 数据无价值等通病进行以下研究 。深入研究人工智能 、 机器学习 、 深度学习等技  术 ， 以高性价比方案 （ 如图像识别 、 语音识别等 ） ，  实现生产过程监控与管理所需数据 100% 自动采  与传输 。深入研究 OPC、 数据接口 、 NoSQL等技术 ， 在  工控安全部署环境下 ， 以 CT打通 IT与 OT,实现  所数据在底层设备与传感 、 信息管理系统 、 远程  运维云平台之间透明解析与互联互通互操作 ， 以  及物质流与数据流的同步 。深入研究信号理 、 特征提取 、 健康评估 、 性  能预测 、 质量预警 、 故障诊断等技术 ， 提升数据质  与信息密度 ， 过范  建模与  度建模 ， 搭建仪  表盘 、 自助分析 、 图表 、 雷达图等可视化指标与决  策驾驶仓 ， 实现数据 、 信息 、 知识 、 价值 （ 智能 ） 间转  换的良性循环 。6 小结在机器换人 、 黑灯工厂概念盛行的当下 ， 铸造  行业底层物联网技术应用体系中 ， 人的作用到底  如何定义,是一个仁者见仁智者见智的话题 。结合铸造行业特色 ， 我们认为在软硬件系统  实现 ，  对  的  下,软件系统为主  ， 人是 “ 设  ， 其作用为运动员 、 裁判员 、 教练员三位一体 。 即在软件系统的指导下 ，  人作为生产系统组成的有机组成部分 ， 延伸硬件  设的输入与输  、 依据  及信息背景对软件系统的建议作出判定与确认 ， 以及总结  性问题  ， 性问题的  ， 解决可  的问题到  可  的问题 ， 知识  反向迭代至软硬件系统中 ， 进  制造系统源头可  及不可  问题 ，  现  的无参考文献 ：#1] GB/T 33745-2017,物联网术语⑸•北京 ： 中国国家标准化管  理委员会，2017.64刘亚宾 ， 等:铸造行业底层物联网技术应用浅析 第 2期⑵  中国电子技术标准化研究院 .工业物联网白皮书 [R].北京 ， [5] GBT 35319-2017,物联网系统接口要求 [S]• 北京 ： 中国国家  2017. 标准化管理委员会 ， 2017.⑶  李杰 • 从大数据到智能制造 [M].北京:上海交通大学出版社 ，2016.[4] GB/T 33474-2016， 物联网  参考体系结构 [S]• 北京 ： 中国国家  标准化管理委员会 ， 2016.Application analysis of the bottom Internet of Things technology in the foundry industryLIU Yabin, YANG Jun, CHANG Tao(Kocel Intelligent Foundry Industry Innovation Center Co., Ltd., Yinchuan 750021, Ningvia China) Abstract： Based on the characteristics of the foundry industry, through the summary and reflection of engineering practical experience, from the perspectives of perceptual cognition, rational cognition, techni­cal cognition, practical cognition and trend cognition, the application idea of bottom Internet of Things in foundry industry has been clarified. The role of people in the Internet of Things has been elicited, that is, people are “equipment people“. It provides technical reference for on-site engineers in the foundry industry.Key words： Foundry industry; Bottom Internet of Things; Data acquisition and interaction platform; In­terconnection and interoperability|明志科技 “ 精密组芯铸造工艺及智能装备设计中心 ” 被评为 “20#9 年 j j 度苏州市工业设计中心  jf it 根据 《 关于组织开展 2019 年度苏州市工业设计中心申报工作的通知 》 ,经过企业申报 、 主管部门+市工信局组织专家评审,明志科技股份有限公司的 “ 精密组芯铸造工艺及智能装备设计中心 ”  I； 被评为 “2019 年度苏州市工业设计中心 ” 。  t明志科技  精密组芯铸造工艺及智能装备设计中心 ” 为  心  铸造  业  求为|向 ， 从提供产品的制造商转化为 “ 绿色智能装备 +专业技术服务 +全生命周期增值服务 ” 的最佳系统|  通过对精密组芯铸造工艺技术的深入研究 ， 建立工艺因子的相关模型 ， 创造不断  智能铸造装备 ，  通  装备及工艺  铸  ，  通制芯技术  研究 ， 芯  及  能  理及技术制  ，  关技术  化， 构  精密组芯铸造  系统  体系:明志科技 ） |4 —4—4 —4 —4 —4 —4 —4 —4—4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4——4—-65  -