铸造行业三维组态软件的应用

铸造行业三维组态软件的应用
陈贤明;杨军;刘亚宾;任波;常涛
【摘要】组态软件可以监控各种设备的运行状况,相比传统的二维组态,三维组态软件提供了更直观的三维监控环境,可以直观地了解工厂当前运行过程中的各类设备、质量、环境、能耗等信息.本文介绍了铸造行业三维组态的应用,对工厂进行全方位
的三维立体数字化监控,便于管理者对全局的把控,提升工厂管理水
平.%Configuration software can monitor the status of each equipment. Comparing with traditional 2D configuration software, 3D configuration software provides more of visual 3D monitoring environment and easy acquisition of information about equipment, quality, environment and energy consumption. In this paper, we introduce the application of 3D configuration software in foundry industry, which provide great convenience for managers of global control and enhance the level of management.
【期刊名称】《中国铸造装备与技术》
【年(卷),期】2015(000)005
【总页数】3页(P62-64)
【关键词】铸造;三维组态;虚拟监控
【作者】陈贤明;杨军;刘亚宾;任波;常涛
【作者单位】宁夏共享集团股份有限公司,宁夏银川750021;宁夏共享集团股份有
限公司,宁夏银川750021;宁夏共享集团股份有限公司,宁夏银川750021;共享装备
有限公司,宁夏银川750021;共享装备有限公司,宁夏银川750021
【正文语种】中文
【中图分类】TG28
铸造行业三维组态软件的应用
陈贤明
1，杨军
1，刘亚宾
1，任波
2，常涛
2
(1.宁夏共享集团股份有限公司，宁夏银川 750021; 2.共享装备有限公司，宁夏银
川 750021)
摘要：组态软件可以监控各种设备的运行状况，相比传统的二维组态，三维组态软件提供了更直观的三维监控环境，可以直观地了解工厂当前运行过程中的各类设备、质量、环境、能耗等信息。

本文介绍了铸造行业三维组态的应用，对工厂进行全方位的三维立体数字化监控,便于管理者对全局的把控，提升工厂管理水平。

关键词：铸造；三维组态；虚拟监控
中图分类号：TG28；文献标识码：A；文章编号:1006- 9658（2015）05- 0062- 03
DOI：10.3969/j.issn.1006- 9658.2015.05.017
收稿日期:2015- 03- 16
稿件编号:1503- 861
作者简介：陈贤明（1991—），男，助理工程师，主要从事三维组态建设相关工作.
0 前言
铸造工艺工序复杂，其中涉及的设备种类也很多，许多关键参数都对最终成品的质量有着重要的影响。

作为自动化通用型工具软件，组态软件在自动化系统中始终处于“承上启下”的地位。

用户在涉及工业信息化的项目中，如果涉及到实时数据采集，首先会考虑使用组态软件
[1]。

二维组态软件可以满足管理者对设备参数的监控要求，然而二维图形界面以平面的方式呈现，画面表现力较弱，特别是对于设备多、流程复杂的工艺仿真需要分割到不同的窗口中，在监控过程中不同窗口间的切换大大降低了监控效率。

通过抽象的平面图也难以直观地了解现场设备的布局和工艺流程。

在目前国内铸造行业较少地使用组态软件的环境下，为了全面实现园区生产监控的信息化、智能化，提升园区各个生产车间的管理和运营效率，整合现有监控和安防系统。

ICONICS的GENESIS64作为三维工厂的集成开发平台，解决了从数据采集、归档，到三维场景构建、实时动画驱动等问题，实现了园区电力、供水、供气、自动化控制、照明、空调、排水、门禁、视频等多个系统的集成和融合。

ICONICS公司是美国著名独立组态软件供应商，在HMI(Human Machine Interface，人机界面) / SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition，
监视控制与数据采集)产品和管理可视化开发领域一直处于世界领先水平。

2007年推出了业内首款集传统SCADA、3D、GIS于一体的组态软件GENESIS64。

GENESIS64 基于OPC-UA核心，充分利用了Win7系统中DirectX10的图形硬
件加速功能，可以创建直观高效的3D视图，而且它拥有相当完善的对OPC通讯
协议的支持，完全可以满足铸造工业现场与PLC的通讯要求
[2]。

