一、行業(yè)背景
包裝制造業(yè)在現(xiàn)代工業(yè)體系中占據(jù)著極為重要的地位,，它猶如產(chǎn)品走向市場(chǎng)的 “保護(hù)神” 與 “形象大使”,。在當(dāng)今全球化的商業(yè)環(huán)境下，包裝制造企業(yè)面臨著諸多挑戰(zhàn)與機(jī)遇,。隨著消費(fèi)者需求的日益多樣化和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的白熱化,，企業(yè)必須在保證產(chǎn)品包裝質(zhì)量的同時(shí)，不斷提升生產(chǎn)效率,、降低成本并優(yōu)化管理決策,。
在包裝制造的生產(chǎn)流程中，涵蓋了從原材料的輸入,、加工處理,、包裝成型到成品輸出等多個(gè)復(fù)雜環(huán)節(jié)。例如,，在食品包裝生產(chǎn)線上,，首先是原材料如紙張、塑料薄膜等的供應(yīng)環(huán)節(jié)，這些原材料需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)后進(jìn)入加工環(huán)節(jié),。在加工環(huán)節(jié),，可能涉及印刷、切割,、折疊,、粘合等多種工藝操作，每一道工藝都有其特定的設(shè)備和參數(shù)要求,。最后,，經(jīng)過(guò)包裝成型的產(chǎn)品還需要進(jìn)行質(zhì)量抽檢、標(biāo)識(shí)打印等操作才能成為合格的成品出廠,。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程涉及大量的設(shè)備,、工藝和人員協(xié)作，是一個(gè)高度復(fù)雜且精細(xì)化的系統(tǒng)工程,。
從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看,，包裝制造行業(yè)正處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮之中。傳統(tǒng)的包裝制造企業(yè)往往依賴人工經(jīng)驗(yàn)和簡(jiǎn)單的機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備,，這種生產(chǎn)模式在面對(duì)日益增長(zhǎng)的個(gè)性化定制需求和高效生產(chǎn)要求時(shí)逐漸力不從心,。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù),、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展,，為包裝制造企業(yè)的智能化升級(jí)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。其中,，PLC作為工業(yè)自動(dòng)化控制的核心設(shè)備,，在包裝生產(chǎn)線的設(shè)備控制、工藝參數(shù)調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用,。而 PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的出現(xiàn),，則進(jìn)一步為包裝制造企業(yè)的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和智能化管理提供了有效的解決方案,，成為推動(dòng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要力量,。
二、企業(yè)遇到的問(wèn)題
（一）數(shù)據(jù)采集難題
設(shè)備兼容性問(wèn)題
包裝制造企業(yè)通常會(huì)使用多種不同品牌,、不同型號(hào)的設(shè)備,，這些設(shè)備可能來(lái)自不同的供應(yīng)商，其通信協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)千差萬(wàn)別,。例如,，部分老舊設(shè)備可能僅支持串口通信，且采用的是特定廠家的私有協(xié)議,；而一些新型設(shè)備則可能具備以太網(wǎng)接口,，采用通用的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議如 PROFINET,、ETHERNET/IP 等。這就導(dǎo)致在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí),，難以找到一種統(tǒng)一的方法來(lái)連接和獲取所有設(shè)備的數(shù)據(jù),，企業(yè)往往需要針對(duì)不同設(shè)備開(kāi)發(fā)專門的數(shù)據(jù)采集程序，增加了開(kāi)發(fā)成本和維護(hù)難度,。
數(shù)據(jù)采集范圍局限
許多企業(yè)在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中,，僅能獲取設(shè)備的部分基本數(shù)據(jù)，如設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（啟動(dòng),、停止、故障等）和一些簡(jiǎn)單的工藝參數(shù)（如溫度,、壓力,、速度等）。對(duì)于一些深層次的設(shè)備數(shù)據(jù),，如設(shè)備內(nèi)部的零部件磨損情況,、電機(jī)的電流和電壓波動(dòng)細(xì)節(jié)、控制系統(tǒng)的詳細(xì)報(bào)警信息等,，難以進(jìn)行有效的采集,。這使得企業(yè)在進(jìn)行設(shè)備維護(hù)、故障診斷和生產(chǎn)優(yōu)化時(shí)缺乏足夠的數(shù)據(jù)依據(jù),，無(wú)法深入挖掘設(shè)備的潛在問(wèn)題和生產(chǎn)過(guò)程中的優(yōu)化空間,。
（二）設(shè)備聯(lián)網(wǎng)困境
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)混亂
隨著企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和設(shè)備數(shù)量的增加，包裝制造企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)往往變得十分復(fù)雜,。不同車間,、不同生產(chǎn)線的設(shè)備可能連接在不同的局域網(wǎng)中，這些局域網(wǎng)之間的通信可能受到防火墻,、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的限制,，導(dǎo)致設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸不暢。此外,，部分企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期缺乏整體規(guī)劃,，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不合理，存在單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn),，一旦某個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題,，可能會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)線甚至整個(gè)工廠的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)交互。
遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理困難
