摘要：远程维护给机械制造商带来了较大好处，许多机械制造商开始在自己的机械产品上配备支持远程维护系统。本文探讨制造企业当前HMI系统面对灵活制造的局限性，为机器控制系统提出一个新的HMI组件系统解决支持灵活制造的需求，并结合合作项目太阳能层压机维护系统装备应用实现情况作描述和说明。
关键词：远程维护；HMI；WEBACCESS
中图分类号：TH137 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011)06-0000-03
Remote Maintenance System Implementation Based on Laminating Machines
Xiao Wenhong
(Jiaxing Vocational Technical College,Jiaxing314036,China)
Abstract:Remote maintenance bring a greater good to the machinery manufacturers ,many machinery makers in their support of mechanical products with a remote maintenance system.This article discusses the current HMI system manufacturers face the limitations of flexible manufacturing,the control system for the machine HMI components of a new flexible manufacturing system solutions to support needs and cooperation projects with solar energy equipment,laminating machine maintenance system for the application and achievement of description.
Keywords:Remote maintenance;HMI;WEBACCESS
随着电子通讯、远程服务、远程诊断、虚拟工厂等技术的出现，企业产品市场全球化[1]进程的推进，机械设备制造企业为自己产品提供远程智能诊断、维护系统的需求越来越迫切。太阳能电池自动层压机的远程智能诊断、维护系统的研制和开发为提高层压机厂商的技术服务质量和经济效益，增强产品市场竞争力提供了保障，为用户提供多媒体的维护、安装调试知识服务，为厂商与用户间的双向有效沟通架起了桥梁[2]。本文提供了基于WEB技术的自动层压机远程故障诊断、维护系统实际应用方案，利用WEBACCESS组态软件集成监测信息，使层压机产品的HMI（HUMAN MACHINE INTERFACE）系统必须对日益复杂机械生命期（包括全球分布工程伙伴输入工程）提供完全有效支持。嵌入智能的模块单元，以视频、模拟、知识库等多媒体、网络化技术为基础，提供可视化，可诊断的服务和操作界面，通过通信网络，提供一个基于C/S模式的瘦客户架构允许机器HMI在任意能用标准WEB浏览器的INTERNET计算机上执行。它使通过HMI同时驱动真实机器和虚拟机器模型成为可能，能使工程人员在真实机器安装完成前先在HMI上模拟操作得到训练。在制造商服务中心和异地用户之间建立远程故障诊断维护和安装调试服务，大大加快制造商对层压机的故障诊断和用户服务响应速度，提高双方经济效益。
一、系统设计目标（驱动）
全球化自动产品设计和制造根本上影响了公司业务开展方法。作为全球化的市场目标，包括设计、制造、加工的虚拟工厂地理上经常分布在不同城市或地区，实现异地的远程组装（装配）。由于企业面对对快速市场响应和实现快速的产品制造巨大压力，制造产品系统必须支持大量定制，快速反应时间和积极的定单制造。更短的产品生产周期催生了工程项目的同步（并行）作业。面对考量企业有效产品的核心竞争力由产品购置成本转向整个生命期成本。需要一个能支持良好的机器控制系统和系统操作界面（HMI）的软硬件解决方案，以应付适应灵活制造的需求。
（一）传统HMI周期
从HMI系统看产品机器生命周期如图1。
在机器生命周期的初始概念阶段，用户有专门的机器需求和业务需求：1.增加产品生产能力；2.新产品制造；3.产品制造过程改造。在此阶段没有提出新产品的有关HMI要求。下一个阶段，机器产品专业定义形式化，包括了详细的机器逻辑行为和HMI客户站及其分布方式。用户定义他们生产对象的要求，制造商提供机器实际约束，基于实现机器功能的知识技术有效性相关信息。在用户和机器制造者间存在生产规范风险。当专业定义与用户需求二者间达成一致，下阶段是设计和开发的开始。按传统PLC（PROGRAME LOGIC CONTROL）的HMI特性，HMI开展只能在控制系统的逻辑预定信息有效，允许HMI接口PLC系统后才能完成，也就是说传统有序作业这些任务的完成决定了机器诞生时间。由于这个从专业定义到产品实物转化需要产品定义需求工程师和实现系统HMI程序员二者合作，所以常有下列问题发生：1.生产工程师在最后几天修改或增加的基础部分，在一个没有高技能HMI工程师参与下安装系统不易变化和修改；2.新HMI系统的有用性和适应性还存在大量未知数，直到最后机器建成，控制线连上，软件配置实现系统调试；3.HMI系统开发工具没有集成于生产，加工和逻辑控制过程，因此经常有输入信息的冗余。用户操作者对HMI系统使用的训练，只有当机器交付给用户工厂后，训练时发生机器制造商和操作者间的分歧摩擦，通常会降低生产机器的有效性。
