（检测技术与自动化装置专业论文）工业自动化设备管理系统的研究与设计.pdf

浙江大学硕l 学位论文工业自动化设备管理系统的研究0 设计 摘要 设备管理以设备本体为研究对象，以智能化为基础，利用信息化平台，在承 认设备老化的前提下，通过一系列技术、经济、组织措旌，为设备维护提供科学 管理。国外对设备管理系统的研究比较早，现已进入了相当完善和先进的阶段， 形成了包含辅助决策的综合设备管理信息系统。国内对设备管理系统的研究与应 用仍然处在比较落后的阶段。 本文从工程应用实际出发，针对工业自动化设备管理信息缺乏、维护工作量 大、维护方法落后，对一些关键设备、重点设备的管理亟需加强，并且与其他管 理系统间的信息流通很少的现状，分析了系统进行设备管理的重要性，描述了工 业自动化设备管理系统结构模型，并给出设计和实现设备管理系统的方法。同时 以d c s 控制系统本体管理为例，具体分析了整个设计过程，给出了完整的实现 方案，这种方案具有普适性，同样适用于其它自动化系统如p l c 、s c a d a 以及 现场总线控制系统。本文在设备管理方面所作的研究与设计主要包括以下几点： 1 应用设备全生命周期管理概念，定义设备的管理数据模型、设计数据库， 同时生成设备的经济、技术评价指标，方便公司领导、技术人员、财务 人员等全面、快捷了解设备状态做出正确决策。 2 根据d c s 系统管理需求设计软件基本功能包括设备信息管理、状态管 理、维修管理、报表管理等，根据维修决策需求设计软件的高级功能如 基于设备技术指标的信息查询、故障树等，给出全面的功能模块层次结 构。 3 考虑到d c s 现有的系统情况及开发条件，在原理方案系统上采用了强的 设备管理方法，开发独立于监控系统、组态系统的数据库。并利用b s 三层结构方便网上用户查找信息、c s 两层结构强大的数据处理能力可 以支持设备管理各项复杂操作的特点设计软件结构。 4 研究设计对d c s 系统的卡件、交换机、c p u 、电源、网络负荷、环境温 湿度等重要参数、设备的管理。 关键词：工业自动化设备，d c s ，设各管理，数据模型，维修决策 浙江人学碗 ：学位论文 工业自动化设备管理系统的研究与设计 a b s t r a c t d e v i c em a n a g e m e n ts t u d i e so nd e v i c e st h e m s e l v e s , u s e si n t e l l e c t u a lt e c h n o l o g y a n di n f o r m a t i o np l a t f o r m ，a n dt a k e ss t e p st om a n a g et h ew h o l el i f ep r o c e s so fd e v i c e s c i e n t i f i c l y t h er e s e a r c h e sa b o u td e v i c em a n a g e m e n ts y s t e ma b r o a dh a v eg r e a t l y m a t u r e d ，a n dt h e yh a v ed e v e l o p e de f f e c t i v ea s s e tm a n a g e m e n ti n c l u d i n ga d m d i nd e c i s i o nm a k i n g ) b u t ，i nc o n t r a s t ，t h el e v e lo fr e s e a r c ha th o m ei sl o w e r b a s e do nt h el a c ko fm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o na n dt h eb u r d e no fm a i n t e n a n c e ， r e s e a r c h e sb o t hi nt h e o r ya n da p p l i c a t i o na b o u td e v i c em a n a g e m e n tt e c h n i q u eh a v e b e e nc o n d u c t e d t h ep a p e rp u tf o r w a r das o l u t i o na b o u ti n d u s t r i a la u t o m a t i o nd e v i c e m a n a g e m e n t , a n dt o o kt h en o u m e n a lm a n a g e m e n to fd c ss y s t e mf o ri n s t a n c e t h e s o l u t i o ni st h es a m ew i t hg e n e r a ls y s t e m s t h em a i nw o r k so ft h i st h e s i sa r ea s f o l l o w s ： 1 a c c o r d i n gt od e