在傳統(tǒng)的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)模式下,，企業(yè)管理人員往往只能在工廠內(nèi)部的局域網(wǎng)環(huán)境下對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理,。當(dāng)管理人員需要在外出差或者遠(yuǎn)程辦公時(shí)，難以實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息,，無(wú)法及時(shí)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行預(yù)警和處理,。這不僅降低了企業(yè)的管理效率,，還可能因設(shè)備故障得不到及時(shí)處理而導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失,。
（三）數(shù)據(jù)利用與決策困境
數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重
由于數(shù)據(jù)采集和設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的不順暢,，包裝制造企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)往往分散存儲(chǔ)在各個(gè)設(shè)備控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)中,，形成了一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)孤島,。這些數(shù)據(jù)孤島之間缺乏有效的數(shù)據(jù)共享和交互機(jī)制，企業(yè)難以將不同來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析,，無(wú)法從全局角度把握生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況,。例如，生產(chǎn)部門的數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)與質(zhì)量控制部門的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,，導(dǎo)致在產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),，難以快速定位問(wèn)題根源并采取有效的改進(jìn)措施。
數(shù)據(jù)分析能力不足
即使企業(yè)能夠采集到大量的設(shè)備和生產(chǎn)數(shù)據(jù),，但由于缺乏專業(yè)的數(shù)據(jù)分析人才和有效的數(shù)據(jù)分析工具,，往往無(wú)法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析。企業(yè)通常只能進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表生成工作,，如設(shè)備故障率統(tǒng)計(jì),、產(chǎn)量報(bào)表等，無(wú)法利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)建立設(shè)備故障預(yù)測(cè)模型,、生產(chǎn)質(zhì)量控制模型等高級(jí)應(yīng)用,，難以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的決策信息，從而無(wú)法充分發(fā)揮數(shù)據(jù)在企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理中的作用,。
三,、解決方案
（一）PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的功能特性
多協(xié)議轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一接入
PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)具備強(qiáng)大的協(xié)議轉(zhuǎn)換能力，能夠支持多種常見(jiàn)的工業(yè)通信協(xié)議,，如 MODBUS,、OPC UA、PROFINET,、ETHERNET/IP 等,。無(wú)論是老舊設(shè)備的串口協(xié)議還是新型設(shè)備的以太網(wǎng)協(xié)議，網(wǎng)關(guān)都可以將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（如 MQTT 協(xié)議）,，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入,。例如，對(duì)于一臺(tái)采用 MODBUS RTU 串口協(xié)議的包裝機(jī)械和一臺(tái)采用 PROFINET 協(xié)議的自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備,，PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)可以分別與它們建立連接,，將 MODBUS RTU 協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 MQTT 協(xié)議數(shù)據(jù)，將 PROFINET 協(xié)議數(shù)據(jù)也轉(zhuǎn)換為 MQTT 協(xié)議數(shù)據(jù),，然后將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到企業(yè)的數(shù)據(jù)中心或者云平臺(tái),，從而解決了設(shè)備兼容性問(wèn)題,，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集的過(guò)程。
深度數(shù)據(jù)采集功能
該網(wǎng)關(guān)不僅能夠采集設(shè)備的基本運(yùn)行數(shù)據(jù)和工藝參數(shù),，還具備深度數(shù)據(jù)采集能力,。它可以通過(guò)與設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行深度交互，獲取設(shè)備內(nèi)部的詳細(xì)信息,。例如,，網(wǎng)關(guān)可以采集到包裝設(shè)備中電機(jī)的實(shí)時(shí)電流、電壓,、功率因數(shù)等電氣參數(shù),，以及設(shè)備的控制系統(tǒng)日志、故障報(bào)警代碼的詳細(xì)解釋等信息,。這些深度數(shù)據(jù)能夠?yàn)槠髽I(yè)的設(shè)備維護(hù)人員提供更全面,、更準(zhǔn)確的設(shè)備狀態(tài)信息，有助于提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障,，制定合理的維護(hù)計(jì)劃,，降低設(shè)備維修成本,。
（二）基于 PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)方案
構(gòu)建靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
