智慧工厂数据采集系统实施探索

陈浩 南通理工学院

关键字：数据采集 可视化

一、工厂数据采集系统实时的背景及意义

工厂数据采集系统主要面向制造型企业，传统的生产线是通过人工方式进行信息的采集、核对和处理，采集过程缓慢、出错率高，难以实现数据的可视化处理和生产成本的有效控制。

数据采集系统应用于工业控制、网络监控等场合，采集系统也分为软件和硬件，软件包含了组态软件等，硬件一般是通过某种总线接口实现，使用总线的特点是功耗低、速度快，软件传输需要通过网络协议栈和采集软件处理，速度较慢。

在生产过程中，通过数据采集器实时采集生产产品信息对产品进行动态跟踪、通过PLC采集生产设备实时运行参数掌握设备运行状态、通过微控制器连接传感器获取工厂环境信息掌握工厂实时生产安全，采用zigbee无线通信技术实现多种不同设备相互间的无线组网与通信，并接入局域网中。因此数据采集系统的实施与建设对工厂管理与发展显得尤为重要。

二、数据采集中面临的问题

工厂数据采集过程面临数据量大、数据种类多、数据采集的可靠性、如何保证数据的质量等问题，严重困扰了数据采集系统的建设，使用软件接口对接方式可以解决数据采集遇到的难题，通过协调厂商工程师确定编码方案，接口对接方式的特点是数据可靠性高，数据实时性高，满足了工厂对数据实时性的要求。

三、数据采集技术

目前数据采集系统的数据传输技术采用DMA方式，由于主存与DMA接口自己有一条数据通路，因此主存与设备交换信息无需通过CPU。DMA方式的工作原理是I/O设备向DMAC发送DMA请求，DMAC判断I/O设备优先级并做出响应，DMAC向CPU总线仲裁器提出总线申请，CPU对DMAC进行响应，并将总线控制权交给DMA，实现I/O设备与存储器的数据传输，这样很大程度上减轻了CPU资源占有率，省去了保护和恢复现场的过程，因此工作速度比程序中断方式更高。

四、数据采集过程

工厂生产数据通过MES系统采集，生产人员实时将生产数据进行录入，车间使用LED显示屏实时展示生产信息，生产数据对接到ERP、财务软件接口，通过相应软件自动计算工厂生产产品出入库信息与员工工资。

设备运行参数信息通过工控端实现设备参数自动采集，实现设备自动保养提示、设备运行异常提醒等功能，使用智能化数据采集设备每日对生产设备拍照上传，为设备工程师提供精准和实时的信息反馈。

利用智能仪表获取工厂实时环境信息，包含各个区域温湿度、一氧化碳等有毒气体实时检测，通过微控制器与智能传感器建立连接，通过微控制器实时采集传感器数据，采用目前使用较多的DMA方式实现，传感器输出信息一般为模拟量，利用A/D转换模块将模拟信息转换为数字信息给计算机识别，通过上位机平台将数据存储到远程数据库，工厂车间实时显示车间环境信息，确保车间生产安全。

五、数据采集系统解决方案

(1）数据库建设

建立数据采集数据库，将相应表单放置于服务器中，通过数据库服务器存取生产、设备参数和环境参数等信息，数据库保存的基础数据与ERP进行关联，确保数据的正确性。

(2）数据采集系统硬件设备安装

搭建车间网络环境，使用路由器与漏缆等实现车间无线全覆盖，安装环境参数采集智能仪表、传感器、调试设备数据采集接口，搭建人机交互平台，实现工厂生产数据的实时录入，完成数据采集系统的安装与调试工作。

(3）数据采集终端

通过4G手持移动终端、PDA手持终端、扫描枪、视频监控终端等设备实现生产过程中信息的采集、产品质量追溯以、设备正常运行及产品出入库管理。

(4）数据展示平台建设

通过LED屏显示设备实时运行参数、车间生产数据、环境参数和视频监控等信息，通过无线覆盖实现LED屏与远程服务器的通信。

六、结论

综上所述，通过数据采集系统实现车间的自动化管理，获取生产所需精准、实时的数据，自动建立数据管理，让数据真实、有序、安全的应用到工厂实际生产中，提高了企业优质化管理和成本的有效控制，通过数据采集系统能够实现生产计划排程、生产信息管理、设备运行管理、环境参数管理、看板管理和模块扫码功能，为工厂实现智能化提供了有利的支持。