一种基于5G物联网的动车组生产能效管理系统及管理方法

摘要

本发明为动车组生产设备配置融数智能网关，网关对设备生产过程中设备运行数据和能源消耗进行统计，通过5G网络将采集到的数据信息传输到动车组制造运营管理系统(MOM)，实现对数据的处理、分析和展示，直观的展示动车组的生产成本与效率，实时展示车间的生产情况，使生产管理更加直观；同时动车组制造运营管理系统(MOM)可对生产设备控制中心直接下发生产规划与生产任务，可以远程控制设备运行，方便快捷；通讯方式采用5G，无需内网IP地址，确保数据传输安全性，数据传输速率高；可扩展到移动端“融数平台”APP，为管理者随时随地提供实时的生产情况。

说明书

技术领域

本发明属于工业物联网(IOT)领域技术领域，尤其是涉及一种基于5G物联网的动车组生产能效管理系统及管理方法。

背景技术

单个工件的成本核算和生产过程中能源消耗统计，对生产制造的精细化、绿色化环保管理尤为重要。同时为了达到一切业务数据化、一切数据业务化的目的，对动车组生产过程中各个环节能效进行采集和分析，为数字化转型提供数据基石。

发明内容

本发明旨在解决动车组生产过程中不能准确进行生产成本和效率以及能源消耗采集，不能直观的展示和直接进行远程生产和能效管理，从而提供基于5G 物联网的动车组生产能效管理系统及管理方法，提高动车组生产能效采集的真实性准确性并降低成本，保证数据的安全性、时效性和真实性，提高生产管理的便捷性，达到生产过程的精细化管理。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于5G物联网的动车组生产能效管理系统，包括生产设备控制中心、融数智能网关、MQTT服务器、动车组制造运营管理系统和5G网络；所述生产设备控制中心通过5G网络连接融数智能网关，融数智能网关通过5G网络连接MQTT服务器，MQTT服务器连接动车组制造运营管理系统；所述融数智能网关包括5G网络模块、信息采集模块、数据处理模块、报警模块和控制模块；所述5G网络模块，用于与生产设备控制中心进行通讯；所述信息采集模块用于通过5G网络采集设备运行和能源消耗过程的数据，并传送给数据处理模块和报警模块；所述数据处理模块用于对信息采集模块采集到的数据进行边缘计算处理，处理后的数据传送给报警模块，并通过MQTT服务器上传至动车组制造运营管理系统；所述报警模块用于将信息采集模块采集到的数据或数据处理模块处理后的数据与其设定值进行比较，超出设定范围发出报警信号，并将报警信号通过MQTT服务器上传至动车组制造运营管理系统；所述控制模块通过MQTT服务器接收动车组制造运营管理系统对生产设备控制中心下发的生产规划与生产任务指令，生产设备控制中心对生产设备发出控制信号。

进一步地，所述生产设备控制中心连接生产设备的电流互感器、传感器、开关和继电器。

进一步地，所述控制中心包括PLC和工控机。

进一步地，还包括移动端“融数平台”APP，移动端“融数平台”APP通过 MQTT协议与MQTT服务器连接。

进一步地，还包括试验设备，所述试验设备通过5G网络连接信息采集模块。

本发明还提供一种基于5G物联网的动车组生产能效管理方法，采用上述一种基于5G物联网的动车组生产能效管理系统，通过如下步骤：

步骤一：生产设备控制中心采集生产设备运行和能源消耗数据；

步骤二：所述信息采集模块通过5G网络采集生产设备控制中心采集到的生产设备运行和能源消耗数据，并传送给数据处理模块和报警模块；

步骤三：所述数据处理模块对采集到的数据进行边缘计算处理，并对处理后的数据进行传送，若处理后的数据传送给报警模块，则执行步骤四，若处理后的数据通过MQTT服务器上传至动车组制造运营管理系统，则执行步骤五；

步骤四：报警模块将信息采集模块采集到的数据或数据处理模块处理后的数据与其设定值进行比较，超出设定范围发出报警信号，并将报警信号通过MQTT 服务器上传至动车组制造运营管理系统；

步骤五：工作人员通过动车组制造运营管理系统对生产设备控制中心下发生产规划与生产任务指令；

步骤六：生产设备控制中心对生产设备发出控制信号。

进一步地，所述步骤三还包括处理后的数据传送至移动端“融数平台”APP，所述步骤五还包括，工作人员通过移动端“融数平台”APP对生产设备控制中心下发生产规划与生产任务指令。

本发明为动车组生产设备配置融数智能网关，网关对设备生产过程中设备运行数据和能源消耗进行统计，通过5G网络将采集到的数据信息传输到动车组制造运营管理系统(MOM)，实现对数据的处理、分析和展示，直观的展示动车组的生产成本与效率，实时展示车间的生产情况，使生产管理更加直观；同时动车组制造运营管理系统(MOM)可对生产设备控制中心直接下发生产规划与生产任务，可以远程控制设备运行，方便快捷；通讯方式采用5G，无需内网IP地址，确保数据传输安全性，数据传输速率高；可扩展到移动端“融数平台”APP，为管理者随时随地提供实时的生产情况。