v i c em a n a g e m e n to fe n t i r el i f ec y c l e ，d e s i g nt h ed a t am o d e l a n dd a t a b a s e ，a n ds h o wt h et e c h n i c a la n de c o n o m i ct a r g e to fd e v i c e i tw i l l b ee a s i e rf o rc o m p a n yo f f i c i a l sa n dt e c h n i c a ls t a f ft oh o l di nh a n dt h ed e v i c e s t a t u sq u i c k l ya n dm a k et h er i g h td e c i s i o n 2 t h ef u n c t i o n so fd c sd e v i c em a n a g e m e n ts y s t e ma l ed e s i g n e di n t ot w o p a r t s o n ei sb a s i cf u n c t i o ni n c l u d i n gd e v i c ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，s t a t e m a n a g e m e n t ，m a i n t e n a n c em a n a g e m e n ta n df o r mm a n a g e m e n t t h eo t h e ri s a d v a n c e df u n c t i o ni n c l u d i n gf a u l tt r e e ，i n q u i r yb a s e do nt e c h n i c a lt a r g e ta n d s oo n t h eo v e r a l lh i b e r a r c h yo ff u n c t i o n a lm o d u l e si sb u i l ta i m e dt oo f f e r i n f o r m a t i o ns u p p o r tf o rm a i n t e n a n c ed e c i s i o n 3 a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c sa n de x i s t e n c ec o n d i t i o n s o fd c s ，t h e s o l u t i o nc o m b i n e db sm o d ea n dc sm o d e ，a d o p t e ds t r e n g t hm a n a g e r i a l a p p r o a c h ，a n dd e v e l o p e dp r o p r i e t a r yd a t a b a s ew h i c hi si n d e p e n d e n t o f s u p e r v i s o r ya n dc o n f i g u r a t i o ns y s t e m 4 d e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h ek e yp a r a m e t e r sa n dd e v i c e sm a n a g e m e n t ， 浙江大学硕e 学位论文工业自动化设备管理系统的研究l 一设计 i n c l u d i n gt h ei 0m o d u l e ，c o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，s w i t c h ，c p u ，p o w e r s u p p l y ，n e t w o r kl o a d ，h u m i d i t yl e v e la n dt e m p e r a t u r eo fc i r c u m s t a n c e se t c k e y w o r d s ：i n d u s t r i a la u t o m a t i o nd e v i c e ，d c s ，d e v i c em a n a g e m e n t , d a t am o d e l ， m a i n t e u a n c ed e c i s i o n i l l 浙江人学硕l 学位论文工业臼动化设备管理系统的研究j 设计 1 1 本课题研究的意义 1 1 1 设备管理的重要性 第1 章绪论 设备管理以设备本体为研究对象，以智能化为基础，利用信息化平台，在承 认设备老化的前提下，通过一系列技术、经济、组织措施，为设备维护提供科学 管理。对企业来说，设备管理是企业内部管理的重点、生产经营顺利进行的保证 以及提高效益的基础。 企业设备是现代企业的物质技术基础，而且随着企业设备的技术含量与技术 水平日益提高，现代设备既是技术密集型的生产工具，也是资金密集型的社会财 富【”。