智能工廠

發(fā)布日期：2022-01-04
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工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，
第四次工業(yè)革命的目標(biāo)是工廠智能化
基于信息融合，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等
實(shí)現(xiàn)智能制造
那么智能工廠
如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能采集與處理？

數(shù)據(jù)自動(dòng)和智能采集系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制設(shè)備與管理層之間的信息紐帶，工廠中設(shè)備眾多、接口各異，如何實(shí)現(xiàn)設(shè)備和儀表通訊就成為實(shí)施難點(diǎn)。


實(shí)施MES的一個(gè)技術(shù)基礎(chǔ)就是與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集甚至智能采集。本文從一般性設(shè)備通訊入手，給大家介紹下工廠的數(shù)采通訊方案。
對(duì)于大部分行業(yè)，基本都可以分為前處理和包裝兩個(gè)工藝過(guò)程，基本的設(shè)備狀況如下：
前處理控制系統(tǒng)屬于過(guò)程控制系統(tǒng)，前處理設(shè)備的控制系統(tǒng)普遍采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，形成分散控制、集中管理和監(jiān)控的管控一體化模式，數(shù)據(jù)采集難度較低。
包裝設(shè)備控制系統(tǒng)屬于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包裝設(shè)備供應(yīng)廠商較多，很多設(shè)備采用專用控制器，技術(shù)不開放，數(shù)據(jù)采集接口復(fù)雜，是數(shù)據(jù)采集的難點(diǎn)。
質(zhì)量檢測(cè)儀器設(shè)備相關(guān)接口比較簡(jiǎn)單、原始，一般的檢測(cè)儀器配有串口用于輸出測(cè)試數(shù)據(jù)，只要儀器廠商提供通信協(xié)議，就可以實(shí)施檢測(cè)儀器的數(shù)據(jù)采集。
一般工廠的動(dòng)力儀表以機(jī)械式儀表居多，需要改造為智能儀表才能通訊。

3.1.控制通訊
PLC/DCS通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)接入，實(shí)現(xiàn)設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集，基本的優(yōu)先級(jí)如下：中控系統(tǒng)>操作面板>PLC網(wǎng)口>PLC串口，具體的建議如下：
1、控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)通信，對(duì)于不能采用工業(yè)以太網(wǎng)通信的，可采用Modbus RTU通信，并轉(zhuǎn)換為工業(yè)以太網(wǎng)通訊。
2、優(yōu)先從中控系統(tǒng)的上層軟件系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)直接驅(qū)動(dòng)從底層控制系統(tǒng)中讀取。
3、已有以太網(wǎng)接口的PLC控制系統(tǒng)，如果可以新增以太網(wǎng)接口的，可通過(guò)新增以太網(wǎng)接口，采用工業(yè)以太網(wǎng)接入。
4、對(duì)于無(wú)以太網(wǎng)接口，但可以新增以太網(wǎng)口的系統(tǒng)，通過(guò)新增以太網(wǎng)口，采用工業(yè)以太網(wǎng)接入。
5、對(duì)于不能擴(kuò)展以太網(wǎng)接口，但可以增加Modbus RTU通訊接口的設(shè)備，可增加Modbus通訊接口，通過(guò)串口通訊將數(shù)據(jù)先采集到新增的數(shù)采PLC，再通過(guò)PLC的以太網(wǎng)接口上傳系統(tǒng)。新增的數(shù)采PLC要求配有以太網(wǎng)接口和Modbus串口。
6、不具備通訊采集能力的控制系統(tǒng)，可考慮將現(xiàn)有控制系統(tǒng)更換成帶通訊接口的控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。
7、如果現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)備沒(méi)有PLC控制系統(tǒng)，則需要對(duì)現(xiàn)有設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，改造成帶通訊接口的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，然后才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。
注意事項(xiàng)：
已有以太網(wǎng)接口的PLC控制系統(tǒng)，如果采用現(xiàn)有以太網(wǎng)接口通訊，需要先修改與此連接的以太網(wǎng)設(shè)備的IP地址，再采用工業(yè)以太網(wǎng)接入。涉及到要修改IP地址的設(shè)備可能會(huì)有PLC控制系統(tǒng)、觸摸屏、上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)、變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器等。
3.1.1.智能儀表通訊
智能儀表的通訊方案如下：
1、儀表要求為帶標(biāo)準(zhǔn)的Modbus RTU通訊接口的智能儀表。如果現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)量?jī)x表是指針式機(jī)械表，需要將其先更換為智能儀表。
2、配有Modbus RTU接口的智能儀表先通過(guò)RS485屏蔽電纜連接，然后通過(guò)Modbus轉(zhuǎn) Modbus TCP/ IP網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換后接入系統(tǒng)。智能儀表可分區(qū)域分類型連接（例如：同一區(qū)域電表接電表，水表接水表，不要混接）。為保證數(shù)據(jù)通訊的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，一條通訊總線上連接的儀表數(shù)量不要超過(guò)10個(gè)。
3.1.2.質(zhì)檢儀器通訊
質(zhì)檢儀器設(shè)備的通訊以串口/并口和文件交互方式居多
3.1.3.智能采集系統(tǒng)
在CPS體系中對(duì)于設(shè)備的自感知可以改變現(xiàn)有的被動(dòng)式采集，從而實(shí)現(xiàn)智能化與自主化數(shù)據(jù)采集。自主式和應(yīng)激式傳感采集主要體現(xiàn)三個(gè)方面：
1、以事件為導(dǎo)向的采集策略。根據(jù)不同的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)設(shè)備在穩(wěn)定工況下可以按照較低的頻率采集。而在變化的工況下，則采用高頻率的并增大數(shù)據(jù)采集范圍，以便及時(shí)把握可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。
2、以活動(dòng)目的為導(dǎo)向的采集策略。當(dāng)CPS懷疑某一關(guān)鍵部件出現(xiàn)狀態(tài)異常，為了確認(rèn)和診斷該故障，與此部件相關(guān)的傳感器將提高采集頻率。
3、以設(shè)備健康為導(dǎo)向的采集策略。在系統(tǒng)判斷設(shè)備健康狀態(tài)正常時(shí)，以較低的采集間隔和采集頻率，采集部分?jǐn)?shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備健康狀態(tài)變化。只有在出現(xiàn)異常時(shí)才對(duì)故障診斷所需數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，縮短數(shù)據(jù)采集間隔，以便更加準(zhǔn)確和及時(shí)把握設(shè)備健康狀態(tài)的變化態(tài)勢(shì)。
一個(gè)典型的智能數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)是根據(jù)事件信息、活動(dòng)目標(biāo)和設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)產(chǎn)生符合信息分析需求的數(shù)據(jù)采集控制信息，并將此信息傳輸?shù)綌?shù)采設(shè)備控制傳感器的信息采集部分，通過(guò)運(yùn)算邏輯、機(jī)理模型、操作原理、運(yùn)行目的、信號(hào)處理等要求的控制模型，調(diào)取所需數(shù)據(jù)。