工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù) 課件 任務(wù)1.2 分析工業(yè)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場景

認(rèn)知數(shù)據(jù)采集技術(shù)任務(wù)2分析工業(yè)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場景項目1

CONTENTS01任務(wù)認(rèn)知02任務(wù)資訊03任務(wù)實施04任務(wù)小結(jié)/01任務(wù)認(rèn)知任務(wù)描述與要求C公司是一家制造裝配公司，主要生產(chǎn)汽車零部件。C公司發(fā)展很快，陸續(xù)完成了多條生產(chǎn)線的智能化改造，現(xiàn)預(yù)搭建一條新的智能裝配生產(chǎn)線。CA先生是是搭建這條智能裝配生產(chǎn)線的項目負(fù)責(zé)人，在智能裝配生產(chǎn)線搭建之前已經(jīng)完成工業(yè)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行調(diào)研，熟悉了工業(yè)數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)需要結(jié)合實際情況，分析工業(yè)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場景。123結(jié)合實際情況，工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍及特點；熟悉幾種工業(yè)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用案例；分析智能裝配線的工業(yè)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場景。/02任務(wù)資訊工業(yè)數(shù)據(jù)采集的特點010205060304多種工業(yè)協(xié)議并存融合性實時性數(shù)據(jù)第一入口數(shù)據(jù)量大連接性知識導(dǎo)入討論工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用在哪些場合？工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍對EPR、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集03工廠外智能產(chǎn)品/裝配的數(shù)據(jù)采集02工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集01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：（1）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；（2）對機器人、數(shù)控機床、AGV等專用智能設(shè)備/裝備的數(shù)據(jù)采集；（3）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。工業(yè)現(xiàn)場設(shè)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（如機床、機器人）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)場人員操作數(shù)據(jù)，如單次操作時間）等數(shù)據(jù)，如圖0-2所示。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。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)實現(xiàn)對工廠外智能產(chǎn)品/裝備的遠程接入和數(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/裝備的遠程監(jiān)控、健康狀態(tài)監(jiān)測和遠程維護等應(yīng)用。圖0-3示意了工廠外工程機械的數(shù)據(jù)采集過程。對EPR、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集此種數(shù)據(jù)采集方式主要由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過接口和系統(tǒng)集成方式實現(xiàn)對SCADA、DCS、MES、ERP等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，其對接示意如圖0-4所示，系統(tǒng)集成技術(shù)與應(yīng)用已經(jīng)有很多成熟的分析和研究，故不在本書中展開。工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)本課程的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)置主要是生產(chǎn)企業(yè)的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，包含設(shè)備數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)。對于設(shè)備數(shù)據(jù)，由于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的自動化程度、工業(yè)通信協(xié)議、設(shè)備接口等不統(tǒng)一，對設(shè)備數(shù)據(jù)采集方式也會采用不同的方式。設(shè)備數(shù)據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)過程數(shù)據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)作業(yè)數(shù)據(jù)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)在制定數(shù)據(jù)采集方案的時候，需要遵循兩大原則：1）目的性在做設(shè)備的數(shù)據(jù)采集之前，先問問自己為什么要采集這些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)到底能夠帶來什么樣的業(yè)務(wù)價值。