随着科学技术的飞速发展，设备技术也飞快进步。现代化大生产的一个明 显趋势是设备向集成化、自动化、流程化、综合化、计算机化、智能化的方向发 展，系统规模也越来越大，管理需求也从以往的目标管理转变成工具、设备的自 身管理。 目前在设备管理中遇到了种种问题：其一是设备与系统的结构越来越复杂， 规模越来越大，设备的造价越来越高，缺乏有效的维护方式；其二是设备与系统 的不断更新，产生了版本多样、厂商多样等等问题，增大了管理的难度；其三是 仅仅靠人为管理、文档管理，不仅劳动强度大而且很难完整记录设备信息。 随着人们对设备的依赖性越来越大，需要有效的手段提取、汇总、分析、查 看设备资源，及时弥补管理漏洞。实施最优秀的设备管理成为保证企业经营成功 的关键因素之一。 1 1 2 设备管理与制造执行系统 美国的咨询调查公司a m r ( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 对m e s 给出的 定义：m e s 是一个常驻工厂层的信息系统，介于企业领导层的计划系统与主生产 过程的直接工业控制系统之间。它以当前视角向操作人员管理人员提供生产过 程的全部资源( 人员、设备、材料、工具和客户要求) 的数据和信息。其着重点是 1 浙江人半硕上学位论立工业自动化设备管理系统的研究1 j 设计 将信息技术运用于改善制造过程【2 3 l 。 m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，m e s ) 是近1 0 年来在国际上迅速发展， 面向车问层的生产管理技术与实时信息系统f ”，近年来在半导体行业、流程型生 产企业如钢铁、烟草、石油、医药等的成功应用，更是促进t m e s 的飞速发展。 制造执行系统( m e s ) 能通过信息传递，对从接受订货到制成最终产品全过程的管 理活动进行优化，采集硬件软件的各种数据和状态信息。m e s 处于企业信息系统 e r p 俗c m 和过程控制系统d c s p l c 的中间位置。当企业有实时事件发生时，m e s 能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行约束和处理。m e s 还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关 键任务信息，通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实旌完整的闭环生产，协 助企业建立一体化和实时化的e r p m e s p c s 信息体系1 5 卅。总而言之，m e s 能够 有效提高制造企业的生产效率，为企业带来显著的经济效益【9 j 。除此之外，m e s 在企业的运行和商务活动方面也有积极的作用【1 2 1 。 设备作为企业的生产工具1 1 3 】，制造执行系统m e s t 】的重要资源之一，直接 担负着企业的日常生产作业，与企业的战略经营、生产计划等紧密相关1 1 4 1 。而制 造执行系统m e s 作为企业的执行层，必须依靠企业的生产工具一设备来执行企 业的生产任务，衔接企业的计划层与控制层。作为制造执行系统的重要组成部分， 设备管理与制造执行系统在业务与信息上相互关联。其主要关系如图1 1 所示： e 日 h 制 生产计划 ： 造 设备状态 v 设 执 行 ：设备能力 备 系 ： 维修计划 管 统 理 m： 设备相关成本 系 e 、 统 生产调度 s h ， y 图1 1 制造执行系统瞵与设备管理系统主要关系 制造执行系统可以从设备管理系统中获得设备的生产能力、运行状况、设备 维护，维修等计划、各类设备相关成本、备件等技术工作信息，而设备管理系统 2 浙江人学硕j 学位论文 工业自动化设备管理系统的研究与设计 可以从制造执行系统中获得与设备管理相关的生产作业计划等l ”l 。 1 2 工业自动化设备管理现状 工业自动化设备主要包括各种控制系统、控制仪表以及其它控制设备，如表 1 1 所示。随着现场总线仪表的发展以及人们对现场设备要求的提高，现场总线 设备管理这一概念应运而生。现场总线设备管理系统充分发挥了现场设备的各种 智能功能和信息的作用，使设备的管理和维护变得可以预测。目前，艾默生、西 门子及a b b 等公司针对h a r t 、f f 和p r o f i b u s 开发了各自的管理平台，并得到了 大量的应用。 表1 1 工业自动化设备 但是，现场总线设备管理只是工业自动化设备管理的一部分，工业自动化设 备管理在融入现场总线设备管理的同时，要以智能化为基础，在自诊断技术和信 息平台的支撑下，对大型的控制系统进行从顶至下的系统性、从生命周期开始到 结束的时间历史性并包含辅助决策的综合设备管理。这里先简单介绍下国外现场 总线设备管理系统的代表a m s 设备管理系统。 1 2 1a m s 设备管理系统 r o s e m o t m t 公司的a m s 设备管理系统1 1 6 】是用于过程控制仪表管理的解决方 案，使得用户能够对于现场的仪表进行在线访问并获得相关的仪表维护信息，能 够通过远程的方式建立起一个基于视窗及拖拉方式进行组态标定测试仪表的功 3 浙江人学硕 ：学位论文 工业自动化设备管理系统的研究与设计 能强大的管理系统。