隨著工業(yè)技術(shù)與通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，制造企業(yè)對信息化與智能化的要求也越來越高，以智能制造為核心的制造模式正在引發(fā)全球新的工業(yè)革命。智能工廠作為智能制造的重要載體，需要對工廠、車間、產(chǎn)線、設(shè)備的各維度數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的集成、處理、分析和展現(xiàn)。因而，面向智能工廠的需求，研究并開發(fā)一種針對生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，對于推動企業(yè)智能制造系統(tǒng)的建設(shè)具有重要意義。

　　智能工廠中有哪些需要采集的數(shù)據(jù)

　　以離散制造行業(yè)為例，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集其本質(zhì)是為了提高產(chǎn)品質(zhì)量以及方便管理。通常情況下，影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素主要包括人、機(jī)、料、法、環(huán)五個方面，因此，在智能工廠中，一般重點(diǎn)針對機(jī)器設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

　　在智能工廠中，數(shù)控機(jī)床、PLC為基礎(chǔ)的生產(chǎn)控制設(shè)備，也是數(shù)據(jù)采集的重點(diǎn)設(shè)備。針對數(shù)控機(jī)床、PLC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是智能工廠制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源，為智能工廠的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、決策等提供了數(shù)據(jù)支持。與此同時，攝像頭作為基礎(chǔ)的環(huán)境監(jiān)控設(shè)備，具有聲音和圖像的采集功能，將攝像頭接入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對企業(yè)面言，可以更好地管理企業(yè)生產(chǎn)，在一定程度上也可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量。

　　1、數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)采集

　　數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部有兩大部分：一個是NC系統(tǒng)；另一個是PLC系統(tǒng)。NC系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)各個坐標(biāo)軸集合運(yùn)動規(guī)律的數(shù)字控制，而PLC系統(tǒng)則完成對機(jī)床輔助設(shè)備的控制，如刀庫運(yùn)動、換刀、冷卻液開關(guān)等。對于機(jī)床內(nèi)部數(shù)據(jù)而言，也可分為NC數(shù)據(jù)和PC數(shù)據(jù)。在數(shù)控系統(tǒng)中，部分變量會隨著系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變化以及操作過程等發(fā)生改變，這類變量被稱之為狀態(tài)變量。通過狀態(tài)變量，可以讀取的狀態(tài)數(shù)據(jù)包括：NCK數(shù)據(jù)、指定通道的狀態(tài)數(shù)據(jù)、進(jìn)給驅(qū)動數(shù)據(jù)、主軸驅(qū)動數(shù)據(jù)等。

　　在這些數(shù)據(jù)中，結(jié)合智能制造模式下的需求，所需要采集的數(shù)據(jù)主要包括：機(jī)床當(dāng)前狀態(tài)、開機(jī)時間、運(yùn)行時間、運(yùn)行程序號、各軸的位置信息、各軸的進(jìn)給率、主軸轉(zhuǎn)速、主軸功率等。對于數(shù)控機(jī)床而言，由于系統(tǒng)中數(shù)據(jù)種類較多，如果用戶無法自助添加數(shù)據(jù)地址，而是只在系統(tǒng)中設(shè)定好地址，可能對某些場合的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控會有較大的影響，而用戶更新數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)難度較大，因此，系統(tǒng)需要可以嵌入到機(jī)床的用戶界面中，為用戶提供接口，供用戶自主添加所需要采集的數(shù)據(jù)。

　　2、PLC數(shù)據(jù)采集

　　對于PLC而言，由于生產(chǎn)廠商繁多，因此對PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)的稱呼也不太一致。總體來說，對于大多數(shù)PLC控制系統(tǒng)而言，存儲區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)主要分為輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、局部變量存儲器、數(shù)據(jù)塊寄存器、定時器、計數(shù)器等。在實(shí)際應(yīng)用中，企業(yè)更加關(guān)心的是輸入繼電器和輸出繼電器的值，因此，對PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集主要應(yīng)當(dāng)從輸入和輸出兩方面考慮。