这种传统机器工程上下流程操作不能并行执行，及工程制造不可逆，使问题经常不能在机器完成制造前发现，用户的二次开发成本增加。
（二）现代制造技术
许多自动化产品机器控制系统围绕PLC设计。系统HMI经常是一台与机器PLC编程口联接的PC。物理上HMI由带有键盘操作的彩显平台或触摸屏组成。PLC缺乏灵活，难于修改和扩展，不适应今天产品需求的高灵活性。图2所示为典型PLC架构和基于PC的HMI。
PLC通过一个私有控制网与HMI系统通讯，为处理传感器和执行器输入输出信号。HMI系统用软件工具编程，HMI与PLC软件接口间传输低水平描述机器实时状态的注册信息。HMI站含有一个查询数据库转换这些信息为人可读的机器描述。因此，当机器功能发展和变化，系统难以发展和维护HMI程序（需要高技能人员）。用户和供货商发现系统需要变化时或诊断操作机器故障前，机器工程师花大量时间学习程序员的个人编程风格以了解掌握HMI程序。在维护中存在机器控制系统与HMI间改进变化不能同步，结果当PLC程序自身改变时HMI程序不能更新，因此信息不久就不正确或没用。为尝试提高系统有效性和正确率，采用板载管理，定义了一个正式说明书，提供一个结构化方法的软件程序。这个方法的关键对象如图3。
事实上在机器的生命期后期当用户最需要这些高级HMI和机器诊断特征时，HMI更显变得不正确。机器的改进变化必须由高级技能人员执行，实现工程师设计加工处理向机器程序员功能实现的转化。近来更多采用可编程逻辑控制和HMI的整合。使用一个控制机器和支持HMI功能的单个程序解决系统多程序又不能同步题解新问题。
从当前工业实践看，制造商服务试图提高处理成本与HMI和诊断的正确性。一个机器制造商和用户初始化的结构化自动生产线程序系统（structure transfer-machine programming software）提供一个专门的集PLC的结构化软件处理程序。此系统规范由系列规则和步骤组成来实现专业的程序结构。避免传统方法影响机械固件物理工程师和机器控制系统逻辑工程师间的障碍，而引起的下面几个问题：1.最后修改或增加的安装系统不易变化和修改；2.新HMI系统的有用性和适应性还存在大量未知数，直到最后机器建成，控制线连上，软件配置实现系统调试；3.HMI系统开发工具没有集成于生产，在并行工程项目时或机器制造后期，机器行为在加工和控制工程风险间不易共享。
通过以上分析，基于层压机的机器控制系统组件由嵌入智能模块单元组成。如图4。项目实施用一个通用模型系统知识库存储有所有机器组件信息，促进系统信息的可视化。使用模型有助于设计和程序处理时最小遗漏。由模型建立数据结构并由软件工具集日益修改。通过定义加工环境来支持设计、加工、处理机器控制系统。
加工处理环境工具集包括下列组件：组件制造工具，定义标准组件构建加工处理环境；机器制造工具，用户为每台机器构建控制系统在生产线上的每个控制系统参数；模拟和检查工具，帮助用户在设计最后完成前虚拟测试控制系统；安装工具，完成设计后给生产线上的物理机器装载控制系统程序形成加工处理环境；HMI工具，提供机器和用户的交互接口。
其中通过加工处理环境工具集中的HMI工具的HMI模板，配置HMI系统。HMI模板由机器制造商和用户目标需求信息建立，HMI模板详细指明什么信息显示给用户，典型的有：单个屏幕设计；机器状态信息，错误信息；屏间导航控制；组件状态信息；机器模式信息；机器控制和模拟模型及有关诊断信息。
不同用户分级信息定义成不同的HMI用户模板。这些HMI模板存储于组件库中。这样不用专门的HMI程序技巧，加工工程师通过加工处理环境工具集的人机接口工具能浏览配置一个事例，这种方法支持企业并行程序化操作。在机器逻辑行为完成前HMI配置模板分布于WEB服务器。通过机器HMI模板，当模型中的信息日益增多，机器HMI能自动组装入机器组件，配置中减少了可能多余错误的导入。
这种实机与虚拟机通过HMI驱动，使工程师能在真实机器完工前得到HMI的操作训练。图5描述了HMI系统运行结构。HMI通过标准浏览器本地化设置机器或世界任意地方远程设置，HMI模板发展为一系列HTML页，从WEB服务技术支持的服务脚本的通用模型处找回组件信息。这种HMI框架用于维护和安装使用提供界面，因此机器离开系统也能自动运行，足以容忍TCP/IP非确定性通讯和一定的网络时间延迟，真实事件和显示事件的显示延迟不会影响机器实时行为。