a m s 设备管理系统是基于开放的f o u n d a t i o nf i e l d b u s 基金会现场总线及h a r t 通信格式，可以将不同厂家的现场设备、系统和应用 软件很好地集成在一起| 1 7 j 。 a m s 软件主要完成运行、工程管理和维护等功能，它采用图1 2 所示的以 现场服务器软件为平台的t 型结构，在服务器上可以支撑功能丰富而灵活的 s n a p o n 应用软件，为用户提供一个图形化界面。 图1 2 a m s 软件结构 现场服务器软件 现场服务器软件为提高工厂性能打下了基础，它的软件结构具有以下特点： 1 ) 一个共同的现场设备接口。以h a r t 为基础的现场设备能与d c s 、p l c 或者直接与一个调制解调器相连。 2 ) 一个共同的数据库，提供一个集中安全的现场设备信息数据库。 3 ) 一个共同的用户接1 ：3 ，为所有增值的s n a p o n 应用软件提供了一个共 同外观界面的接口，使新的应用软件的学习与掌握更为简便。 4 ) 一个客户服务器网络结构，确保a m s 的用户能在不同地点观察信息。 现场管理器软件 通过现场管理器【1 8 l 可以组态、查找故障、调试所连设备及保持这些设备的数 据库。现场管理器选项有：手操器接口，记录管理软件。现场管理器还可以对工 厂所有已安装的设备、备品备件以及新的现场设备进行调试、组态、标定、监视 及生成报表等工作。 4 浙江大学硕i 学位论文 丁业自动化设备管理系统的研究，设计 现场管理器的作用： 1 ) 易于使用的组态和标定工具提高了生产率。现场管理器配备了功能强大 的软件工具，使得在p c 上能够快速方便地修改组态并且通过h a r t 调制解调器， h a r t 转换器，手操器以及任何现场服务器系统接口把组态下装到所连的现场设 备中去，同样地，在现场修改的组态也能够上装到现场管理器中，以保持现场设 备组态数据库的一致性。现场管理器具有优化测试和标定步骤的能力。对每台设 备可制定特殊的标定计划，以确定一台设备多久应测试以及允许精度是多少。 2 ) 通过实时获取现场设备数据，提高了现场设备的维护效果。通过通用系 统接口，能够在线获取设备状态和诊断信息，从而更快更准确地确认故障。同时 可立即判断该故障能否由现场管理器加以稍除，减少不必要的现场检查。 3 ) 通过在线获取现场设备的状态和诊断信息，增强了过程可用性。用户将 能够提前安排维护计划，以便在最佳时问内安排维护，从而减少设备的停用时间。 记录管理软件 记录管理软件是现场管理器软件的选项，它自动地为每台设备生成历史记 录，包括： 1 ) 设备组态记录； 2 ) 调试前调试后记录。对于每一台设备标签，记录管理软件记录调试前， 调试后的结果，通过浏览历史文件，用户能确定一台设备何时被调试和标定过， 以及谁调试的，调试地点及误差，调试设各的序列号和调试时的注释等： 3 ) 诊断信息。记录管理软件可以储存现场设备的状态变化信息，您可选择 哪些状态触发一个记录审查事件以及哪些参数被包括在记录中，例如，可储存现 场设各的模拟量输出和状况、通信故障、设备故障以及过程变量越限等状态信息。 事实上，艾默生的设备管理系统是一个系统的组合，包括了a m s 设备信息 平台、a m s 智能设备管理系统、a m s 机械设备状态管理系统、a m s 性能检测系 统和a m s 实时优化系统1 1 9 1 。通过上述五个系统的综合应用可以实现智能仪表阀 门设备管理、机械设备性能监测、过程设备性能检测以及系统保护等功能。这五 个系统在设备管理实现过程中的作用分别是： a m s 设备管理信息平台：将a m s 设备管理组合实时获得的设备的所有信息 通过浏览器方式集成到统一的管理界面上； 5 浙江大学硕上学位论文工业自动化设备管理系统的研究1 j 设计 a m s 智能设备管理系统：保存并且自动更新每个设备的所有信息； a m s 机械设备状态管理系统：全面持续的监测现场设备的状态，并提交评 估信息，可应用于机械设备、电子系统、过程设备、仪表积阀门； a m s 设备性能监测系统：产生有关过程和机械设备运行性能的确切信息， 使用户可以根据目标跟踪运行性能，计划维护活动以及确定设备低效率的根本原 因： a m s 实时优化系统：优化系统，从而提高包括机械设备、电子系统、过程 设备、仪表和阀门在内的生产资料的适用性和性能： a m s 设备管理系统设计的框架思想如图1 3 所示： 图1 3 a m s 设备管理系统设计框架 从图1 3 可以看出，a m s 设备管理系统组合【1 9 】的设计思想是： 根据用户对现场设备的管理要求对管理设备的方式进行分类，分为智能设备 管理、机械设备状态管理、设备性能监测管理和实时优化管理四个管理方面，并 且将这四个方面的信息集成在一个统一的界面a m s 设备管理信息平台中。 简单的说，就是在一个现场服务器的平台上支撑模块化、功能丰富的应用软件， 为用户提供一个图形化的界面。在具体的用户使用过程中，用户首先根据需要从 设备管理的信息平台进入具体的管理系统中，然后在具体的管理系统中对从现场 设备中采集到的数据进行分析。