科学技术创新2021.05
基于OPCUA 协议的西门子PLC 设备
故障监测系统开发
李金普韩佳起胡长霆
（江苏中烟工业有限责任公司徐州卷烟厂，
江苏徐州221000）随着网络科技的发展，传统工业对网络化、
智能化提出了更高的要求。为了将机械设备和电脑端可视化、
手机端实时监测、客户端远程控制相结合，本程序对PLC 、OPC UA [1]协议、
窗体客户端的设计编写进行了深入研究。目前在我厂的生产活动中，设备的运行状况可通过生产现场的触摸屏程序获取、显示
和控制。当设备出现故障，触摸屏程序会显示故障信息，
并发出报警，这时要求现场操作人员或维修人员在第一时间发现并处
理设备报警和故障。但由于生产区域空间跨度大、情况复杂，有些设备的报警信息不能及实地被发现和查看，
另外，生产区域中也存在部分设备信息未被中控系统监测的情况，
例如配方库堆垛机具体故障无法报送，需要操作人员进入库区确认。类似
情况会导致中控人员无法快速到设备故障症结，
难以实施在线调整、快速复位等操作。针对以上问题，
本文开发了一套设备故障监测系统，经测试后，该系统缩短了故障处理的时间，
提高了生产管理效率，降低了生产事故发生的风险。
1设备故障监测系统1.1系统主要功能
设备故障监测系统是一款基于C#语言的WINDOWS 窗体
应用程序。
可在装有WINDOWS 操作系统和.NET Framework [2]的计算机内运行。该系统遵循OPC UA 协议将西门子S7-400PLC 和程序连接。程序通过订阅的方式接收PLC 的故障报警信息，
经过判断和处理后在可视化区域显示故障图标记，
并通过钉钉机器人实现手机和电脑端的消息推送。相关操作人员在手机安装钉钉并打开系统通知，可以在第一时间接收到设备故障报警。
本系统将PLC 信息点（PLC 中间变量、输入点、
输出点）用MySQL 数据库进行管理，将每个信息点的标签，NodeId [3]
现代朗动报价，地址，
描述，所在区域串联，并根据设备、
区域进行分组。采取订阅[4]的方式，
由OPC 服务器（KEPServer [5]）对PLC 循环扫描，减轻了前端的运算压力。管理方式高效，
代码优化程度高。1.2系统模型
本系统模型结构如图1所示，PLC 通过西门子TCP/IP Ethernet 驱动和KEPServer （OPC 服务器）连接，建立Tag 标签与
PLC 上的故障指示I/O 和中间变量匹配，并进行分组。
建立数据库，
将Tag 标签的NodeId 和相应设备故障信息录入数据库。完成服务器和数据库的部署工作后，
软件可直接运行，并且每次使用前不需要重新部署。
点击建立连接，软件通过OPCUA 协议和OPC 服务器建立连接，同时建立与数据库的连接。
点击开始服务，从数据库表中获取所有NodeId 并向OPC 服务器请求订阅。当PLC 监测点的值发生改变，OPC 服务器通过扫描获得该变化，并向软件发送相应的NodeId 和值。软件判断该值是否为故障，
通过数据库取出该故障点的对应的故障信息，显示在软件内。同时将故障设备在区域图上标红。
对故障信息通过REA 算法加签、加时间戳的方式进行加密，并转化为哈希值发送到钉钉服务器所在的OPI [6]接口。利
用钉钉机器人实现将故障位置、
类型、地址等信息实时发送到钉钉的功能。
点击停止服务，系统取消对OPC 服务器的订阅并断开和OPC 服务器、数据库的连接。
图1系统模型结构图
1.3系统开发过程
利用Visual Studio2019发开工具编写基于C#的窗体程序，
阿尔法 罗密欧
完成OPC 服务器和数据库的部署工作。
根据程序主界面获取用户输入的OPC 服务器地址建立连接，查询获取数据库表中获取所有NodeId 并向OPC 服务器请求订阅。
当PLC 监测点的值发生改变，OPC 服务器通过扫描获得该
变化，并向软件发送相应的NodeId 和值。当该值为TRUE 时，
软件判断该点为故障，
将故障点的NodeId 返回数据库查询其相关信息。将故障点在设备运行情况示意图上的对应位置标红
（如摘要：为了更好地监测设备运行情况，及时处理设备故障。现开发了设备故障监测系统。它能够实时地监控指定设备的运
行状况，并在Windows 窗口程序设备示意图予以显示。开启系统后，程序通过OPC UA 协议连接KEPServer 服务器，当设备发生故
障，系统会收到PLC 的故障信息，显示在本系统消息栏中，同时对示意图上的故障设备做标红警示，并且手机、电脑的钉钉客户端
