利用PLC和HMI实现设备OEE（综合设备效率）的自动计算与显示

OEE是衡量设备效率的国际标准指标，它由可用率、性能率和良品率三个关键要素组成。传统的人工计算OEE费时费力且不准确。通过PLC和HMI的协同工作，可以实现OEE的自动、实时计算与可视化。

一、 OEE公式分解与数据源

OEE = 可用率 × 性能率 × 良品率

1. 可用率 = 运行时间 / 计划生产时间

   • 数据来源：

     • 计划生产时间：由HMI预设或在MES中设定（如8小时）。

     • 运行时间：PLC通过系统时钟和设备“运行”信号自动累计。需扣除停机时间（如故障、换型）。

2. 性能率 = （总产量 × 理想单件周期） / 运行时间

   • 数据来源：

     • 总产量：PLC通过传感器自动计数。

     • 理想单件周期：设备在最佳状态下生产一个产品的理论时间，由HMI预设。

     • 运行时间：同上。

3. 良品率 = 良品数 / 总产量

   • 数据来源：

     • 良品数：可通过视觉系统、质检工位或自动剔除装置将信号给PLC。

     • 总产量：同上。

二、 PLC程序实现计算逻辑

PLC是数据采集和核心计算的“大脑”。

1. 数据采集：

   • 使用触发器（如设备启动/停止信号）和时钟来累计运行时间、停机时间。

   • 使用高速计数器记录总产量。

   • 通过良品信号记录良品数。

2. 计算逻辑：

   • 在PLC中编写功能块（FB）或子程序来周期性地（如每分钟）计算OEE。

   • 可用率计算：Availability := (Running_Timer / (Running_Timer + DownTime_Timer)) * 100.0

   • 性能率计算：Performance := ((Total_Count * Ideal_Cycle_Time) / Running_Timer) * 100.0

     • 注意：为防止除零错误，需做判断。

   • 良品率计算：Quality := (Good_Count / Total_Count) * 100.0

   • OEE计算：OEE := (Availability / 100.0) * (Performance / 100.0) * (Quality / 100.0) * 100.0

3. 数据传送：将计算得到的OEE、可用率、性能率、良品率等结果，存入特定的PLC数据区，供HMI读取。

三、 HMI画面设计与显示

HMI是数据可视化和管理界面。

1. 变量连接：创建变量连接至PLC计算出的OEE及各分项结果。

2. 实时显示画面：

   • 使用数值显示控件或仪表盘控件来醒目地显示当前的OEE总值。

   • 使用百分比棒图或进度条来分别显示可用率、性能率、良品率。

   • 显示基础数据，如计划时间、运行时间、总产量、良品数等。

3. 历史趋势：

   • 启用HMI的数据记录功能，记录OEE及其分项数据。

   • 在画面上添加历史趋势图，用于分析OEE在不同班次、不同日期的变化，帮助定位效率损失的根源（是停机多？速度慢？还是废品率高？）。

4. 数据重置：提供带有操作权限的按钮，用于在每班次开始时，由班组长重置产量、时间等累计数据。

四、 总结

通过PLC实现OEE的自动数据采集与计算，保证了数据的客观性和实时性。通过HMI进行直观的可视化展示和历史分析，则将数据转化为 actionable 的洞察。这套系统使管理人员能够清晰地看到设备的真实效率，并精准地定位问题，从而有针对性地进行改善，持续提升生产效能。这是迈向数字化、智能化工厂的坚实一步。