举例来说，如果用户需要对现场的智能设备进行 组态，那么用户首先需要从统一的设备信息平台的界面进入到智能设备管理系统 中，点击使用组态功能，从而系统就会去自动扫描与a m s 智能设备管理系统相 连的智能设备，扫描结束后用户就可以在a m s 智能设备管理系统操作站中直接 6 浙江大学硕 ：学位论文 工业自动化设备管理系统的研究与设计 对扫描显示出来的现场智能设备进行组态了。 a m s 设备管理的基础是工厂的数据库1 2 0 l 。因此如何获得现场设备中的有效 的参数数据，是设备管理必须解决的问题。r o s e m o u n t 公司的a m s 智能设备管理 系统是一个基于h a r t 协议和基金会现场总线协议而开发的标准的、规模可变的 平台。当总线系统中接入h a r t 仪表或者f f 设备时，用户可以通过a m s 智能设备 管理系统读取该现场设备的d d 文件，并可以在一个统一的界面中读取到设备的 参数信息，从而进一步进行对现场设备的组态、监测等工作。 1 2 2 国内设备管理系统 与国外设备管理信息系统相比，国内对设备管理系统的研究与应用仍然处在 比较落后的阶段。随着设备现代化水平的不断提高，国内许多高校、科研院所、 企业己开始这方面的研究与开发2 1 】。 在我国工业自动化领域，设备的自动化水平较低，设备技术层次不一，企业 间的自动化设备相差很大。国内设备管理系统一般为小型的系统，大都针对于现 场智能设备，提出了一些比较有局限性、片面性的管理方法，这些方法对设备的 管理没有普适性和连贯性。对大型控制系统设备的管理需求、管理要素没有一个 准确的定义和完整的方法。同时，在设备维护方面，主要还是采用定期对设备进 行检查和维护的计划性维护方式。由于设备在使用过程中，受到工作强度、工作 条件及环境等因素的影响，使设各原设计制造时所确定的功能和技术状态将不断 发生变化而有所降低或劣化，设备的维护周期将发生变化。这种计划性的设备维 护方式由于缺乏完整、连续的设备状态信息，常使得基于固定周期记录的预测不 准确。并且随着先进管理与先进制造技术如e r p 、制造执行系统m e s 、并行工程 等的发展，企业持续的信息化，当前的设备管理系统需要支持制造执行系统m e s ， 根据生产作业计划的调整进行快速响应。 1 3 本文研究内容及论文结构 本论文针对工业自动化设备管理信息缺乏、维护工作量大、维护方法落后， 对一些关键设备、重点设备的管理亟需加强，并且与其他管理系统间的信息流通 很少的现状，分析了系统进行设备管理的重要性，描述了工业自动化设备管理解 7 浙江大学硕j 二学位论文 t 业自动化设备管理系统的研究j 设计 决方案。同时以d c s 控制系统本体为例，具体分析了整个设计过程，给出了完 整的实现方案，这种方法具有普适性，同样适用于其它自动化系统如p l c 、 s c a d a 以及现场总线控制系统。本文根据d c s 系统网络特点设计总体结构，根 据全生命周期管理需要定义设备的管理数据模型、设计数据库，根据d c s 系统 管理需求设计软件基本功能，根据维修决策需求设计软件的高级功能，给出全面 的功能模块层次结构，并深入研究开发d c s 设备管理系统的应用实现。 本文共分六章，第一章首先介绍了设备管理的重要性和设备管理与制造执行 系统m e s 的关系，然后介绍了工业自动化设备管理国内外发展现状，可以看出 国内设备管理技术的研究刚刚起步、与国外先进水平相差很远；第二章首先介绍 了设备管理的基本组成和主要内容，然后给出了工业自动化设备管理系统结构模 型，并具体分析设计和实现设备管理系统的方法。第三章阐述了d c s 设备管理 方案设计，包括d c s 设备管理的提出、总体结构设计、功能设计、数据模型以 及信息管理与维修决策的关键技术，最后给出了d c s 设备管理方案理想系统描 述。第四章在原理方案系统的基础上，详细阐述了系统软件结构、功能模块层次 结构以及系统数据库的设计。第五章对d c s 设备管理系统设计过程中的核心功 能进行了深入分析，包括卡件的管理，交换机的管理，现场环境、电源的监测和 c p u 及网络管理。第六章对现行工作进行了总结并对后期需要进行的工作进行 了展望。 8 浙江大学硕上学位论文工业自动化设备管理系统的研究与设计 第2 章工业自动化设备管理解决方案 工业自动化设备包括现场智能仪表、d c s 、p l c 、s c a d a 等，管理这些设 备的基础是设备信息的积累、设备状态的监测，构建一个统一的数据库，为预测 性维护及设备管理决策提供支持。 2 1 设备管理的基本组成和主要内容 设备管理主要包括设备基础信息管理、工单管理、预防性维护管理、大修技 改等项目管理i 捌。 2 1 1 设备基础信息管理 1 1 设备基础信息的定义 设备基础信息管理是设备管理的基础。设备基础数据建立得完善与否，影响 设备管理的效率和易用性、易操作性。设备基础信息包括：供应商信息、保修( 保 险) 信息、备品备件、状态检测点信息、型号规格、技术文档及维修费用等。 2 1 设备层次结构 逻辑位置及其层次结构的建立有利于快速定位和查找物理设备。逻辑位置信 息包括逻辑位置基本信息，技术参数信息，备品备件，状态检测点信息，采购信 息，保修信息，相关责任单位，备注信息，技术文档信息等。 