誠然，國內(nèi)大部分的工業(yè)現(xiàn)場還處在解決生產(chǎn)過程可見性的階段，因此，能夠先把數(shù)據(jù)采集上來是當(dāng)務(wù)之急，至少能夠?qū)崟r地了解到現(xiàn)場都發(fā)生了什么。但是，在智能制造的大背景下，我們需要看得遠一些，在做數(shù)據(jù)采集之前，盡可能地多去思考一下什么樣的數(shù)據(jù)對我們的業(yè)務(wù)改進幫助最大，這樣也許會讓我們在數(shù)據(jù)采集方面的投資回報率高。這也是本書的一大特點，每個采集項目，我們都首先從業(yè)務(wù)背景和需求出發(fā)，闡述采集的目的和業(yè)務(wù)作用，然后進行任務(wù)實操。工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)在制定數(shù)據(jù)采集方案的時候，需要遵循兩大原則：2）經(jīng)濟性中國工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境非常復(fù)雜，工業(yè)設(shè)備種類非常多，對于工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，不同場景下可能有多種采集方案，但是企業(yè)作為盈利組織，首先考慮的是投資回報率的問題，因此，我們做設(shè)備數(shù)據(jù)采集，一定要結(jié)合我們的數(shù)采業(yè)務(wù)目標(biāo)，充分利用設(shè)備的現(xiàn)有條件（比如，設(shè)備已經(jīng)具備的上位機系統(tǒng)、已經(jīng)具備的通訊協(xié)議等）用最經(jīng)濟高效的方式來做數(shù)采方案的設(shè)計?；谝陨显瓌t，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場場景，選用合適的數(shù)據(jù)采集方案就非常重要。這里我們介紹一下常見的采集場景和對應(yīng)的采集方案。工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)1有上位機系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)據(jù)采集這里的上位機系統(tǒng)一般是設(shè)備自帶的監(jiān)控系統(tǒng)，這樣的設(shè)備往往自動化程度和信息化程度都比較高。其上位機系統(tǒng)往往已經(jīng)對設(shè)備數(shù)據(jù)進行了采集、存儲，因此，對于這種有上位機系統(tǒng)的設(shè)備，我們首選的數(shù)據(jù)采集方案就是直接從上位機系統(tǒng)中獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)，而不是去和設(shè)備打交道。這樣就能夠把一個OT的問題（設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集）轉(zhuǎn)化為IT的問題（兩個信息系統(tǒng)的信息集成）。因為上位機系統(tǒng)能將設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲到自身所帶有的數(shù)據(jù)庫中，然后以開放數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限的方式，或以WebService等方式釋放數(shù)據(jù)訪問接口。上位機系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集對于生產(chǎn)現(xiàn)場中沒有上位機系統(tǒng)的眾多設(shè)備，我們就需要從設(shè)備所支持的通訊協(xié)議和支持的接口角度入手，制定數(shù)采方案。對于“基于TCP/IP通訊協(xié)議”，比較常用的有OPCClassic、SiemensS7、Modbus-TCP等通用協(xié)議，也有設(shè)備廠商自行定義的私有協(xié)議。這些協(xié)議的特點是都是基于TCP/IP協(xié)議簇，只是應(yīng)用層協(xié)議不同。采用這些協(xié)議的設(shè)備一般都會有RJ45的接口，也就是以太網(wǎng)口。OPCClassicSiemensS7Modbus-TCP基于TCP/IP通訊協(xié)議工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集在這種場景下，采用的數(shù)據(jù)采集方案是一般是通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)（也稱“物聯(lián)網(wǎng)關(guān)”或簡稱“網(wǎng)關(guān)”）采集，工業(yè)網(wǎng)關(guān)解析上述工業(yè)通信協(xié)議，實現(xiàn)對設(shè)備數(shù)據(jù)的采集。工業(yè)網(wǎng)關(guān)在本書任務(wù)1.2中會有詳細介紹。整個采集流程從工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備端開始，通過控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口結(jié)合其工業(yè)通信協(xié)議，把數(shù)據(jù)采集到邊緣采集設(shè)備如工業(yè)網(wǎng)關(guān)，工業(yè)網(wǎng)關(guān)對工業(yè)通信協(xié)議進行解析，把設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，然后通過聯(lián)網(wǎng)方式結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，將采集的數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)器或采集服務(wù)器，如圖0-5所示。