智慧工廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)施探索

陳浩 南通理工學(xué)院

關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)采集 可視化

一、工廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)的背景及意義

工廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要面向制造型企業(yè)，傳統(tǒng)的生產(chǎn)線是通過人工方式進(jìn)行信息的采集、核對(duì)和處理，采集過程緩慢、出錯(cuò)率高，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化處理和生產(chǎn)成本的有效控制。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等場(chǎng)合，采集系統(tǒng)也分為軟件和硬件，軟件包含了組態(tài)軟件等，硬件一般是通過某種總線接口實(shí)現(xiàn)，使用總線的特點(diǎn)是功耗低、速度快，軟件傳輸需要通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和采集軟件處理，速度較慢。

在生產(chǎn)過程中，通過數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)產(chǎn)品信息對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤、通過PLC采集生產(chǎn)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、通過微控制器連接傳感器獲取工廠環(huán)境信息掌握工廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)安全，采用zigbee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種不同設(shè)備相互間的無線組網(wǎng)與通信，并接入局域網(wǎng)中。因此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)施與建設(shè)對(duì)工廠管理與發(fā)展顯得尤為重要。

二、數(shù)據(jù)采集中面臨的問題

工廠數(shù)據(jù)采集過程面臨數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)種類多、數(shù)據(jù)采集的可靠性、如何保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量等問題，嚴(yán)重困擾了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)，使用軟件接口對(duì)接方式可以解決數(shù)據(jù)采集遇到的難題，通過協(xié)調(diào)廠商工程師確定編碼方案，接口對(duì)接方式的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)可靠性高，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高，滿足了工廠對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。

三、數(shù)據(jù)采集技術(shù)

目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)采用DMA方式，由于主存與DMA接口自己有一條數(shù)據(jù)通路，因此主存與設(shè)備交換信息無需通過CPU。DMA方式的工作原理是I/O設(shè)備向DMAC發(fā)送DMA請(qǐng)求，DMAC判斷I/O設(shè)備優(yōu)先級(jí)并做出響應(yīng)，DMAC向CPU總線仲裁器提出總線申請(qǐng)，CPU對(duì)DMAC進(jìn)行響應(yīng)，并將總線控制權(quán)交給DMA，實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備與存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳輸，這樣很大程度上減輕了CPU資源占有率，省去了保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)的過程，因此工作速度比程序中斷方式更高。

四、數(shù)據(jù)采集過程

工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過MES系統(tǒng)采集，生產(chǎn)人員實(shí)時(shí)將生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入，車間使用LED顯示屏實(shí)時(shí)展示生產(chǎn)信息，生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)接到ERP、財(cái)務(wù)軟件接口，通過相應(yīng)軟件自動(dòng)計(jì)算工廠生產(chǎn)產(chǎn)品出入庫信息與員工工資。

設(shè)備運(yùn)行參數(shù)信息通過工控端實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)自動(dòng)采集，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)保養(yǎng)提示、設(shè)備運(yùn)行異常提醒等功能，使用智能化數(shù)據(jù)采集設(shè)備每日對(duì)生產(chǎn)設(shè)備拍照上傳，為設(shè)備工程師提供精準(zhǔn)和實(shí)時(shí)的信息反饋。

利用智能儀表獲取工廠實(shí)時(shí)環(huán)境信息，包含各個(gè)區(qū)域溫濕度、一氧化碳等有毒氣體實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過微控制器與智能傳感器建立連接，通過微控制器實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)，采用目前使用較多的DMA方式實(shí)現(xiàn)，傳感器輸出信息一般為模擬量，利用A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息給計(jì)算機(jī)識(shí)別，通過上位機(jī)平臺(tái)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，工廠車間實(shí)時(shí)顯示車間環(huán)境信息，確保車間生產(chǎn)安全。

五、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)解決方案

(1）數(shù)據(jù)庫建設(shè)

建立數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)庫，將相應(yīng)表單放置于服務(wù)器中，通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存取生產(chǎn)、設(shè)備參數(shù)和環(huán)境參數(shù)等信息，數(shù)據(jù)庫保存的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與ERP進(jìn)行關(guān)聯(lián)，確保數(shù)據(jù)的正確性。

(2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)備安裝

搭建車間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使用路由器與漏纜等實(shí)現(xiàn)車間無線全覆蓋，安裝環(huán)境參數(shù)采集智能儀表、傳感器、調(diào)試設(shè)備數(shù)據(jù)采集接口，搭建人機(jī)交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)錄入，完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的安裝與調(diào)試工作。

(3）數(shù)據(jù)采集終端

通過4G手持移動(dòng)終端、PDA手持終端、掃描槍、視頻監(jiān)控終端等設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中信息的采集、產(chǎn)品質(zhì)量追溯以、設(shè)備正常運(yùn)行及產(chǎn)品出入庫管理。

(4）數(shù)據(jù)展示平臺(tái)建設(shè)

通過LED屏顯示設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)和視頻監(jiān)控等信息，通過無線覆蓋實(shí)現(xiàn)LED屏與遠(yuǎn)程服務(wù)器的通信。

六、結(jié)論

綜上所述，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車間的自動(dòng)化管理，獲取生產(chǎn)所需精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，自動(dòng)建立數(shù)據(jù)管理，讓數(shù)據(jù)真實(shí)、有序、安全的應(yīng)用到工廠實(shí)際生產(chǎn)中，提高了企業(yè)優(yōu)質(zhì)化管理和成本的有效控制，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃排程、生產(chǎn)信息管理、設(shè)備運(yùn)行管理、環(huán)境參數(shù)管理、看板管理和模塊掃碼功能，為工廠實(shí)現(xiàn)智能化提供了有利的支持。