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(chǎng)景項(xiàng)目1

CONTENTS01任務(wù)認(rèn)知02任務(wù)資訊03任務(wù)實(shí)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(xiàng)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(shì)進(jìn)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(shí)際情況，分析工業(yè)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場(chǎng)景。123結(jié)合實(shí)際情況，工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍及特點(diǎn)；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(chǎng)景。/02任務(wù)資訊工業(yè)數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn)010205060304多種工業(yè)協(xié)議并存融合性實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)第一入口數(shù)據(jù)量大連接性知識(shí)導(dǎo)入討論工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用在哪些場(chǎng)合？工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍對(duì)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(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集01工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集主要通過現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)對(duì)工廠內(nèi)設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)采集，可分為三類：（1）對(duì)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(duì)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；（3）對(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)人員操作數(shù)據(jù)，如單次操作時(shí)間）等數(shù)據(jù)，如圖0-2所示。主要用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程的可視化和持續(xù)優(yōu)化，實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)工廠外智能產(chǎn)品/裝備的遠(yuǎn)程接入和數(shù)據(jù)采集。主要采集智能產(chǎn)品/裝備運(yùn)行時(shí)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(shí)現(xiàn)智能產(chǎn)品/裝備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程維護(hù)等應(yīng)用。圖0-3示意了工廠外工程機(jī)械的數(shù)據(jù)采集過程。對(duì)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(tái)通過接口和系統(tǒng)集成方式實(shí)現(xiàn)對(duì)SCADA、DCS、MES、ERP等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，其對(duì)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(shí)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(chǎng)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(duì)于設(shè)備數(shù)據(jù)，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)化程度、工業(yè)通信協(xié)議、設(shè)備接口等不統(tǒng)一，對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)采集方式也會(huì)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(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)在制定數(shù)據(jù)采集方案的時(shí)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(jià)值。誠然，國(guó)內(nèi)大部分的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)地了解到現(xiàn)場(chǎng)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(yuǎn)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(duì)我們的業(yè)務(wù)改進(jìn)幫助最大，這樣也許會(huì)讓我們?cè)跀?shù)據(jù)采集方面的投資回報(bào)率高。這也是本書的一大特點(diǎn)，每個(gè)采集項(xiàng)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(jìn)行任務(wù)實(shí)操。工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)在制定數(shù)據(jù)采集方案的時(shí)候，需要遵循兩大原則：2）經(jīng)濟(jì)性中國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境非常復(fù)雜，工業(yè)設(shè)備種類非常多，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，不同場(chǎng)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(bào)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(jī)系統(tǒng)、已經(jīng)具備的通訊協(xié)議等）用最經(jīng)濟(jì)高效的方式來做數(shù)采方案的設(shè)計(jì)?；谝陨显瓌t，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)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(chǎng)景和對(duì)應(yīng)的采集方案。工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)1有上位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)據(jù)采集這里的上位機(jī)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(dòng)化程度和信息化程度都比較高。其上位機(jī)系統(tǒng)往往已經(jīng)對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集、存儲(chǔ)，因此，對(duì)于這種有上位機(jī)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(jī)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(gè)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(gè)信息系統(tǒng)的信息集成）。因?yàn)樯衔粰C(jī)系統(tǒng)能將設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中沒有上位機(jī)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(duì)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(diǎn)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(huì)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(shí)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(chǎng)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(huì)有詳細(xì)介紹。整個(gè)采集流程從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)工業(yè)通信協(xié)議進(jìn)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(tái)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(shí)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(jìn)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(chǎng)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(gè)邊緣采集軟件安裝在上位機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，也是通過對(duì)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(tái)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(jī)系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實(shí)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(dòng)的元件系統(tǒng)。本書只介紹工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(kuò)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(shí)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(shí)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(duì)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(shí)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(duì)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(jìn)行協(xié)議解析，否則，在物理層面就無法實(shí)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(shí)現(xiàn)4不具備通信接口的設(shè)備數(shù)據(jù)采集對(duì)于建立較早的工業(yè)企業(yè)，會(huì)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(jī)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(chǎng)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(yùn)行數(shù)據(jù)，如設(shè)備開關(guān)機(jī)、作業(yè)信號(hào)、電流溫度參數(shù)等，這就涉及到對(duì)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(hào)，通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行分析，確定需要的采集信號(hào)，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(hào)）、模擬量（模擬信號(hào)）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(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器。啞設(shè)備改造采集硬件平臺(tái)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(shí)施任務(wù)實(shí)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(shí)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(chǎng)景。4.繪制結(jié)構(gòu)圖繪制