季秀远，魏向辉，张怀忠

（渤海装备中成机械制造公司，天津 300280）

1 概述

本文针对螺杆钻具定子制造过程具有多品种变批量生产、生产工艺过程复杂、现场实时信息反馈要求高及质量控制严格等特点，构建钻具定子生产物联网系统，该系统可以通过传感器、PLC 等采集产品制造过程中的实时产品工艺参数、质量数据等传送至中央控制室，并在中央控制室设置数据处理中心，将数据保存至服务器。数据可以通过B/S 系统调取，供用户对海量数据进行处理分析和产品质量监控。

2 螺杆钻具定转子线型轮廓的检测方案

该方案由定转子全轮廓测量、定子小径尺寸测量与转子轮廓中径测量、数据传输三部分组成。定子全轮廓测量系统完成，转子全轮廓测量由光学照相系统完成，定子小径尺寸和转子轮廓中径尺寸同时被采集。所有定转子数据通过网络上传到服务器，实现以上数据的采集、传输、监控和查询（图1）。掌握马达定转子全轮廓加工信息，提高数据分析能力，提升关键零件制造和研发质量。

3 定子橡胶炼胶过程监测方案

图1 定转子数据采集系统

炼胶工序的监控由原来无监控的管理变成可追溯性的数字化管理，确保炼胶从原材料称量、炼胶温度、炼胶时间、炼胶电流以及操作人员的工艺执行纪律的实时可视化监控，提高管理人员、技术人员对炼胶过程的全面监控水平并及时调整，更好地提高混炼胶质量。对炼胶车间的密炼机和开炼机进行数字化和智能化改造来实行对炼胶过程实施监测，安装工业电脑信息录入处理系统（图2）实现对每车混炼胶相对应的序号、配方号、混炼胶工序号的进行记录跟踪。

4 定子橡胶注胶、硫化过程监测方案

4.1 注胶工序监测方案

图2 信息录入处理系统

技术人员对原有注胶机的注胶工艺过程无法及时了解，改造后可使技术人员对注胶过程进行监控，全面掌控注胶过程的工艺数据，为定子质量分析提供详实数据，从而保证定子注胶质量。安装工业电脑信息录入处理系统（图3）实现对注胶定子号、注胶机号、混炼胶编号、芯轴编号进行记录跟踪。同时设备压力、工艺时间、注胶温度曲线，进行数字化、实时监控，并将数据传输到服务器进行存储，对注胶系统进行实时监控，工艺设计参数将会得到严格执行。

注胶监控流程：（1）注胶前能够在可视化显示器上输入注胶定子号、几号注胶机、混炼胶编号、芯轴编号。（2）传输页面显示5 处设置温度，实时温度并能保存。（3）传输页面显示实时注胶设置压力，实际注胶压力并能保存。（4）保存文件上传服务器，可以对某一时间段对注胶温度、注胶压力、注胶时间进行电脑统计。（5）实时传输注胶当时页面，当监控参数超过设计参数时发出蜂鸣报警，直到人工手动停止。（6）可以查阅历史注胶过程，所有监测数据传输到服务器并形成文件进行存储，能够形成实时传输页面通过电脑进行监控。

图3 信息录入处理系统

4.2 硫化工序监测方案

原硫化罐是由圆盘记录仪记录，温度/时间曲线记录纸容易丢失，不易保存和查询，造成追溯性差，无实时监控功能，且无压力/时间记录，造成安全警示作用缺失。因此，对注胶车间的硫化罐进行数字化和智能化改造实行对硫化过程实施监测，安装工业电脑信息录入处理系统实现对芯轴编号、预热程序号、硫化程序等进行记录跟踪。改造后监控系统上传温度/时间，压力/时间数据，可使管理人员对硫化过程进行可视化实时监控，形成较多的数据积累便于技术人员统计和进一步分析定子生产过程的硫化工艺数据。

对硫化时间、硫化压力进行数字化实时监控，并形成硫化/时间曲线，压力/时间曲线并将数据传输到服务器进行存储，形成无纸化记录,减少人为误操作,积累工艺经验,使工艺设计参数得到很好的执行。

5 网络及硬件功能需求实现方式

整个系统分成监控层、控制采集层和现场层三层。监控层和控制层采用工业以太网进行通讯，控制层和现场层则采用直接耦合方式，实时采集，实时传输，系统网络拓扑图如图4 所示。现场安装的数据采集传感器连接到现场PLC 控制系统内，通过工业以太网将采集数据上传给SCADA 系统，SCADA 系统将自身数据库数据传给SQL Server 存储数据库保存，保证数据存储安全性。

图4 系统网络拓扑图

5.1 系统基本功能

本系统以PLC 为采集前端、服务器为处理中心，实现对螺杆钻具制造物联网系统的组建，同时，能够通过友好的用户界面将数据呈献给用户。

（1）数据采集前端。数据采集前端采用现场HMI 输入、B/S 系统界面上传等方式进行数据录入。

（2）数据存储的功能。前端录入数据直接上传至系统数据库中存储，为管理人员的数据监看、管理、追溯提供数据源并进行相应的数据分析。

（3）安全功能。通过分级授权，实现对系统的安全管理，防止系统的非法侵入和非法操作。

（4）报警提示功能。通过蜂鸣、界面颜色变化和报表等功能来提示操作人员及时处理系统报警。

（5）设置两具枪机摄像头分别对准密炼工位和开炼工位，以辅助整个系统，对工位进行不间断的视频监控。

5.2 中控室基本功能

专家和技术人员可以通过中控室的监控系统查看工序的操作、设备参数运行状况等实时监测数据以及历史故障记录，并通过视频与数据监控等手段远程查看现场操作者工艺执行情况，当加工参数出现错误时进行报警及时提醒技术人员与操作者排除质量问题。

6 结语

将螺杆钻具离散制造业中的炼胶、注胶、硫化工序和定转子测量过程纳入螺杆钻具物联网监控，将分散和滞后性数据实现了集中共享和实时追踪，提高了管理人员、技术人员对定子橡胶加工过程的全面质量监控，及时发现存在的质量隐患，更好地提高橡胶质量。充分利用日常生产的大数据技术进行分析，为马达设计优化提供精准的数据支撑，并为钻具生产工艺、管理流程的优化提供了有效的手段。