会推送消息提醒。通过本系统的开发与使用提升了生产管理效率，缩短了故障响应时间，为生产计划、统计提供了翔实可靠的数
据支持。
关键词：PLC ；KEPServer ；OPC UA ；钉钉中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：2096-4390(2021)
05-0170-03170--
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科学技术创新图2所示）同时生成故障提醒，通过RSA 算法加签、加时间戳的方式进行加密，并转化为哈希值发送到钉钉服务器所在的OPI 接口。利用钉钉机器人实现将故障信息事实发送到钉钉的功能。图2软件内设备运行情况示意图2OPC UA 在故障监测系统中的应用OPC 是用于在工业自动化领域和其他行业中安全可靠地交换数据的互操作性标准。它独立于平台，确保来自多个供应商的设备之间的信息的无缝流动。OPC 基金会负责开发和维护本标准。OPC 标准是由行业供应商，最终用户和软件开发人员开发的一系列规范。这些规范定义了客户端和服务器以及服务器和服务器之间的接口，包括访问实时数据，监控报警和事件，访问历史数据和其他应用程序。OPC UA 的技术优点主要有：（1）与平台无关，支持跨平台应用，可应用与任何系统上。（2）配置与维护更加方便。（3）通讯范围更广、通讯性能更强。（4）通讯更加安全。2.1OPC 服务器搭建西门子PLC S7-400通过西门子TCP/IP Ethernet 驱动与KEPServer （OPC 服务器）相连，
将KEPServer5软件部署在内网虚拟机上，建立Tag 标签与PLC 上的故障指示I/O 和中间变量匹配，并
进行分组。2.2数据库搭建
采用Mysql 数据库服务，
通过Navicat 数据库管理工具导入Tag 相关的NodeId 和故障信息
（如图3所示）。2.3TCP/IP 协议吉普指挥官
为了实现将设备报警信息编码向钉钉服务器提供的OPI
接口发送，
需部署TCP/IP 协议。用于实现软件接口的网络功能及数据传输功能。TCP/IP 将应用、表现、会谈三层整合成一个应用层，在应用层上面可以实作的程序协议有HTTP,SMTP,DNS 等等。传送层则没有变，不过依据传送的可靠性又将封包格式分为连接导向的TCP 及非连接导向的UDP 封包格式。网络层也没有变，主要内容是提供了IP 封包，并可选择最佳路由来到达目标IP 地址。使得软件的网络选择更加稳定。
2.4软件接口2.4.1网络接口（1）OPCFoundation.NetStandard.Opc.Ua ：用于介入OPCUA 协
议与OPC 服务器的连接。（2）DingTalk OPI ：用于向钉钉服务器
丰田汽车10万元以下发送推送消息，调用钉钉机器人服务。
2.4.2数据库接口MySql.Data ：用于关联数据库和系统监测区域的实时更新。
在数据封装时，网络分层中的每个层相互之间会用接口进行交
互并提供服务，其中应用层与用户之间的接口称之为应用程序
接口。API 实际上是一种功能集合，也可说是定义、
协议的集合，无论是那种集合，它的实质都是通过抽象为用户屏蔽实现上的细节和复杂性。
3系统测试与应用效果
目前，设备故障监测系统已部署在配方库的虚拟机上，
实现了对配方库A 线、B 线、C 线、配方库出库、托盘回收等区域的全面监控。收录了配方库PLC 上1235个监测点，并实现了实时监控。本系统每100毫秒对监测点进行实时扫描。
设备故障监测系统的设备运行示意图（如图4所示）能够直观地反映设备运行的
状态，故障发生的位置。改变了以往单调的文字描述，图文并茂
地展示故障信息，便于操作和维修人员迅速准确地进行判断。软件采集的故障信息生成完备的日志文件，详细记录设备故障历时，为统计、溯源、分析设备故障症结提供了依据。
图4设备故障监测系统界面
当设备出现故障时，本系统自动推送报警信息到钉钉，
手机钉钉客户端收到了报警信息，如图5所示。本系统推送的故障信息历史记录将生成日志文件，可供后期查阅和
整图3Navicat 管理Mysql 数据
库
（转下页）奔驰巴博斯
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理。提高了生产管理效率，降低了生产事故发生的风险。
图5钉钉消息推送页面
4结论
