數(shù)據(jù)采集在工廠智能生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳奇 夏珊

【摘 要】數(shù)據(jù)采集在現(xiàn)代智能工廠生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，是自動(dòng)化生產(chǎn)的基石，能有效地提高生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)監(jiān)控；智能工廠生產(chǎn)

一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡介

1、數(shù)據(jù)采集（DAQ），是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動(dòng)采集非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測試平臺(tái)的測量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。

2、被采集數(shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)的各種物理量，如溫度、水位、風(fēng)速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。采集一般是采樣方式，即隔一定時(shí)間（稱采樣周期）對(duì)同一點(diǎn)數(shù)據(jù)重復(fù)采集。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時(shí)值，也可是某段時(shí)間內(nèi)的一個(gè)特征值。準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)測量是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。

3、智能制造離不開車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的支撐。在制造過程中，數(shù)控機(jī)床不僅是生產(chǎn)工具和設(shè)備，更是車間信息網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，通過機(jī)床數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集、統(tǒng)計(jì)、分析和反饋，將結(jié)果用于改善制造過程，將大大提高制造過程的柔性和加工過程的集成性，從而提升產(chǎn)品生產(chǎn)過程的質(zhì)量和效率。

4、MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)通過與數(shù)控系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、以及機(jī)床電控部分的智能化集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床數(shù)據(jù)采集部分的自動(dòng)化執(zhí)行，不需要操作人員的手動(dòng)輸入，這樣保障了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。在采集數(shù)據(jù)的挖掘方面，MDC為企業(yè)提供了更為專業(yè)化的分析和處理，個(gè)性化的數(shù)據(jù)處理和豐富的圖形報(bào)表展示，實(shí)時(shí)引導(dǎo)、響應(yīng)和報(bào)告車間的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，極大提升了解決問題的能力，推進(jìn)了企業(yè)車間智能制造的進(jìn)程。

二、生產(chǎn)制造過程中的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用

對(duì)于大部分制造企業(yè)來說，生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)信息、現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)、相關(guān)的產(chǎn)量等大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集是當(dāng)前企業(yè)面臨的一大難題，如何實(shí)現(xiàn)高效率、簡潔、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，是當(dāng)前制造業(yè)急需解決的問題。

1、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生背景。對(duì)于大部分制造業(yè)企業(yè)，測量儀器的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集一直是個(gè)令人煩惱的事情，即使儀器已經(jīng)具有RS232/485等接口，但仍然在使用一邊測量，一邊手工記錄到紙張，最后再輸入到PC中處理的方式，不但工作繁重，同時(shí)也無法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，常常管理人員得到的數(shù)據(jù)已經(jīng)是滯后了一兩天的數(shù)據(jù)；而對(duì)于現(xiàn)場的不良產(chǎn)品信息及相關(guān)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，如何實(shí)現(xiàn)高效率、簡潔、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集更是一大難題。

2、為使工廠管理者充分掌握作業(yè)現(xiàn)場資訊，有效地控管制造生產(chǎn)流程作業(yè)而設(shè)計(jì)的。在生產(chǎn)制造過程中針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集情況，采用現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集解決方案，從軟、硬件方面建立車間現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)獲取車間現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息，為生產(chǎn)及決策提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3、生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集儀的主要功能

（1）實(shí)時(shí)采集來自生產(chǎn)線的產(chǎn)量數(shù)據(jù)或是不良品的數(shù)量、或是生產(chǎn)線的故障類型（如停線、缺料、品質(zhì)），并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫系統(tǒng)中

（2）接收來自數(shù)據(jù)庫的信息：如生產(chǎn)計(jì)劃信息、物料信息等；

（3）傳輸檢查工位的不良品名稱及數(shù)量信息；

4、連接檢測儀器，實(shí)現(xiàn)檢測儀器數(shù)字化，數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)從測量儀器中獲取測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行記錄，分析計(jì)算，形成相應(yīng)的各類圖形，對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)判斷。

5、數(shù)據(jù)采集儀的主要特點(diǎn)。配備RS232、RS485串口，可連接多個(gè)檢測儀器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集；配備USB接口，方便數(shù)據(jù)的輸出；配備RJ45接口，可通過網(wǎng)線接入網(wǎng)絡(luò)；配備VGA視頻輸出及音頻輸出接口；內(nèi)置WIFI模塊，可通過無線方式接入，方便現(xiàn)場組網(wǎng)。