3 1 设备台帐信息 所有的设备都需要建立相应的台帐信息，具体内容包括：设备基本信息，备 品备件信息，型号规格信息，状态检测信息，采购信息，保修信息，维修成本信 息，相关责任单位，备注信息，技术参数和文档信息等等。 4 1 设备移动跟踪 企业的任一设备，从他们被采购到公司那一刻起，中间的使用、维修，拆下， 装上，直到最后的报废，都需要进行跟踪。每次移动的时间、地点、操作人等信 息，都需要进行记录。 5 ) 设备连接 9 浙江大学硕f 学位论文t 业自动化设备管理系统的研究与设计 企业设备之间存在各种各样的连接关系，典型的如管道连接、电气连接、机 械连接等。通过了解某一设备与其他系统或设备的连接，可以更好地知道检修该 设备时可能影响的其他设备或系统，从而做出科学的决策。 6 ) 设备维修历史档案 把设备每年的维修成本反映到设备台帐成本年的标签中，每一台物理 设备或逻辑位置的历史维修信息都进行记录。当某台设备有新的故障时，可直接 查询历史工单，判断是否以前有类似的故障发生。参考当时采取的措施，决定本 次工单可否参考该历史工单。 刀设备文档的连接 在传统的管理方式下，查询设备相关的文档是非常费时、费力的。而文档管 理可以定义各种类型的文档，与具体设备相关的文档只需做一下简单的连接，所 有人都可以在需要时随时浏览文档的内容，如技术资料、图形图像信息，使用和 安装手册等，大大提高了工作效率。 2 1 2 工单管理 工单用于管理影响维护机构的所有任务：故障报告、准备、计划和最终报告。 工单是对所有报告的完整追踪，为后续工作和分析提供了全面的历史记录。 工单是企业进行设备维护、检修及操作等工作的任务书，是工作开展的凭证。 以工单为中心载体，可以实现设备技术信息、安全信息、维修物资、专用工具、 人力及维修成本等信息的关联。工单管理可以对工单从生成到注销的全过程进行 监督和控制。 工单管理针对实际工作需要提供不同的工作处理方式，具体有如下内容： 1 1 缺陷报告：主要用于缺陷处理； 2 ) 工作请求：日常使用较为频繁的工作单方式； 快速报告：用于紧急事故处理工作完成后，为事后记录： 4 1 修理工单：用于将现场设备移到修理车间维修，拆下，装上，记录设备 移动履历： 5 ) 无序列号件的修理工单：用于对无法进行序列号跟踪的零部件或工具维 修； 1 0 浙江大学顾士学位论文工业自动化设备管理系统的研究与设计 6 1 巡检工单：由基于检测路线的预防性维护生成的工单，主要用于设备巡 检。 工单管理的具体内容： 1 1 工单的生成、编辑、修改； 工单的准备( 人员、物资、安全措旌及许可) ； 3 1 工单的提交、签发及许可； 舢工单的计划、调度； 。 5 1 工单的实施、变更延期； 6 1 工单报告，材料、人员等成本过账到财务； n 工单验收； 8 1 工单的关闭； 们历史工单查询。 2 1 3 预防性维护管理 预防性维护包括单项预防性维护和检修路线性预防性维护，检修路线型预防 性主要用于简单的巡检性质的工作。对于重复性的维护工作，通过建立预防性维 护策略可以减少工作量。预防性维护主要用于企业的计划性检修，如大修、小修 及扩大性维护等。对于大修计划中的项目，如果在下次大修中还要做，就可以建 立该项目的预防性维护，每次大修时通过大修事件及触发产生相应的工单。可以 把预防性维护形象地理解为创建工单的模板。 预防性维护有三种触发条件：基于日历时闻、基于检测点、基于事件，分别 用于不同的场合，同时也可以是这三种条件的任意组合。预防性维护策略的建立 原则一般基于厂家的维修建议或企业自身在使用过程中的经验。对大修而言，建 议采用基于事件的方式，如大修事件，所有与大修有关的预防性维护都基于这一 事件，在实际使用过程中，一旦触发了这一事件，则大修有关的预防性维护会成 批生成与之相关的所有工单。 在实际工作中，为便于工作准备和计划，可以提前触发大修事件生成工单， 如提前半年、一年，具体提前时间视企业工作需要，由大修计划人员确定。 预防性维护管理的详细功能应包括如下内容： 1 1 浙江大学硕上学位论文工业白动化设备管理系统的研究与设计 1 1 定期检修； 基于事件的预防性维护； 3 1 基于状态检测的预防性维护： 4 1 预防性维护层次结构建立： 5 1 预防性维护基本信息的建立； 们工单生i 扰一触发预防性维护； 7 ) 基于检修路线的预防性维护； 8 ) 预防性维护信息查询。 2 , 1 4 大修技改等项目管理 项目管理，作为种行之有效的管理方法已成为目前大多数公司计划或已经 采用的管理方法，并将成为我们与国际接轨，进入w t o 后企业生存、竞争及发 展的必要条件之一。项目管理可阻涵盖大修技改项目的整个过程，如大修项目启 动、大修项目计划、大修项目实施、大修项目控制及大修收尾等五个阶段的全生 命周期管理，实现项目从立项到审批、从计划到工单执行等不同过程的信息移交 与知识转移。进而帮助业主在工程建设阶段有效地利用各施工单位、工程部门及 不同阶段的信息，及时、高质量地整理、归档各种信息文档，为设备大修以后的 运行与维护打下坚实的信息化基础。 以上为设备管理的基本组成和主要内容，这些概念和方法适用于机械、化工、 船舶、电力等领域的设备管理。结合到工业自动化领域，对一些具体的问题需要 根据工业自动化设备的具体情况进行分析。目前，我们把主要的研究和开发精力 放在前三者。 