1 功能设计
整个监控系统分为厂区漫游、设备监控、环境监控、能源监控、门禁监控、视频监控、报警监控和趋势分析几部分。

厂区漫游，要求对工厂的设备及厂房进行三维建模，可以直观地看到每台设备的外形、数量、位置，实现工厂的内部漫游。

设备监控，把整个工厂分为成型工部、模样工部、造型工部、熔炼工部、精整工部和砂处理工部6个部分。

每个工部的设备均可直观地看到其三维动作，同时现场
设备的重要参数均采集到服务器，可以实时监控这些参数的状态。

部分需设定的值可以直接对其进行设定或更改，以满足生产要求。

环境监控，包括温度、湿度、粉尘、噪声监控，可以查看到各环境传感器的实时值、报警状态以及实时/历史趋势图。

能源监控，对工厂电能、压缩空气、蒸汽与天然气的使用量进行监控。

门禁监控，可以对工厂8个大门3个小门进行远程控制并监控其开关状态。

根据
要求，大门开门时间过长会出现报警提示。

视频监控，将组态软件与视频监控系统无缝集成，可直接点击调用出当前监控画面，极大的方便了工厂对设备现场的管理。

报警监控和趋势分析，可以显示出设备的报警信息和参数的趋势图线。

2 组态开发
2.1 厂区漫游
支持3D视图，是三维组态较于传统二维组态软件而言最大的特点
[3]。

在厂区漫游功能的开发中，建立工厂设备简易的三维模型，把工厂分为几个重点区域，应用Camera View功能分别录制视角，通过对视角的切换来达到漫游的要求。

2.2 设备监控
设备监控承担着组态软件最基本的任务，通过与设备连接的PLC读取采集到的数据，传输到OPC服务器，再读取到组态软件，用来达到对现场设备的参数、动作、报警等状态的监控。

为了方便，把整个工厂分为6个工部，针对每个工部设备的不同录制了不同视角，在视角内可以近距离看到对应的设备。

除了对设备动作的变量连接，在设备的三维模型旁添加了三维标签展示参数。

此外在每个工部界面内添加了可滑动切换的二维参数表，来显示当前页面所有设备的参数。

2.3 环境监控
环境监控通过设备PLC对工厂各作业区环境的温度、湿度、粉尘、噪声等数据进
行采集、转换、通信联网、记录统计与报警，通过及时准确地获得现场环境参数，对工厂环境风险事故及其危险因素进行监测、分析、预测、预警，按照预防为主、全面覆盖、突出重点的原则，有效地防范了环境风险事故发生，快速科学地处置可能发生的突发性环境风险事故，确保环境作业安全，最大限度地保障职工身心健康。

环境监控的数据传输过程与设备监控类似，通过底层模块采集并传输到相应的PLC，通过TCP/IP网络连接到服务器，然后组态软件向服务器发出请求以读取需
要的数据。

图1 环境监控框图
2.4 能源监控
能源监控包括电能、压缩空气、蒸汽与天然气等信息的采集内容。

各能耗量通过对应前端仪表进行实时数据采集，经通信转换模块实现联网，各能耗单元间相对独立，便于扩容与排故，任一子单元出现故障不影响其他功能的数据采集。

能耗历史数据保存于数据服务器内，可以方便查看。

该系统可对工厂能源消耗状况进行监测分析与统计展示，实现对工厂黑区与白区铸造流水线设备、照明、插座、空调、电梯等用电，压缩空气、蒸汽与天然气等能源消耗的用量监测与用能管理，满足各能源消耗部位对能源消耗量的准确、详实的数据需求，为能源成本核算提供及时、准确的数据。

2.5 门禁监控
基于以太网通信,易于扩容、功能强大。

服务器与现场门禁系统及远程I/O模块实
时通信，提供可靠的数据、通信、时间管理、统计、数据存储等功能；通过三维组态软件与OPC服务器中的变量联动，以动态形式监控大、小门的开关动作及当前状态。