远程采用瘦客户结构允许任意用户本地浏览机器功能和控制（控制只受限为单个用户同一时刻）监视机器的任一部分，远程机器浏览者能通过基于INTERNET的HMI监视机器所有部件，但不能获得控制权。
这种瘦客户结构好处是利用标准PC机，在任意HMI失效事件发生时，能用另一个PC打开HMI，使工程职员直接努力于解决机器故障，而不是复杂的HMI单元移除和安装。
二、系统实现
与太阳能技术公司合作对自动层压机的控制与维护系统的有关环境设计。
自动层压机为热油加热形式，热载体（导热油）在加热箱内被电热管加后，用热油泵通过管络传送到用热设备，热交换后再次回到加热箱加热，实现连续循环供热。HMI系统为机器实现组件机器信息，呈现给用户的是不同组件视图和监视参数，工作流程。HMI系统屏幕设计表现为顺序性。机器HMI有专门按钮执行屏幕导航。如图6模型。
自动层压机板载PLC为 SIEMENS S7-200，制造商提供Siemens S7 接口需要的 SIMATIC NET软件；我们采用组态软件Advantech WebAccess驱动与SIMATIC NET软件进行通讯。WEB监控服务器通过物理 Serial（串口）与监控节点相连，AdvantechWebAccess 中的排程功能提供了设定油温、油压，报警，阀门指示等，也可以用于过程控制和产品生产，如气阀打开关闭等。远程用户可以通过输入WEB页地址进行监视和远程控制。如图7维护平台数据采集（远程监控）
（一）连接方式
连接有二种方式：内网连接和外网连接。如果内网连接访问，则输入内网IP即可。如果是外网访问，只要将WEB服务器IP映射到外网IP上，检查防火墙端口配置开放情况，确保WebAccess远程访问所需端口“8080”确实已经开放给外网IP地址，确保WebAccess 节点属性中HTTP、TCP 端口为实际端口。
Advantech WebAccess 提供了一个“完全”基于浏览器的解决方案。使工程师、制造商、购买方利用Web 浏览器远程通过企业内部网或互联网来提供监视、诊断、维护等支持。
（二）调试过程：
PLC中性能参数设置是核心，远程监视诊断维护系统采集的设备实际运行状态及后台支持知识库是系统有效性的关键。调试目的：检查各项按钮开关，仪表、指示灯工作与设备动作是否协调；真空性能与气动功能是否正常；调整温度与压力，油温和压力监测是否正常报警；观察开盖动作是否平稳可靠；设备突然停电等应急措施是否有效等。工程师通过INTERNET网监视或参与远程维护用户设备状态，系统状态参数集中显示在远程HMI上，当错误发生时机器HMI显示一个机器模型指示确认机器故障的物理位置，如图6，HMI屏显设计机器物理装配结构。各单元示图有屏幕导航，利于用户应急指导和远程技术工程师的指导维护。
三、结论
传统的机器HMI系统由于产品发展周期长，在工程伙伴间的高技能人才间会出现轮流工作障碍，不能充分适应灵敏制造需求。本项目提出的基于INTERNET的集成工程设计加工维护的多媒体环境系统正好迎合了目前高度并行制造和加工的机械工程制造环境需要，这个集成多媒体环境制造系统的层压机HMI能：减少机器控制逻辑和HMI系统间的矛盾；方便机器故障诊断，不需要查找繁杂的PLC逻辑代码；使工程合作伙伴用基于C/S技术的WEB可视化低成本并行工作，实现远程监控和现场监控的零距离操作，增强对机械突发事件的高速响应能力。经过调试，系统达到预期目标。
但也有问题有待进一步解决：如更人性化的日常保养维护提示；设备工作环境潮湿度；清洗导热油过滤网等关键部件的自动计划按排；设备在使用过程中突然停电或紧急停机的应急方案3D模型化；工具和集专家知识库于一体的3D工作模型库等。
参考文献：
[1]Harrison R. et Al,“Component Based Distributed Control Systems For Automotive Manufacturing Machinery Developed Under the Foresight Vehicle Programme”,S.A.E. Conference 2001
[2]肖文红.太阳能电池组件层压机的远程维护系统研究.科技与资讯，2011年第12期
[3]D.W. Thomas,“A Process Definition Environment For Component Based Manufacturing Machine Control Systems Developed Under The Foresight Vehicle Programme”,S.A.E. Conference 2001
作者简介：肖文红（1971.3-），男，浙江嘉兴人，嘉兴职业技术学院（314036），硕士，主要研究方向：计算机网络技术
课题项目：本课题为浙江省教育厅2010年科研项目---“基于自动层压机的远程维护系统研究”成果[项目编号：Y201016992]。
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