浙江人学硕j ：学位论空 t 业自动化垃备管理系统的研究与设计 2 2 工业自动化设备管理系统结构模型 图2 1w e b f i e l de c s - 7 0 0 系统体系结构 e c s 一7 0 0 控制系统是浙江中控技术有限公司s u p c o nw e b f i e l d 系列控制系 统之一，是浙江中控为满足各种高端控制系统的需求，适应网络技术的发展，特 别是i n t e m e t 、w e b 技术的发展而推出的基于网络技术的控制系统。该系统融合了 最新的现场总线技术、嵌入式软件技术、先进控制技术与网络技术，实现了多种 总线兼容和异构系统综合集成。各种国内外d c s 、p l c 及现场智能设备都可以接 入至r j e c s 7 0 0 系统中，实现企业内过程控制设备信息的共享。 图2 1 所示为e c s 一7 0 0 系统的体系结构，从该图中能够清晰的看到设备管理系 统的服务器、客户端所处的位置。既设备管理服务器本身处在阻太网上，其定位 为上层管理系统与下层设备系统的中继站，能够提取下层设备的属性、周围环境 及本身运行相关的信息，能够对提取的信息进行存储与处理，能够令信息共享， 具备通讯接口将信息给连在网络的客户端。 浙江人学硕士学位论义t 业自动化设备管理系统的研究与设计 图2 2 设备管理系统网络结构模型 图2 2 为设备管理系统的网络结构模型，数据服务层要具备上下两种层次的 接口，向下它能够纳入本地系统及其他系统的智能设备，能够容纳非系统性的设 备如现场总线设备。向上要具备信息网络的接口便于与信息网络接口及进行以太 网远程扩展，还要具备与监控系统的接口便于与监控系统进行数据共享与信息交 互，形成管控体化能力。 由图2 2 网络模型所确立的设备管理系统具备如下关键要素： 1 ) 设备管理系统面向的对象是智能设备，获得的数据是智能设备的属性、 环境和状态等信息的描述，描述的结果是将这些数据抽象为通讯协议的方式，既 设计规范、统、开放的设备管理系统通讯协议。只有设计了标准化的通讯协议 才能够将各种类型的智能设备纳入到设备管理系统当中。 2 ) 设备管理系统与实时监控系统是要通过共同的网络结构传递数据，由于 设备管理数据的非实时性要求，它的数据可以嵌在实时数据的间歇当中传递。要 做到与控制系统相兼容，客观上要求网络结构具有足够的带宽。 3 ) 设备管理系统是开放的系统，要具备良好的设备管理软件及信息检索机 制才能够将设备的信息有效的、有机的组合从而形成功能，一般来说设备管理系 统提供功能有设备属性信息描述、设备组态、实时信息查询、故障诊断及预测等。 2 3 设计及实现设备管理系统的方法 设计及实现设各管理系统最重要的一点是设备管理系统要与监控系统相融 1 4 浙江人学顾i 学位论文工业自动化设备管理系统的研究与设计 合，既能够做到信息的无缝传输。针对分布式控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m ) 的i s o1 0 3 0 3 ( s t e p ) 规范瞄】，指出在i s o1 0 3 0 3 ( s t e p ) 中将d c s 定 义为一种产品，在i s o1 0 3 0 3 ( s t e p ) 中记述的所有的方法和底层结构都是可以 获得的。这样，描述d c s 的问题就转化为描述在整个产品生命周期应用i s o1 0 3 0 3 标准和s t e p 中的底层结构所能处理的产品数据的问题，虽然规范离实际的整体 上的应用尚存在距离。为了解决应用规范与原有系统存在的要解决的问题，由e c ( 欧共体) 支持在b r i t e e u r a m 程序规范下构建了图2 3 所示的a c o r n ( a d v a n c e d c o n t r o ln e t w o r k ) 工程1 2 4 j 。图2 3 中的组态管理工具从应用中创造，而应用被应 用设计工具所描述，应用的资源被资源管理工具所描述，组态功能可以用于离线 模拟的目的也可以与在际的自动化系统中应用。这些工具提供了自动化系统应用 和资源分配的功能描述的分离，是过程控制工程的新品质。a c o r n 系统在一个 化工厂和两个电厂的基于现场总线的控制系统中进行了实验应用。 图2 3 a c o r n 软件结构 可以看出，a c o r n 系统最核心的思想是统一数据库【2 5 1 ，其资源管理模块与 应用设计和组态管理模块可对应为“设备管理系统”及监控系统，由此设计设各 管理系统的一条原则或方法可以描述为“资源共享，功能分开”，既与监控系统 资源共享，功能分开。 设备管理系统的定位应是设备与外部信息系统的中继站，从这个观点出发， 设计设备管理系统需要“上下兼顾，左右逢源”，这里的上下兼顾指的是既要与 外部信息系统交互，也要与监控系统互通信息。 设备管理系统的具体的设计方法可以从通讯、功能环节、设备描述等三个方 1 5 浙江大学顶十学位论文工业自动化设斋管理系统的研究与设计 面考虑。 在通讯上以e c s 一7 0 0 的体系结构为例，通讯线路要与监控系统的通讯线路一 致，即一套系统只能有唯一的一条线路，在该线路上实现非实时的设备管理信息 与实时的监控系统信息共同传输，这样需要将原有系统的通讯线路的带宽提高， 尤其是过程控制总线线路，过程控制总线线路的带宽要能够满足应用设备管理系 统与监控系统信息共同传输的需要。