附图说明

图1为本发明实施示意图；

图2为本发明方案架构示意图。

具体实施方式

参照图1和图2，本发明基于5G物联网的动车组生产能效管理系统包括生产设备控制中心、融数智能网关，MQTT服务器、动车组制造运营管理系统(MOM)、移动客户端和5G网络。基于5G网络覆盖，依托融数智能网关，对车间设备的能源消耗情况和设备控制数据点和设备健康情况进行监控，通过MQTT协议，实现与公司内网和动车组制造运营管理系统(MOM)的数据互通，为设备层数字孪生，设备维修保养和数字化转型提供数据支撑。

融数智能网关包括5G网络模块、信息采集模块、数据处理模块、报警模块和控制模块，其中5G网络模块兼容多种工业通讯协议，具有良好的兼容性，可与生产设备控制中心的PLC、工控机等进行通讯，从控制程序中采集生产设备的运行数据，保证数据的真实性、有效性；信息采集模块通过5G网络，通过电流互感器采集能源信息，通过RS485/232协议采集设备内部传感器、开关、继电器等数据，从而采集设备运行数据和能源消耗等生产过程的全部数据，例如：设备的开机时间、运行时间、加工时间、加工精度，耗电量、耗气量、零件消耗量等；数据处理模块接收信息采集模块采集的数据，采集到的数据可通过网关配置进行边缘计算处理，将处理后的数据进行传输，降低前端与后台的运行压力。可计算设备的能源消耗、生产效率、使用效率、单个工件所消耗的全部成本，生产进度，生产效率等。信息采集模块和数据处理模块通过MQTT服务器将数据上传至动车组制造运营管理系统(MOM)。试验设备完成后可将试验结果通过MQTT服务器上传至动车组制造运营管理系统(MOM)，节省了人工审查图纸和试验结果的成本。报警模块将信息采集模块或数据处理模块的数据与其设定值进行比较，超出设定范围发出报警信号，并将报警信号通过MQTT服务器上传至动车组制造运营管理系统(MOM)。控制模块通过MQTT服务器接收动车组制造运营管理系统(MOM)对生产设备控制中心下发的生产规划与生产任务指令，控制中心对生产设备发出控制信号。

生产设备控制中心、融数智能网关与动车组制造运营管理系统(MOM)、移动客户端之间的数据传输都是通过5G通信完成的，无需内网IP地址，确保数据传输安全性，数据传输速率高，有效降低延迟时间，传输数据量大，确保车间大量设备数据监控，数字孪生的实效性。

同时设置移动端“融数平台”APP，融数智能网关信息采集模块、数据处理模块、报警模块和控制模块的数据和指令通过5G上传至MQTT服务器，MQTT服务器与移动端“融数平台”APP采用MQTT协议进行数据交互，移动端“融数平台”APP可呈现和平台端同样的设备运行信息和生产信息，并可以控制设备的远程启停。

一种基于5G物联网的动车组生产能效管理方法，采用上述基于5G物联网的动车组生产能效管理系统，通过如下步骤：

步骤一：生产设备控制中心采集生产设备运行和能源消耗数据；

步骤二：所述信息采集模块通过5G网络采集生产设备控制中心采集到的生产设备新型运行数据和能源消耗数据，并传送给数据处理模块和报警模块；

步骤三：所述数据处理模块对采集到的数据进行边缘计算处理，并对处理后的数据进行传送，若处理后的数据直接传送给报警模块，则执行步骤四，若处理后的数据通过MQTT服务器上传至动车组制造运营管理系统(MOM)和移动端“融数平台”APP，则执行步骤五；

步骤四：报警模块将信息采集模块或数据处理模块的数据与其设定值进行比较，超出设定范围发出报警信号，并将报警信号通过MQTT服务器上传至动车组制造运营管理系统(MOM)；

步骤五：工作人员通过动车组制造运营管理系统(MOM)或移动端“融数平台”APP对生产设备控制中心下发生产规划与生产任务指令；

步骤六：生产设备控制中心对生产设备发出控制信号。

举例1：动车组转向架总成车间，轮对轴承压装工序，降温除湿机，生产辅助设备。动车组转向架轮对压装前，轴承需要在恒温恒湿环境下8小时以上，这种要求下，遇见阴雨天气，需要车间操作工人根据工作经验，提前几小时到车间现场手动开启降温除湿机，保证车间的温湿度在要求范围内。

通过配置融数智能网关，对降温除湿机的温湿度等进行采集，实现融数平台移动端对设备进行监控，远程开启关闭降温除湿机，设置温湿度，定时开关机等功能，同时将降温除湿机工作过程中的能源消耗、运行时间、故障信息等进行展示，通过5G网络，确保数据采集的实时性。

举例2：动车组转向架总成车间，固定式轴承压装机，生产设备。设备本身不能对能源消耗信息进行采集，操作工人需要人工录入压装的轮对号，试验完成后打印出试验报表，一一核对压装曲线。

通过配置融数智能网关，可对固定式轴承压装机能源消耗进行采集，能实现由动车组制造运营管理系统(MOM)下发工单到固定式轴承压装机，试验完毕后将试验报表上传至动车组制造运营管理系统(MOM)，节省了人力物力，优化管理模式。

上述两种应用实例说明，动车组生产过程中主要的两种设备，生产设备和生产辅助设备，都可以通过此种能效采集方案对设备的能效进行采集，适用范围广。