工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集目前通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議采集，是比較主流的工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集的方式。當(dāng)然這種設(shè)備場景下，也可以使用軟網(wǎng)關(guān)采集，軟網(wǎng)關(guān)采集是指脫離了硬件，直接把工業(yè)網(wǎng)關(guān)里面的嵌入式軟件作為一個邊緣采集軟件安裝在上位機系統(tǒng)運行，也是通過對工業(yè)通信協(xié)議解析把設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，上傳至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)器或采集服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)嵌入式軟件上位機系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備接口是指硬件構(gòu)成或者是允許人和電腦、通信系統(tǒng)或者其它電子信息系統(tǒng)互動的元件系統(tǒng)。本書只介紹工業(yè)現(xiàn)場常用的串行接口、以太網(wǎng)口。串行接口也稱串口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴展接口，數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送。常用的串行接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來分包括RS232、RS485、RS422。以太網(wǎng)口可分為電口和光口，電口就是常用的RJ45水晶頭（一般的網(wǎng)線），光口就是光纖接口。工業(yè)設(shè)備之間通信的一般使用的是RJ45以太網(wǎng)口。（1）設(shè)備接口設(shè)備接口串行接口以太網(wǎng)口RS422RS485RS232電口光口工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集（1）設(shè)備接口串行接口以太網(wǎng)口RS422RS485RS232電口光口工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集工業(yè)通信協(xié)議主要是負(fù)責(zé)子網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間的通信，從開放性來分，可分為私有協(xié)議和公有協(xié)議，私有協(xié)議就是企業(yè)內(nèi)部自定的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，只適用于本企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備產(chǎn)品，如西門子的S7通信協(xié)議就是西門子公司的私有協(xié)議。與之對應(yīng)的就是公有協(xié)議，目前受到廣泛支持的主要協(xié)議有ProfiNet、Modbus等。（2）工業(yè)通信協(xié)議工業(yè)通信協(xié)議私有協(xié)議公有協(xié)議S7ProfiNetModbus工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)3基于非TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集這一類協(xié)議不屬于TCP/IP協(xié)議簇，往往在硬件接口方面就與以太網(wǎng)不兼容，比如RS485等。對于這類設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，一般采用兼容該設(shè)備的接口和工業(yè)協(xié)議的專用網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將其協(xié)議轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議，再接入到車間的網(wǎng)絡(luò)中并進行協(xié)議解析，否則，在物理層面就無法實現(xiàn)互通。這類協(xié)議比較常用的包括Modbus-RTU、DeviceNet等。Modbus-RTUDeviceNet非TCP/IP協(xié)議簇工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)4不具備通信接口的設(shè)備數(shù)據(jù)采集對于建立較早的工業(yè)企業(yè)，會存在大量的沒有控制單元或沒有拓展功能的老舊設(shè)備，比如不帶數(shù)控系統(tǒng)的機床，這些設(shè)備沒有通信接口，無法直接通信采集數(shù)據(jù)（行業(yè)中也有“啞設(shè)備”的說法）。這種場景下，可以通過改造安裝傳感器、變送器、數(shù)采板卡、采集器等傳感器或采集硬件，采集設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，如設(shè)備開關(guān)機、作業(yè)信號、電流溫度參數(shù)等，這就涉及到對設(shè)備的一些改造，操作難度是比較大的。比較常見的，是采集IO信號，通過對設(shè)備進行分析，確定需要的采集信號，連接入采集設(shè)備，由采集設(shè)備將設(shè)備的開關(guān)量（數(shù)字信號）、模擬量（模擬信號）轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳送給平臺數(shù)據(jù)服務(wù)器。啞設(shè)備改造采集硬件平臺數(shù)據(jù)服務(wù)器有線或無線網(wǎng)絡(luò)工業(yè)數(shù)據(jù)采集典型案例介紹（上海明匠智能系統(tǒng)有限公司）/03任務(wù)實施任務(wù)實施1.資料準(zhǔn)備查閱資料，熟悉智能裝配生產(chǎn)線的組成。3.分析數(shù)據(jù)采集范圍結(jié)合智能裝配生產(chǎn)線實際情況，分析數(shù)據(jù)采集范圍。2.查閱資料查閱資料，分析智能裝配生產(chǎn)線應(yīng)用場景。4.繪制結(jié)構(gòu)圖繪制