通讯的内容即设备管理系统的相关信息要遵 循统一的通讯协议，该通讯协议要能够将各种形式的相关信息分门别类，做到把 各种设备应用统一的方式纳入系统中，协议要做到规范、统一、开放和高效，完 备的通讯协议的制定是设备管理系统开发的关键。通讯方面的另一个层次是设备 管理系统与监控系统在软件上的交融。 功能环节的设计上，主要有设备基本信息查询、设备组态、标定、故障诊断 及预测、数据查询等方面的功能。以d c s 系统为例，系统建立一个统一的数据库， 保存d c si o 板卡的相关数据。具体功能描述如下： 1 1 组态功能 能够对现场设备进行工作方式组态，记录每次组态信息及其更改的时间、组 态更改人、变化原因等。 2 1 设备标定 能够对i ，o 板卡的的工作参数进行标定，记录每次标定的时间、标定人、标 定值、误差等。能够提示每台设备的整定步骤和典型的工作参数，并且能够判定 此标定点整定后是否满足要求。能够提供本设备的历史整定数据、故障情况、设 备的性能数据，供整定工作参考。 3 ) 信息查询 提供板卡信息及实时数据信息查询的功能。 钔诊断 接受现场设备来的故障诊断信息和状态信息，进行故障报警、故障原因分析 等。自动累计各设备的投运工作时间，自动累计某些极限工作参数，进行设备的 定期维修管理，并能够根据历史信息作出一些预测性判断。 5 、记录查询 能够对组态操作记录，标定操作记录及报警信息，板卡信息进行查询，并提 浙江大学硕l 学位论文t 业自动化设各管理系统的研究与设计 供搜索功能。 设备描述要求用统一的设备描述语言1 2 6 】将设备的属性等各种类型的信息进 行描述，这样做的目的是应用标准化的描述方法将设备的信息抽象为有规律的数 据，便于通讯协议的开发与制定i 捌。例如： 1 1 基于d d l 的设备描述技术 描述方式主要从h a r t 的d d l 解决方案演化而来，典型代表包括f f 现场 总线的d d l 和p r o f l b u s 的e d d l 。 2 1 基于x m l 的设各描述技术【捌 描述方式吸取了x m l 技术的优点，典型代表是f d t - j i g 国际组织的f d t 技术。另外，我国具有自主知识产权的e p a 标准和技术也开发了基于x m l 的设 备描述技术( x d d l ) 。 3 1 与现场总线技术相关的设备描述技术i 冽 描述方式一般采用简单的关键字来定义设备中现场总线相关的一些参数值。 典型代表包括c a n o p e n 和c o n t r o l n e t 的电子数据表( e d s ) ，p r o f l b u s 的g s d 等。 基于e d d l 的设备描述技术 2 0 0 0 年开始，h a r t 基金会、f f 基金会和p r o f l b u s 国际组织联手开发独 立于各自现场总线协议的e d d l 川，新的e d d l 实质上是原有3 种d d l 技术的 协调，形成一种通用的e d d l 解决方案，同时又可以兼容各自原有的d d l 技 术。2 0 0 4 年成为国际标准i e c 6 1 8 0 4 1 2 。e d d l 是一种基于结构化文本的描述性 语言，提供了整套可裁减的基本结构元素，用于处理简单、复杂或模块化的设 备【3 2 1 。 2 a 设备管理的扩充一资源管理 设备管理系统是一个体系工程，图2 2 所示的网络模型是将设备管理系统的 面向对象定位在过程控制领域的智能设备及具备“智能”的控制系统，如果能够 将相关的资源如工程师站属性、操作站属性、信息网络层设备属性、仓库设备属 性等扩充进来，那么设备管理系统在概念上就突破到了“资源管理”这一层面i “， 作为体系化的资源管理网络结构与设备管理系统的网络结构是相同的，只是需要 增加相关的接口。作为资源管理系统，其特点就是面向对象的广泛性，可以面向 整个工厂或者多个工厂的任何“智能”设备。可以是智能设备仪表，可以是d c s 1 7 浙江大学颅1 学位论文 工业自动化设备管理系统的研究与设计 中的i 0 板卡、电源、主控卡，可以是d c s 系统既控制系统本身，可以是第三方 控制系统，可以是操作站、控制站、服务器，可以是仓库设备。 2 5 本章小结 本章首先介绍了设备管理的基本组成和主要内容，然后给出了工业自动化设 备管理系统网络结构模型，接着提出设备管理系统的具体设计方法，从通讯、功 能环节、设备描述等三个方面作了具体分析。此方法具有普遍性，适合所有的工 业自动化设备。最后对设备管理进行了扩充，阐述了资源管理的概念。 浙江大学硕上学位论文t 业自动化设各管理系统的研究与设计 第3 章d c s 设备管理方案描述 分布式控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，d c s ) 是关系到企业生产命脉的 大型控制系统，它的运行状况以及前期的购买和后期的维护更换与企业生产息息 相关。随着生产管理要求的提高，人们的视线也渐渐从控制系统提供的控制信息 上慢慢转移到非控制信息。但由于早期设备的智能化程度较低、部件多、管理难 度较大，目前国内d c s 设备管理仍处于空白。设备的状态、能力、负荷等动态信 息得不到反馈；设备的购置、维修、报废等生命信息得不到管理：大量数据也是 用