　　3、生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集

　　對于生產(chǎn)環(huán)境而言，主要由溫度、濕度、圖像、聲音等組成。對于溫度和濕度信息，通過傳感器接入到PLC控制系統(tǒng)中，可以很方便地對其進(jìn)行采集。視頻信息中則包含了圖像和聲音信息，因此，對于生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集主要以視頻信息為主。

　　智能工廠的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站

　　數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)是一種軟件應(yīng)用程序，用于遠(yuǎn)程實(shí)時遙控數(shù)據(jù)采集過程，以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備和條件的控制。它包括硬件和軟件，主要由以下部分組成：監(jiān)控計算機(jī)、遠(yuǎn)程終端單元（RTU）、可編程邏輯控制器（PLC）、通信基礎(chǔ)設(shè)施、人機(jī)界面（HMI）等。硬件收集數(shù)據(jù)并將其送至裝有SCADA軟件的計算機(jī)，計算機(jī)處理這些數(shù)據(jù)并即時展現(xiàn)。

　　在智能工廠中，SCADA系統(tǒng)需要對生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與管理，且需要對監(jiān)控到的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、分析、可視化等功能。它是智能工廠設(shè)備層與運(yùn)營管理層的橋梁，構(gòu)建起車間級、廠級的數(shù)據(jù)集成平臺，為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集服務(wù)、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)和數(shù)據(jù)查詢服務(wù)?；谶@些需求，目前市面上的SCADA系統(tǒng)服務(wù)商開發(fā)了面向智能工廠的多層次分層體系架構(gòu)，自下而上分為設(shè)備層、數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)管理層、應(yīng)用層等。

　　•設(shè)備層：系統(tǒng)的底層為設(shè)備層，主要包括數(shù)控機(jī)床、PLC、工業(yè)機(jī)器人、音視頻設(shè)備、傳感器等設(shè)備。這些設(shè)備利用工業(yè)現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)等接口組網(wǎng)，通過數(shù)據(jù)采集卡、通信卡等設(shè)備與數(shù)據(jù)采集層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　•數(shù)據(jù)采集層：數(shù)據(jù)采集層為軟件層，主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信等模塊。在數(shù)據(jù)采集模塊中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將硬件設(shè)備的信息采集到系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理模塊將采集到的數(shù)據(jù)以一定規(guī)則處理，并打包成一定格式的字符串，通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊發(fā)送到服務(wù)器。

　　•網(wǎng)絡(luò)層：系統(tǒng)第三層為網(wǎng)絡(luò)交互層，主要包括以太網(wǎng)口、交換機(jī)、路由器、無線網(wǎng)絡(luò)、防火墻等。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)貫穿著整個系統(tǒng)的全過程，因此，建立一套安全可靠的網(wǎng)絡(luò)交互層，可以在很大程度上提高系統(tǒng)的使用效率及可靠性。

　　•數(shù)據(jù)管理層：數(shù)據(jù)管理層以服務(wù)器為主，包括數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)采集層采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)交互層傳輸?shù)皆搶又校W(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)接收到信息之后，將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將處理好的信息儲存在數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)應(yīng)用層向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)管理層將數(shù)據(jù)發(fā)送到應(yīng)用層，供應(yīng)用層調(diào)用。

　　•應(yīng)用層：設(shè)備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的頂層為應(yīng)用層，主要為軟件層。應(yīng)用層通過網(wǎng)絡(luò)交互層與數(shù)據(jù)管理層連接，向數(shù)據(jù)管理層請求數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分析處理，使數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)一定的功能。

　　智能工廠建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在近幾年大環(huán)境背景下，制造企業(yè)發(fā)展面臨巨大的壓力，一方面產(chǎn)品迭代速度越來越快、勞動力成本逐漸上升、個性化需求漸趨復(fù)雜；另一方面國際局勢變化不明、COVID-19蔓延導(dǎo)致交流受阻等，都促使制造業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，智能工廠受到越來越多制造業(yè)從業(yè)者的青睞。就如人需要五官才能感知外界一樣，數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控就像給智能工廠賦予了“五官”，給予它感知的能力和分析的依據(jù)，讓它真正的智能起來。

　?。ū疚恼碜远苟【W(wǎng)李佳璇的論文）

關(guān)注讀覽天下微信， 100萬篇深度好文， 等你來看……