设备故障监测系统的开发解决了现场操作人员由于工作区域大无法一直实时监控设备运行状态的问题。使操作人员将
更多的注意力放在对过程、工艺、
产品质量上，间接提升产品品质，同时解决了现场操作人员与维修人员沟通时对设备故障描述不准确的问题。本系统有效地填补了中控系统对库区设备的监测空白，使得一些原本只能在现场触摸屏上的故障信息可以
在虚拟机上远程监测。提供可视化界面辅助辨识，同时向手机
实时推送报警信息。这一功能有效地避免了现场操作人员由于复杂的生产现场情况而遗漏设备报警。
设备故障监测系统的开发和使用，
提高了生产管理效率，降低了生产事故发生的风险，提高了故障判断的准确性，缩短了故障处理的时间，为生产计划、统计提供了翔实可靠的数据支持。也是徐州卷烟厂智能化、信息化的体现。
参考文献
[1]孙杭，王有为，陈银桃，罗冰.OPC UA PUB/SUB 模式的研究与实现[J].工业控制计算机，2020（12）.[2]宋庭新，李轲.基于OPC UA 的智能制造车间数据通信技术及应用[J].中国机械工程，2020（14）.[3]禹鑫燚，殷慧武，施甜峰，唐权瑞，柏继华，欧林林.基于OPC
UA 的工业设备数据采集系统[J].计算机科学，
2020，47（S2）：609-614.[4]黄铮，朱学海.OPC UA 发布/订阅模式在电能质量仪表上的应用研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2020，20（12）：53-57.[5]李苗.KEPServer Ex 在煤矿综合自动化、信息化集成平台中的应用[J].科技视界，2014（30）：293，295.
[6]李红永.Python 监听服务器业务并利用钉钉机器人实现报警[J].中国有线电视，2020（08）：900-903.
作者简介：李金普（1987-），男，汉族，山东枣庄人，工作单
位：江苏中烟工业有限责任公司徐州卷烟厂生产制造处，研究方向：烟草机械，本科，工程师
。
CTC 集成技术在电动汽车电池布置中的应用
张涛（恒大恒驰新能源汽车研究院（上海）有限公司，上海201613）
随着电动车市场的日益兴旺，消费者对电动车性能的需求也
逐渐清晰，并主要集中在续航里程、
智能驾驶、电池安全等方面。各大主机厂也清晰地认识到这些需求并在研发阶段做出了积极的应对，针对其中最受关注的续航里程上的研究付出的努力是最大的。
对于增加续航里程，最直接的就是增加电池电量，
在电池类型、电极材料、能量密度等现有电池技术前提下，
想要在短期内获得突破是非常困难的事情，因此在汽车有限的空间内寻一种最优的电池集成方案就成为能够有效提升整车续航里程的研究课题[1]。
传统的集成方式是由电芯组成模组，再由模组构成电池包，最后将电池包安装到车身地板上。目前新的研究方向是意图将电芯
直接集成到车身上，此项技术能够最大程度的提升空间利用率，
也就是说能在相同的空间内布置更多的电池，
从而提升电池电量，达到增加续航里程的目的。
1项目概况
为了增加车型续航里程，提升市场竞争力，
公司决定通过技术预研寻新的机会，策划与供应商合作在新平台上开展提升电池
容量的预研项目。
本文主要通过对比市场主流企业的技术发展方案，分析每种
技术路线的优点和缺点，同时分析了电池集成的发展趋势，
在综合评估了供应商提供的技术条件后，最终决定采用CTC 的电池集成
方案继续开展分析工作。并对电池具体布置方案、
整车重量、续驶里程影响、电池密封、电池装配工艺等开展详细的分析，
从技术可行性的角度进行横向对比，
并最终决策实施方案。2典型电池集成方案对比分析
对电池集成的趋势可以从电池模组变化的趋势来分析。对于整车厂和电池供应商来说都希望在有限的空间内装载更多的电
芯，并通过模块化、规模化实现成本的降低，
因此出现了从小模组、中模组、大模组到超长模组的进化过程。可以看出演变的过程是从小模组到大模组甚至无模组的趋势。这种形式虽然提升了电池内
部的空间利用率，但增加的电池电量是有限的，
闯红灯因此考摘要：本文的主要目的是通过对电池集成方案的对比分析，寻一种最优的集成方案，
并解决布置上的实际问题。通过对电池集成方案的分析，CTC 方案的主要贡献体现在：a.提升空间利用率增加电量15%-25%；b.减重10kg-15kg ；c.电池也作为结构件的一部分承载一定的载荷。
关键词：CTC ；电池布置；电池密封中图分类号：U469.72文献标识码：A 文章编号：2096-4390(2021)05-0172-03（转下页）172--