智能制造生產(chǎn)管理與控制（中級）課件 7.4.1 數(shù)據(jù)采集

智能制造生產(chǎn)管理與控制數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集的意義隨著信息化與工業(yè)化的深度融合，信息技術(shù)滲透到了工業(yè)企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，推動了以“智能化生產(chǎn)、個性化定制、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同和服務(wù)化延伸”為代表的新興智能制造模式的發(fā)展，其核心是基于海量工業(yè)數(shù)據(jù)的全面感知。工業(yè)數(shù)據(jù)采集可以實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場各種工業(yè)數(shù)據(jù)的實時采集和整理，為企業(yè)的MES、ERP等信息系統(tǒng)提供大量工業(yè)數(shù)據(jù)，通過對積累沉淀的工業(yè)大數(shù)據(jù)的深入挖掘，實現(xiàn)生產(chǎn)過程優(yōu)化和智能化決策。數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集是利用泛在感知技術(shù)對多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、運營環(huán)境、人等要素信息進(jìn)行實時高效采集和云端匯聚。工業(yè)數(shù)據(jù)采集對應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構(gòu)中的邊緣層，如下圖紅圈線所示。通過各類通信手段接入不同設(shè)備、系統(tǒng)和產(chǎn)品，采集大范圍、深層次的工業(yè)數(shù)據(jù)，以及異構(gòu)數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換與邊緣處理，構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)對象工業(yè)數(shù)據(jù)采集廣義范圍既包括工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和工廠外智能產(chǎn)品/裝備的數(shù)據(jù)采集，也包括對ERP、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，具體如下：工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集：主要通過現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò)等工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對工廠內(nèi)設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)采集，可分為三類：對傳感器、變送器、采集器等專用采集設(shè)備的數(shù)據(jù)采集；對PLC、RTU、嵌入式系統(tǒng)、IPC等通用控制設(shè)備的數(shù)據(jù)采集；對機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、AGV等專用智能設(shè)備/裝備的數(shù)據(jù)采集。主要基于智能裝備本身或加裝傳感器兩種方式采集生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，包括設(shè)備（如機(jī)床、機(jī)器人）數(shù)據(jù)、產(chǎn)品（如原材料、在制品、成品）數(shù)據(jù)、過程（如工藝、質(zhì)量等）數(shù)據(jù)、環(huán)境（如溫度、濕度等）數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)（現(xiàn)場工人操作數(shù)據(jù)，如單次操作時間）等數(shù)據(jù)。主要用于工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)過程的可視化和持續(xù)優(yōu)化，實現(xiàn)智能化的決策與控制。數(shù)據(jù)對象工廠外智能產(chǎn)品/裝備的數(shù)據(jù)采集：主要通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（3G/4G/5G、NB-IoT等）實現(xiàn)對工廠外智能產(chǎn)品/裝備的遠(yuǎn)程接入（通過DTU、數(shù)采網(wǎng)關(guān)等）和數(shù)據(jù)采集。主要采集智能產(chǎn)品/裝備運行時關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括但不限于如工作電流、電壓、功耗、電池電量、內(nèi)部資源消耗、通信狀態(tài)、通信流量等數(shù)據(jù)。主要用于實現(xiàn)智能產(chǎn)品/裝備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、健康狀態(tài)監(jiān)測和遠(yuǎn)程維護(hù)等應(yīng)用。對EPR、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集：主要由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過接口和系統(tǒng)集成方式實現(xiàn)對MES、ERP等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。