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工業數據采集的幾種方式和工具

發布時間:2022-11-25

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工業數據采集系統MES(Manufacturing Execution  System,制造執行系統),MES 系統是一套面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統。是一個常駐工廠層的信息系統,介于企業領導層的計劃系統與生產過程的直接工業控制系統之間,它以當前視角向操作人員、管理人員提供生產過程的全部資源(人、設備、材料、工具和客戶要求)的數據和信息,其著重點是將信息技術運用于改善制造過程。

而作為MES中低層的數據采集功能,可以實現對生產現場各種數據的收集、整理工作,是進行物料跟蹤、生產計劃、產品歷史記錄維護以及其它生產管理的基礎。它可以為企業中其他例如ERP等管理信息系統提供實時數據。另一方面,MES也要從其它管理系統中獲取相關的數據以保證MES自身正常運行。因此要滿足MES快速、實時的要求,作為各種功能模塊運行基礎的數據就顯得十分重要。一個迅速而可靠的數據采集系統是整個MES能夠正常穩定工作的有力保證。 
數據采集系統
工業數據采集的現狀:
作為車間底層的數據采集系統,在企業實際生產過程中卻存在著許多困難,尤其是在離散企業中由于自動化程度較低,往往存在著以下特點:

生產過程不可視:主要體現在不能實時了解生產現場中在制品、人員、設備、物料等制造資源和加工任務狀態的動態變化。

生產過程復雜性:由于產品結構和加工工藝的復雜性,造成生產過程中各制造過程的關聯性強,生產環境復雜多變(臨時插單、材料短缺等) 。

制造過程信息集成度低:制造過程中的各種信息不能有效進行集成,導致產能不能得到充分利用。信息不能有效與上層管理系統進行集成:這種隔斷造成生產過程不透明,生產進度、在制品狀況、設備利用狀況等關鍵數據不能到達管理層,增加了過程管理和生產決策的復雜性。
數據采集后臺
制造過程信息的真實性差:現場數據信息過多依賴人機交互界面通過人工錄入,增加了出錯的機率。

制造過程信息的實時性低:作業任務隨市場需求的頻繁調整變化,不利于制造過程信息的實時采集,再加上制造過程信息交互的速度和效率低下,造成企業對市場變化的響應速度慢。

企業設計層和管理層到車間層特別是車間設備層的信息采集困難,一方面車間設備層的重要信息難于采集和上傳,無法達到對生產過程的監控。另一方面上層系統難以深入到車間和設備層,從而影響管理信息系統的準確運行,使動態信息成為脫離實際的無源之水難于及時下達,從而使整個企業信息化難以產生更大的效益。

上述特點反映了制造車間迫切需要對制造過程進行信息化的數據采集管理,從而建立一個完整高效的離散制造車間數據采集及其分析處理系統是實現離散車間信息化的基礎。數據采集及其分析處理系統的主要功能就是將車間的各種離散數據完整實時的采集到車間數據庫中,并進行初步的分析處理,將車間生產的信息實時準確的反饋到車間的管理層,加強管理人員對車間生產現場的監控和管理,并為企業管理人員制定生產計劃提供依據。
數據采集架構
工業數據采集的幾種方式
1、傳感器

傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能將檢測感受到的信息,按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。在生產車間中一般存在許多的傳感節點,24小時監控著整個生產過程,當發現異常時可迅速反饋至上位機,可以算得上是數據采集的感官接受系統,屬于數據采集的底層環節。

傳感器在采集數據的過程中主要特性是其輸入與輸出的關系。其靜態特性反映了傳感器在被測量各個值處于穩定狀態時的輸入和輸出關系,這意味著當輸入為常量,或變化極慢時,這一關系就稱為靜態特性。我們總是希望傳感器的輸入與輸出成唯一的對照關系,最好是線性關系。一般情況下,輸入與輸出不會符合所要求的線性關系,同時由于存在這遲滯、蠕變等因素的影響,使輸入輸出關系的唯一性也不能實現。因此我們不能忽視工廠中的外界影響。其影響程度取決于傳感器本身,可通過傳感器本身的改善加以抑制,有時也可以加對外界條件加以限制。