通过出门开关与远程I/O模块控制门磁加电与否，进而控制小门的开关动作，其
开关状态通过顶装电磁开关经I/O模块转换为逻辑状态，反馈给OPC服务器；通过读卡器与出门按钮、遥控器、远程I/O模块及门禁控制电路控制卷闸大门的升
降与否，其开关状态通过底装电磁开关经I/O模块转换为逻辑状态，反馈给OPC
服务器；其中，读卡器可工作于在线或离线状态，而大门的控制不受网络通断的影响。

图2 门禁监控框图
2.6 视频监控
由于工厂地域分布广，设备之间距离间隔大，因此系统采用集中管理机制，将整个系统的管理、维护工作集中到一台服务器。

对于网络中各项远程报警、视音频终端设备的维护，管理员不必到达设备现场，在远程就可监测设备运行状态、修改设备的各项参数，既提高了设备维护效率，又节省了人力和时间，便于整个系统的管理，系统可靠性高。

系统采用的基本组网方式为TCP/IP，是目前广域网和本地网都通用的组网方式，
保证了本系统和所有设备在网络的基础上可以平滑地过渡到新的网络化、数字化、多种用途、集中监控、分级管理的方式，而网点、控制点、设备可方便地实现数量的增减、控制逻辑的改变。

利用现有网络建立数字化视频监视系统可以节省投资、提高系统的开放性。

通过将视频数字化、网络化，网络内、外部的权限使用者可以通过网络随时观看现场清晰的视频图像。

在界面的左上角列出工厂所有的视频监控点，使用鼠标点击就能迅速打开该点的实时监控画面。

图3 视频监控界面
2.7 报警查看、趋势分析
报警查看包含了所有设备的报警数据。

不同的报警项目根据不同的优先级显示不同的颜色，以提示优先处理。

额外开发了报警查看的辅助系统—多媒体报警系统，
它会监视重要的报警参数，一旦重要参数报警，即使不进入报警查看，也会弹出报警对话框、发出声音甚至向管理者自动发送短信。

趋势分析可以查看所有参数的趋势图线。

通过点击可单独显示某工部某一参数的趋势图，亦可点击不同工部的多个参数，查看多参数趋势图。

3 结论
三维组态软件的应用，为该工厂带来了显而易见的效果。

在设备管理方面，改变了从前的现场设备管理的模式，可以通过监控中心，远程、直观地了解到设备的实时动作和运行状况；环境监控方面，可以实时监测工厂的环境参数，根据检测结果做出调控；视频监控方面，当发生故障的时候，通过视频联动可以直接调用监控画面；门禁监控方面，可以远程控制大门开关，也提高了安全性；采用数字化控制，可以实时记录质量数据，便于追溯、管理、查询；设备异常会发出报警信号，便于监管。

随着现代工业自动化领域的发展趋势，工业组态软件必然在由二维组态向三维组态发展。

应用三维组态、全面提升管理水平，此模式势必也为中国3万多家铸造企业的转型升级提供借鉴，推动铸造业快速转变发展方式及产业升级。

参考文献
[1] 马国华. 监控组态软件的相关技术发展趋势[J]. 自动化博览,2009(02):16.
[2] 曾俊,蒙建波. 64位三维组态软件GENESIS64在加热炉中的应用与探讨[J] . 自动化与仪器仪表,2012(06):86.
[3] 张军, 邢朋飞,陈晓辉,等. 基于GENESIS64的架桥机3D远程监控系统[J]. 起重运输机械，2013(12):24.
[4] 臧小杰.基于组态软件的压铸机控制系统[J]. 中国铸造装备与技术,2005(2).
Application of 3D Configuration Software in Foundry Industry
CHEN XianMing
1, YANG Jun
1, LIU YaBin
1, REN Bo
2, CHANG Tao
2
(1.KOCEL GROUP LIMITED, Yinchuan 750021, Ningxia, China；2. KOCEL MACHINERY CO., LTD., Yinchuan 750021, Ningxia, China)
Abstract: Configuration software can monitor the status of each equipment. Comparing with traditional 2D configuration software, 3D configuration software provides more of visual 3D monitoring environment and easy acquisition of information about equipment, quality, environment and energy consumption. In this paper, we introduce the application of 3D configuration software in foundry industry, which provide great convenience for managers of global control and enhance the level of management.
Keywords: Foundry; 3D configuration; Virtual monitoring。