利用 PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān),，可以構(gòu)建一種靈活、可靠的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。網(wǎng)關(guān)作為設(shè)備層與網(wǎng)絡(luò)層之間的連接樞紐,，可以將各個(gè)車間、生產(chǎn)線的設(shè)備連接到企業(yè)的骨干網(wǎng)絡(luò)中,。例如,，在一個(gè)大型包裝制造企業(yè)中，可以在每個(gè)車間設(shè)置一個(gè)或多個(gè) PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān),，將車間內(nèi)的包裝設(shè)備,、檢測(cè)設(shè)備、輸送設(shè)備等連接到網(wǎng)關(guān),，然后通過(guò)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡髽I(yè)的中心機(jī)房或者云平臺(tái),。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以根據(jù)企業(yè)的實(shí)際需求進(jìn)行靈活擴(kuò)展，當(dāng)企業(yè)新增設(shè)備或者生產(chǎn)線時(shí),，只需將新設(shè)備連接到相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)即可,，無(wú)需對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整，有效降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本,。
實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理
PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)支持通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸,，企業(yè)管理人員可以通過(guò)手機(jī)、平板電腦或者電腦等終端設(shè)備,，在任何有網(wǎng)絡(luò)連接的地方登錄到企業(yè)的數(shù)據(jù)中心或者云平臺(tái),，實(shí)時(shí)查看設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息,。例如，當(dāng)企業(yè)的包裝生產(chǎn)線在夜間運(yùn)行時(shí),，如果某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障,，網(wǎng)關(guān)會(huì)立即將故障信息發(fā)送到云平臺(tái)，管理人員可以通過(guò)手機(jī)接收到故障報(bào)警通知,，并遠(yuǎn)程查看設(shè)備的詳細(xì)故障信息,，如故障發(fā)生的時(shí)間、故障代碼,、設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)等,。管理人員可以根據(jù)這些信息，遠(yuǎn)程指揮現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行故障處理,，或者直接聯(lián)系設(shè)備維修人員進(jìn)行維修準(zhǔn)備工作,，大大提高了企業(yè)的設(shè)備管理效率和應(yīng)急響應(yīng)能力。
（三）數(shù)據(jù)整合與分析利用方案
打破數(shù)據(jù)孤島,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整合
PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)將采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸?shù)狡髽I(yè)的數(shù)據(jù)中心或者云平臺(tái)后,，可以通過(guò)數(shù)據(jù)集成工具將這些數(shù)據(jù)與企業(yè)的其他生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)（如訂單數(shù)據(jù)、庫(kù)存數(shù)據(jù),、人員數(shù)據(jù)等）進(jìn)行整合,。例如，將包裝設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與訂單管理系統(tǒng)中的訂單信息進(jìn)行關(guān)聯(lián),，企業(yè)可以清楚地了解到每個(gè)訂單的生產(chǎn)進(jìn)度,、產(chǎn)品質(zhì)量情況等信息。通過(guò)建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)或者數(shù)據(jù)湖等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu),，將整合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)和管理,，為企業(yè)的數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)來(lái)源，有效打破了數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象,。
建立數(shù)據(jù)分析模型,，提升決策能力
利用整合后的數(shù)據(jù)，企業(yè)可以借助大數(shù)據(jù)分析工具和人工智能算法建立各種數(shù)據(jù)分析模型,。例如,，建立設(shè)備故障預(yù)測(cè)模型，通過(guò)對(duì)設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù),、維護(hù)記錄,、故障數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)設(shè)備可能發(fā)生故障的時(shí)間和類型,，提前安排設(shè)備維護(hù)工作,，減少設(shè)備突發(fā)故障對(duì)生產(chǎn)的影響；建立生產(chǎn)質(zhì)量控制模型,，通過(guò)對(duì)原材料數(shù)據(jù),、工藝參數(shù)數(shù)據(jù),、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析，找出影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素,，優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù),，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。這些數(shù)據(jù)分析模型能夠?yàn)槠髽I(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)決策提供科學(xué)依據(jù),，幫助企業(yè)優(yōu)化資源配置,、提高生產(chǎn)效率、降低成本,、提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,。
PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)在包裝制造企業(yè)的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)利用等方面具有極為重要的應(yīng)用價(jià)值,。通過(guò)采用 PLC 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)解決方案,，包裝制造企業(yè)能夠有效解決當(dāng)前面臨的諸多問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí),，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地,。