采集方法RFID方式：是對人員、物料等進(jìn)行編碼、位置、狀態(tài)等信息的實施采集，通過RFID芯片的綁定，將人員、物料的信息等寫入RFID中。通過實際使用，這個方法簡單直接，效果良好。普通以太網(wǎng)模式：通過以太網(wǎng)開發(fā)包的設(shè)備，采用windows操作系統(tǒng)進(jìn)行以太網(wǎng)接口的設(shè)備，可以利用第三方軟件開發(fā)商提供的開發(fā)接口，對設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，滿足各類數(shù)據(jù)的傳輸需求。而且將各種設(shè)備的狀態(tài)信息、參數(shù)信息進(jìn)行保存，滿足對數(shù)據(jù)庫集成的實時采集要求。數(shù)據(jù)采集卡：通過與生產(chǎn)設(shè)備的相關(guān)I/O點與對應(yīng)的傳感器進(jìn)行連接，采集相應(yīng)的加工信息，包括設(shè)備運行加工、設(shè)備故障等參數(shù)等。適用系統(tǒng)包括無串口和無局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，采用的方式為開關(guān)量采集卡、模擬量采集卡等。采集方法人工輔助方式：適用于非自動化設(shè)備以及不具備自動信息采集功能的自動化設(shè)備，采用手工填表、條碼掃描、手持終端等，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集。其具有靈活方便的優(yōu)勢，彌補(bǔ)了自動采集在豐富性、適應(yīng)性上的缺陷，但也存在實時性和準(zhǔn)確性的缺點。TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)模式：以太網(wǎng)的配置是未來技術(shù)發(fā)展的趨勢，這種信息采集模式內(nèi)容非常豐富，而且可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。目前眾多設(shè)備廠商，如配備了局域網(wǎng)口，擁有大量方便集成的接口，可以實現(xiàn)實時采集數(shù)控設(shè)備程序運行信息、設(shè)備運行狀態(tài)信息、系統(tǒng)狀態(tài)信息、報警信息、運行程序內(nèi)容信息、操作數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)等數(shù)據(jù)。通過設(shè)備的及時限制，實時數(shù)據(jù)采集可以進(jìn)行生產(chǎn)的事先預(yù)防，對于生產(chǎn)加工、質(zhì)量管控有很好的作用。采集方法組態(tài)軟件采集：通過PLC控制類的設(shè)備對非數(shù)控類組態(tài)軟件進(jìn)行相關(guān)信息的讀取，包括各種模擬量信息，如溫度和壓力等，將讀取的I/O點信息存入數(shù)據(jù)庫中。作為工業(yè)自動化領(lǐng)域的新型軟件開發(fā)工具，組態(tài)軟件可以幫助開發(fā)人員利用軟件包中的工具，對軟件進(jìn)行硬件配置、數(shù)據(jù)、圖形等的開發(fā)工作。組態(tài)軟件通過串口或者網(wǎng)口與PLC相連，數(shù)據(jù)采集和處理通過計算機(jī)完成，可以將各種曲線進(jìn)行實時輸出。經(jīng)過實踐驗證，組態(tài)方式實時數(shù)據(jù)采集具有投入少，連接方便、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點，對于智能制造中的工控來說性價比最高。數(shù)據(jù)采集體系架構(gòu)工業(yè)數(shù)據(jù)采集體系架構(gòu)包括設(shè)備接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換、邊緣數(shù)據(jù)處理三層，向下接入設(shè)備或智能產(chǎn)品，向上與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺/工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)對接，如下圖所示：數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析的目的是把隱藏在一大批看來雜亂無章的數(shù)據(jù)中的信息集中和提煉出來，從而找出所研究對象的內(nèi)在規(guī)律。在實際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)分析可幫助人們做出判斷，以便采取適當(dāng)行動。數(shù)據(jù)分析是有組織有目的地收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，使之成為信息的過程。對全流程質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集及處理，形成一體化質(zhì)量管理系統(tǒng)，用來質(zhì)量異議追溯查詢及分析；在局部或相關(guān)區(qū)域?qū)δ茉唇橘|(zhì)數(shù)據(jù)采集、分析及管理，形成能源監(jiān)控或能源管理系統(tǒng)，目的是能耗分析與統(tǒng)計比對，有助于能源分配及節(jié)能減排；單獨對檢化驗或計量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用，形成計量、檢化驗系統(tǒng)