在智能制造不断推进的背景下，不少工厂开始对老旧生产线进行自动化和数字化改造。但真正进入现场后才会发现，老设备并非简单换个 PLC 或加一套采集系统就能解决问题，背后涉及设备状态、信号标准、安全逻辑、工艺衔接等一系列复杂因素。本文结合现场经验，对老设备数字化升级过程中常见的难点和可行的解决思路进行探讨。

一、老设备改造最大的障碍：信息点不完整

许多 10 多年前的生产设备没有给出完整的 I/O 测点，有的只有几个按钮、几个指示灯，控制逻辑基本靠继电器实现。数字化改造的第一步，就是把这些信号“补全”。主要面临几个问题：

1. 缺少位置检测
   比如推杆到位、夹具到位等信号原先都靠人工观察，自动化后必须加传感器。

2. 动作过程不可观测
   很多设备只有“故障灯”，但没有“故障原因”，给采集系统留下巨大盲区。

3. 模拟量缺失
   压力、温度、流量等关键变量没有输出接口，需要额外添加传感器。

解决思路：
在改造前进行一次全面的“信号补点设计”，把未来数字化需要的信号全部列出。宁可多加几个感应器，也不要等装完才发现某个变量无法获取。

二、继电器控制系统的改造难度往往被低估

有些企业以为把继电器柜替换成 PLC 就能完成数字化，但实际过程中常出现两个问题：

1. 原有逻辑“不成体系”

很多继电器系统是多年积累下来的“补丁式设计”，图纸更新不及时，导致现场情况和图纸不一致。

2. 动作时序依赖机械特性

例如：某些机械结构依靠惯性来完成动作，逻辑上没有明确的时间或位置信号，改造后容易出现“逻辑跑得比机械快”的现象。

建议做法：

• 在拆旧前，先对动作过程进行全面记录，包括时间、先后顺序、停留点等。

• 必要时增加行程开关或编码器，让动作过程变得可被 PLC 感知。

• 不要急于一次性全部替换，采用 局部替换 + 分步验证 的方式更安全。

三、电气安全系统必须重新审视

老设备的安全回路普遍存在以下问题：

• 急停与安全门混接

• 没有双通道安全回路

• 驱动器或电机未纳入安全链路

• 安全继电器缺失或已老化

这些在数字化改造中必须彻底解决。尤其是涉及人员进入设备内部作业的工位，必须按当前的安全规范重新设计。

关键建议：

• 安全回路优先采用 安全继电器或安全 PLC

• 明确急停回路和普通控制回路的分离

• 对关键驱动器启用 STO（Safe Torque Off）

• 对有夹伤风险的机构增加光幕、双手启动等保护方案

安全部分是必须用最严格标准处理的区域，不建议为了节省成本而简化。

四、通讯方式升级：从“单机时代”进入“网络时代”

老设备普遍没有上位通讯能力，数字化后需要打通设备层与信息层的数据流，因此通讯方式的升级是关键步骤之一。

常见方案如下：

1. 加装协议网关

适合只需要采集，不需要改动设备逻辑的场景。

比如：将老设备的开关量、模拟量信号接入网关，再转换成 Modbus、OPC UA上传到 SCADA 或 MES 系统。

2. 替换为现代 PLC，依靠其原生协议

如 Profinet、EtherNet/IP、EtherCAT 等。

优点是可靠性高、扩展性强，但改造量较大。

3. 对关键部件做数字化补强

例如老式变频器不支持通讯，可以更换为带通讯接口的型号，实现运行电流、频率、故障码等信息的上传。

通讯方案没有绝对正确的选择，关键在于匹配企业的数字化目标和预算水平。

五、机械结构老化导致的“伪故障”

改造过程中常出现一个现象：程序没有问题、电气没有问题，但设备就是卡顿、错位、动作不稳定。这往往不是自动化设计的问题，而是机械结构本身已经老化，例如：

• 丝杆磨损

• 气缸密封老化

• 皮带打滑

• 缓冲机构失效

• 传动间隙过大

自动化只是提高控制能力，并不能弥补机械系统的先天缺陷。

应对方式：

• 在改造前进行一次全面的机械状态评估

• 对关键部件提前更换，而不是“等坏再换”

• 程序中增加动作超时监控，让问题暴露更快

六、数字化改造后的培训与运维

升级后的设备必然比以前复杂，对于操作员和维修人员都需要重新培训：

• 操作员要理解新的工作流程和报警逻辑

• 电气维护人员要能看懂 PLC 程序结构

• 机械人员要掌握传感器、编码器等新元件的基本维护

此外，还要为设备建立数字化后的 运维管理体系：

• 故障记录

• 运行统计

• 易损件寿命管理

• 关键变量监控

这样才能真正发挥数字化改造的价值。

七、结语

老设备数字化改造不是简单的“换控制器”，而是对设备进行全方位的重新认识和系统化设计。信号、逻辑、安全、机械、网络、运维……没有哪一块可以被忽视。成功的改造项目往往依赖充分的前期调研、合理的技术路线以及现场工程师的经验判断。