1　项目背景

随着生产规模的提升，场地面积不断增加，厂区安全风险、车间环境质量及厂务设施的平稳运行是确保连续生产的关键，智慧工厂数字化平台应能全面监控厂区的关键指标，进行预警及联动，直观展示厂区现场危险源、环境和厂务的实时运行状况，实现自我侦测与防御，具备可配置的安全环境态势感知数字化系统。

图1 智慧园区数字化平台示意图

2　系统现状

安全系统：园区所有危险源未实行分级监控，无法对危险源做分类的配置和显示，使用操作不直观和方便。

环境监控：温湿度监控、废水指标和废气指标等还是单独监测，未实现数据整合。缺乏固定式的洁净度探头，所监控的区域有限。另外，现场的移动AGV监测装置在系统中不可配置，实际路线变更后无法及时的更新，造成显示异常，不能实时的显示实际信息。

厂务系统：电力、空压、暖通等通过单独的BA系统进行监控，未纳入统一的平台，实现集中监控，还是分散的单栋控制。

3　项目目标

（1）安全系统

实现所有危险源分类分级监控，覆盖所有显著危险源，高风险点实现预警联动，实时推送预案；集成智能巡检机器人等智能巡检手段，对无人库房进行24小时不间断巡检，控制早期火灾风险。

（2）环境监测

增加移动环境监控AGV系统的可配置性，可以对监控路径和点进行编辑调整，系统能够自动更新；集成手持式洁净度测试仪，实现数据的互联互通；把温湿度、废水、废气数据纳入统一平台，实现集中在线监控。

（3）电力监控

监测电力系统相关参数（电压、电流、功率因数等），出现异常时可通过预设方案实现联动控制。

（4）空压监控

监测压力、温度、流量和露点等数据，能够进行预警，并且自动启用备用设备。

（5）暖通监控

实现压力、温度、流量、风机风阀状态、风机频率等数据的监测，能够根据环境参数自动调节。

4　方案亮点

（1）自主可配：采用完全自主可控的国产化方案，基于全组态平台开发，可以在线进行产线布局等配置，具备柔性管理，减少了项目重复投资。

（2）全面感知：打通了各部分数据链路，统一了接入协议，实现了数据的整体接入和全域时空感知。

（3）自我防御：闭环式预警报警管理，知识库自动更新维护，实现自我检测和防御。

5　系统架构

图2 系统架构图

（1）数据采集层

现场布置传感器、摄像头、移动监控AGV小车、智能巡检机器人和PLC等硬件，对指标数据进行采集，实现不同应用子系统、不同设备接口协议之间的数据共享和应用集成，具备分布式架构，保证稳定性和可扩展性。

（2）平台层

BS架构体系，具备集成运营管理，数据分析处理，模块组件库，集中开发远程部署等能力。为系统提供后台服务支撑，保证系统稳定运行。采用亚控科技管控一体化组态平台 KingFusion，建立业务功能模型、对象、计算逻辑，以及基于 Web的可视化界面，形成完整的业务功能。由于 KingFusion平台对底层数据存储进行了封装，用户无需关心数据库结构和配置等，只需建立业务数据和逻辑即可，利用组态技术，使得业务功能开发、扩展、运维更加容易，工作量更小。

（3）展示层

实现跨平台展示，可视化空间切换，模型与数据联动，提高用户对运营和整体业务的理解。包括 Web接入服务和Web客户端环境。使用Html5、Javascript、CSS等技术，利用界面组态环境，生成可视化界面。能够支持各类主流浏览器，支持移动终端浏览。

6　系统功能

6.1　驾驶舱

管理驾驶仓作为一个管理可视化解决方案，能够让企业管理者像在飞机或汽车驾驶舱里面对仪表盘一样，直观地监测企业运营情况，并对异常关键指标预警和挖掘分析。管理驾驶舱所具有直观性、全面性、方便性、多维性和可配置性，能极大地辅助企业管理者了解相关决策信息，抓住主要问题和问题的主要方面，对潜在问题提早预警，从而使企业更好地实现经营和管理目标。

根据不同管理权限，可以配置定制的驾驶舱内容，综合查看园区安全情况、运行参数和能耗情况。

图3 中心驾驶舱

6.2　安全管理

监测厂区各类危险源（烟感、温感、电流火险、可燃气体、酸雾、漏液、甲醛等）及高风险装备状态，结合厂区全景图，实时监测危险源状态，可以查看危险源预警状态、当前监测值、预警限值和历史记录。

危险源进行分类分级监控，可以在线配置。预警发生时，可以在总览图跳动提醒，点击危险源标识可以进入到局部区域展示画面。严重报警自动弹窗提示，并进行视频和设备联动，采取紧急措施。

6.3　环境管理

结合AGV小车和现场传感器，实时监测各类环境参数（洁净度、温湿度、噪音、照明度等），并通过三维图形化展示，可以自动进行区域差值计算。巡检路线和产线支持在线配置，满足柔性生产要求。

（1）模型配置

支持模型的导入导出，可以实现模型的升级维护，并且能够根据现场布局进行产线的在线摆放，减少项目重复投资，提高系统利用率。

图4 模型配置

（2）路线配置

为应对现场布局调整，提供AGV监测路线配置功能，可以调整巡检点和巡检路线，匹配实际生产需要。

图5 路线配置

（3）园区漫游

通过3D模型展示整个园区的全貌，可以借助鼠标、键盘以第一视角进行漫游，同时可以进行单体聚焦，进入单体厂房后，可以根据巡检小车自由漫游，并结合数据进行展示。

图6 聚焦

图7 自由漫游

（4）环境监测

实时监测环境参数，并进行图形化展示，保证合适生产环境，提供基本保障。同时可以通过差值图算法实现区域数字化展示，形象的评估当前环境质量。

图8 环境监测

图9 差值图

6.4　电力系统

供配电系统是园区的命脉，因此供配电设备的监控和管理是至关重要的，本方案对供配电中的断路器或者接触器的运行状态实时监测，在监控界面上用不同的图标和颜色表示接通、分断、短路或者过载故障等运行状态，同时包含声音报警和文字提示，方便值班人员及时处理故障。

图10 电力系统

6.5　暖通系统

主要是针对集中式中央空调系统，空调系统由新风、回风、过滤器、冷热盘管、送风机、空调机组等组成，空调机组的主要监控内容包括送风量、回风量、新风量、送风温度、送风湿度、送风机启停、回风机、空气净化器等。

6.6　空压系统

结合空压工艺图，实时监测空压数据，提供空间切换列表。监测压力、温度、流量、露点和加载状态等数据，出现异常自动报警，并切换备用方案。

图11 暖通系统

图12 空压系统

6.7　报警管理

系统记录各个子系统的报警信息，历史报警存储于数据库中，供查询使用。操作员可以对实时报警信息进行确认、消音、清除等处理，当报警点恢复到正常状态的范围时，系统自动将报警系统恢复显示为报警恢复状态。报警信息分类如下：

• 设备自控系统：机电设备故障报警、控制器故障报警；

• 火灾报警系统：消防主机的故障报警和消防广播的故障报警；

• 闭路电视监控系统：主机故障报警、云台控制器故障报警、视频影像故障报警；

• 防盗报警系统：防盗探头的报警、控制器的故障报警。

6.8　知识库管理

具备预案知识库管理，报警发生后自动匹配预案，指导现场处置。同时可以根据现场处置情况，重新完善预案，不断更新优化。

摘自《自动化博览》2020年10月刊