2、條碼技術
條碼技術是實現POS系統、EDI、電子商務、供應鏈管理的技術基礎,是物流管理現代化的重要技術手段。條碼技術包括條碼的編碼技術、條碼標識符號的設計、快速識別技術和計算機管理技術,它是實現計算機管理和電子數據交換不可少的前端采集技術。

二維條碼是用某種特定的幾何圖案按一定規律在平面分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息的,在代碼編制上巧妙的運用計算機內部邏輯基礎的“0”“1”概念,使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數值信息,通過圖像輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息自動處理。二維條碼具有條碼技術的一些共性:每個碼制有其特定的字符集,每個字符占有一定的寬度,具有一定的校驗功能等。同時還對不同行的信息具有自動識別功能與處理圖形旋轉變化等特定。

3、RFID技術
RFID(Radio Frequency Identification,射頻識別)技術是一種非接觸式的自動識別技術,通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關的數據信息。利用射頻方式進行非接觸雙向通信,達到識別目的并交換數據。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽,操作快捷方便。在工作時,RFID讀寫器通過天線發送出一定頻率的脈沖信號,當RFID標簽進入磁場時,憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(Passive Tag,無源標簽或被動標簽),或者主動發送某一頻率的信號(Active Tag,有源標簽或主動標簽);閱讀器對接收的信號進行解調和解碼然后送到后臺主系統進行相關處理;主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性,針對不同的設定做出相應的處理和控制,發出指令信號控制執行機構動作。

4、其他采集工具

受限與生產環節的復雜性與環境的苛刻,在除了RFID、條碼和傳感器的采集模式之外,還包含著利用人機交互的形式直接讀取數據、利用現場設備如PLC和儀器儀表直接采集數據的模式。

工具1:工業數據網關
工業數據網關稱為工業采集網關,也可以稱為工業數據采集網關;它通過以太網接口:RJ45 接口;串行接口:RS485/RS232/RS422接口,可以連接西門子、三菱、歐姆龍、施耐德、臺達、匯川、和利時、松下、永宏、海為和 MODBUS 系列等。PLC、制器、輸入/輸出等設備,安全準確傳輸數據。HINET 系列數據網關是一款單協議單接口的工業數采終端,根據不同的型號 HINET 數據網關支持的不同的 PLC 品牌。

工業數據網關功能:1、PLC協議解析;2、PLC數據采集;3、數據傳輸。
工業數據采集網關

湖南華辰智通科技有限公司自主研發生產的HINET 系列數據網關自帶 PLC 等工業控制器協議,一次性解決工業設備聯網、工業設備數據采集及傳輸等難題。該網關采用高性能工業級 32 位處理器和工業級無線模塊,以嵌入式實時操作系統為軟件支撐平臺,是一款高性能、高性價比、適用于工業互聯網便于大規模部署的工業數采終端。

工業智能網關
工具2:工業智能網關
HINET工業智能網關是一個集成多種互聯網通訊技術,面向工業領域的設備通訊終端產品。支持4G、WIFI、以太網等多種互聯網接入方式。
1、 實現工業現場設備遠程控制;
2、 實現設備固件遠程升級,程序上下載,可靈活接入各種設備管理平臺;
3、 實現工業現場觸摸屏遠程控制和組態畫面遠程映射;
4、 可同時與多臺PLC或觸摸屏遠程通訊;
5、實現西門子、三菱、歐姆龍、施耐德、臺達、匯川、和利時、松下、永宏、海為和 MODBUS 系列等PLC等主流協議硬件解析;
6、 實現PLC遠程監控,PLC遠程編程,PLC遠程調試,PLC遠程上下載,PLC遠程控制,PLC數據采集,PLC遠程通訊;
湖南華辰智通科技有限公司自主HINET工業智能網關產品為工業企業提供從設備聯網、PLC遠程監控、PLC遠程控制、PLC遠程調試編程、PLC數據采集整體解決方案。

在生活場景中,在多個方面有非常好的應用:電力方面,可以電壓電流數據實時監控報警、城市電網、路燈控制;能源方面,可以煤礦、石油、天然氣、油田數據采集、供暖系統監控;交通方面,可以機動車輛、車牌抓拍監控系統、車輛違章監控、交通燈控制;環保方面:可以實時數據采集自來水、污水管道、泵站與水廠實時監控維護。
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