生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集在品質(zhì)過程中的非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，好的數(shù)據(jù)采集方案可把品質(zhì)管理人員從處理數(shù)據(jù)的繁重工作中解放出來，有更多的時(shí)間去解決實(shí)際的品質(zhì)問題，同時(shí)即時(shí)的數(shù)據(jù)采集也使系統(tǒng)真正地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，盡早發(fā)現(xiàn)問題，避免更大的損失。

三、在工廠生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)采集實(shí)際應(yīng)用

1、系統(tǒng)組成：數(shù)據(jù)采集是基礎(chǔ)。各數(shù)字化車間廣泛配置智能儀表、條碼和RFID設(shè)備、工位人機(jī)交互設(shè)備、機(jī)臺(tái)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接口等，建立車間數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)。

（一）車間工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，為構(gòu)建穩(wěn)定的數(shù)采系統(tǒng)，給MES系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，構(gòu)建了專用的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的高效、可靠、穩(wěn)定傳輸。

（二）在每個(gè)車間，由于要采集的設(shè)備臺(tái)套數(shù)超出車間骨干主交換機(jī)的端口數(shù)量或這些設(shè)備的物理位置分布超出了網(wǎng)線的有效傳輸距離，需要增加車間數(shù)采交換機(jī)的數(shù)量，并把它們與車間數(shù)采主交換機(jī)相連，形成車間數(shù)采子網(wǎng)，車間數(shù)采子網(wǎng)的交換機(jī)間采用12芯單模光纜匯聚，組成數(shù)采星型子網(wǎng)絡(luò)。

（三）現(xiàn)場工作站、LED大屏、智能手持終端亦使用此數(shù)采專用網(wǎng)絡(luò)。

2、車間工業(yè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)某公司智能制造項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃，園區(qū)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)與智能車間數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)分別如圖所示。

3、車間數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控。數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)具有監(jiān)視車間內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀況、環(huán)境工況的功能，是實(shí)現(xiàn)可視化管理的必要設(shè)施。其作用是全天候監(jiān)視車間內(nèi)關(guān)鍵工序、關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行、質(zhì)量狀況，以及監(jiān)控重點(diǎn)防范場所的環(huán)境、安全等。同時(shí)保存現(xiàn)場圖像，以便出現(xiàn)故障、事故時(shí)調(diào)出現(xiàn)場圖像，為可追溯及事后分析提供依據(jù)。

4、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控與趨勢(shì)預(yù)測。生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控主要功能包括對(duì)各生產(chǎn)線狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、工藝參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視、故障報(bào)警及響應(yīng)處理。

結(jié)合某公司產(chǎn)業(yè)園的布局特點(diǎn)：生產(chǎn)車間范圍廣、數(shù)量多，需要監(jiān)控的生產(chǎn)線、單機(jī)設(shè)備臺(tái)套數(shù)體量大，因此監(jiān)控功能必須分為若干幅畫面并按區(qū)域和由總到分的層次結(jié)構(gòu)組態(tài)畫面，使之成為一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)。

生產(chǎn)執(zhí)行狀態(tài)監(jiān)控，通過生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測各個(gè)車間以及各條生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)狀態(tài)，從而有效地執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃和合理規(guī)劃設(shè)備維修保養(yǎng)方案。

如圖所示該生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行實(shí)施情況，即能在生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)施查看到，生產(chǎn)車間基本能做到無人化值守，生產(chǎn)效率得到提升。且設(shè)備故障及時(shí)自動(dòng)告警，在生產(chǎn)系統(tǒng)中自動(dòng)下派故障維修單，讓生產(chǎn)設(shè)備的故障停機(jī)時(shí)間得到大幅降低，提高生產(chǎn)效率。

四、結(jié)語

在的智能工廠生產(chǎn)中，數(shù)據(jù)采集在整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中將發(fā)揮越來越大的作用，其作為智能化生產(chǎn)的最基礎(chǔ)部分，是構(gòu)建整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的基石。綜上所述，在今后的智能工廠建設(shè)中，需借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建設(shè)完善的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，提高自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。