數據采集系統在新能源汽車電機數字化車間中的運用研究

襄陽中車電機技術有限公司 湖北 襄陽 441000

1 引言

《中國制造2025》文件的印發預示著我國工業制造產業進入到全面高質量發展階段。在該文件思想方向的指引下,傳統工業制造企業向著信息化、數字化和智能化的方向加快邁進。新能源汽車是新興產業,作為新能源汽車電機生產企業,在新的發展時期內,必須緊跟國家工業制造產業高質量發展的步伐,在數智經濟理念下加快推動數字化工廠建設進程。

2 數據采集系統概述

新能源汽車電機數字化車間的數據采集系統其主要功能包括：能夠對生產車間現場生產數據進行實時采集,如對部件加工環節、性能測試環節、設備維護環節、員工值班環節、物料供應環節等信息數據進行采集；能夠對采集的數據進行轉化,并對數據信息進行傳輸、分析、存儲,幫助企業各個部門制定和優化生產方案或管理決策。

在對數據采集系統進行設計的過程中,首先要對新能源汽車電機數字化車間進行調研和分析,經過分析后得到以下以下突出的特點：一是車間的設備種類多,各個設備之間的通信接口多；二是車間數據采集點多,數據采集要實現多個系統對接；三是老舊設備較多,在數據采集系統建設過程中要解決老舊設備通信接口改裝,使其統一的問題；四是數據采集系統要采用千兆以太網配合網絡交換機以滿足工業網絡硬件設施要求。

3 數據采集系統設計方案

在對新能源汽車電機數字化車間分析的基礎上,將數據采集系統設計為四層架構,分別為感知層、網絡層、數據集中層、應用層。其中,感知層包括傳感器、信息識別設備、檢測設備等。網絡層包括工業通信網關、網絡交換機、無線AP等,其功能是將不同設備的通信接口轉換為統一的TCP/IP的形式進行信息傳播。數據集中層包括組態軟件、OPC服務器軟件等,其功能是將車間的不同通信協議的數據進行匯總,然后對數據進行分類、轉換、檢查,并存儲在系統服務器中,服務器內的數據與上層MES系統進行連接,為車間生產提供準確完整的數據。應用層包括各個業務流程的功能模塊,其功能是在現場采集數據的基礎上,系統內部的功能應用模塊對數據進行分析處理,并將結果以多種形式呈現。

數據分為手動采集、半自動采集和全自動采集三種。

手動采集：該方式是利用人工方式進行數據采集,人工手動錄入原始數據,然后通過控制終端進行數據上傳。手動采集方式對于數據的時效性要求不高,主要運用在單一設備長久性數據或者產品的標記性數據。在數據采集系統中,手動采集由現場操作人員來完成。工作人員通過工位旁的控制設備進行來料呼叫、對原料進行編碼并進行編碼或物料屬性數據錄入,通過專業軟件進行下載和查看信息。手動采集數據經過控制終端設備,由以太網接口經過工業局域網上傳到數據庫,數據讀取采用Web Service或API接口的方式。

半自動采集：該方式是數據采集是經過設備進行采集,同時需要人工進行校驗。半自動采集方式主要應用于質量數據采集場景。比如對零部件尺寸進行測量,并通過藍牙上傳到數據采集系統中；原料入庫過程中,工作人員對入庫的貨物進行掃碼,然后將貨物信息傳輸到數據采集系統中；在螺絲等部件的裝配環節,工作人員利用電子扭矩對螺絲扭矩進行數據采集,上傳到數據采集系統中。這些數據采集均采用半自動采集方式。

全自動采集：該方式是自動化設備端的狀態數據進行自動采集、上傳及分析,也是電機數字化車間數據采集系統中的最主要采集方式。其應用在傳感器設備、PLC生產設備、數控機床設備數據采集場景中。比如在汽車電機技術機床的數據采集中,數據通過機床內自帶的以太網接口經過組態軟件或服務器接口訪問機床數控系統,既可以調取機床運行數據,還可以將數控代碼傳輸到機床加工設備,實現設備之間的信息傳輸連接。電機數字化車間中,多數設備是采用PLC控制的方式進行運行,對這些設備的數據采集可以通過PLC控制信號實現,具體包括開關量信號、模擬量信號,如設備運行狀態信息,像開機狀態、關機狀態、待機狀態、報警狀態等都可以通過PLC控制信號進行數據的全自動采集。PLC控制信息數據經由以太網串口上傳到工業網關,然后在將通信協議轉化為TCP/IP,最后上傳到服務器,經過服務器組態軟件轉化后存儲到數據庫。

4 數據集成及存儲

由于不同生產設備之間的通信協議不一定相同,因此在數據采集系統構建過程中需要進行數據集成。數字化車間中的數據采集量大,信息點位多,各個數據采集點采集數據并上傳到系統的過程中經常會出現通信層負載,造成信息丟包,信息傳輸卡頓的問題,從而影響數據采集系統運行的可靠性和穩定性。為了避免上述問題,采用將數據集中處理的方式,對數據進行協議轉換。采集到的數據信息通過通信接口上傳到數據通信網絡,寫入相應的數據庫點表內,然后經過異構數據庫進行協議轉換,這樣就可以實現上層數據庫經過對應接口對數據進行訪問。采集的數據均存儲在數據庫中,數據庫的選擇要綜合考慮數據存儲量、數據存儲的時間、數據存儲安全性、數據交互時效性等因素。數據表格的創建應根據汽車電機數字化車間的生產標準來進行數據表或數據結構的標準化定義,使數據表格能夠與汽車電機數字化車間的生產標準協同起來,提高數據采集系統存儲效率和運用效率。

5 結語

信息技術和數據技術的發展和應用為數字智能經濟提供了越來越強大的技術支持。在新能源汽車電機數字化車間,通過構建數據采集系統,實現車間生產設備的互聯互通,實現車間數據的實時傳輸和信息交互。隨著數據采集系統在數字化車間中的完善,積累的海量數據將為車間生產管理提供寶貴的生產資源,推動電機生產企業加快邁上高質量發展道路。