智能工廠
智能工廠
發(fā)布日期：2022-01-04
摘抄騰訊新聞，網(wǎng)址：https://new.qq.com/rain/a/20200729A0VHM500
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的時代已經(jīng)到來，
第四次工業(yè)革命的目標是工廠智能化
基于信息融合，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等
實現(xiàn)智能制造
那么智能工廠
如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能采集與處理？
數(shù)據(jù)自動和智能采集系統(tǒng)是現(xiàn)場自動化控制設備與管理層之間的信息紐帶，工廠中設備眾多、接口各異，如何實現(xiàn)設備和儀表通訊就成為實施難點。
實施MES的一個技術(shù)基礎就是與現(xiàn)場設備進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化采集甚至智能采集。本文從一般性設備通訊入手，給大家介紹下工廠的數(shù)采通訊方案。
對于大部分行業(yè)，基本都可以分為前處理和包裝兩個工藝過程，基本的設備狀況如下：
前處理控制系統(tǒng)屬于過程控制系統(tǒng)，前處理設備的控制系統(tǒng)普遍采用了現(xiàn)場總線技術(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。
包裝設備控制系統(tǒng)屬于運動控制系統(tǒng)，包裝設備供應廠商較多，很多設備采用專用控制器，技術(shù)不開放，數(shù)據(jù)采集接口復雜，是數(shù)據(jù)采集的難點。
質(zhì)量檢測儀器設備相關接口比較簡單、原始，一般的檢測儀器配有串口用于輸出測試數(shù)據(jù)，只要儀器廠商提供通信協(xié)議，就可以實施檢測儀器的數(shù)據(jù)采集。
一般工廠的動力儀表以機械式儀表居多，需要改造為智能儀表才能通訊。
3.1.控制通訊
PLC/DCS通過工業(yè)以太網(wǎng)接入，實現(xiàn)設備層的數(shù)據(jù)采集，基本的優(yōu)先級如下：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)，也可以通過直接驅(qū)動從底層控制系統(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，可通過新增以太網(wǎng)接口，采用工業(yè)以太網(wǎng)接入。
4、對于無以太網(wǎng)接口，但可以新增以太網(wǎng)口的系統(tǒng)，通過新增以太網(wǎng)口，采用工業(yè)以太網(wǎng)接入。
5、對于不能擴展以太網(wǎng)接口，但可以增加Modbus RTU通訊接口的設備，可增加Modbus通訊接口，通過串口通訊將數(shù)據(jù)先采集到新增的數(shù)采PLC，再通過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)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。
7、如果現(xiàn)有系統(tǒng)設備沒有PLC控制系統(tǒng)，則需要對現(xiàn)有設備控制系統(tǒng)進行升級改造，改造成帶通訊接口的PLC控制系統(tǒng)進行控制，然后才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集。
注意事項：
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地址的設備可能會有PLC控制系統(tǒng)、觸摸屏、上位監(jiān)控計算機、變頻器、伺服驅(qū)動器等。
3.1.1.智能儀表通訊
智能儀表的通訊方案如下：
1、儀表要求為帶標準的Modbus RTU通訊接口的智能儀表。如果現(xiàn)場的計量儀表是指針式機械表，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RS485屏蔽電纜連接，然后通過Modbus轉(zhuǎn) Modbus TCP/ IP網(wǎng)關轉(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)膶崟r性，一條通訊總線上連接的儀表數(shù)量不要超過10個。
3.1.2.質(zhì)檢儀器通訊
質(zhì)檢儀器設備的通訊以串口/并口和文件交互方式居多
3.1.3.智能采集系統(tǒng)
在CPS體系中對于設備的自感知可以改變現(xiàn)有的被動式采集，從而實現(xiàn)智能化與自主化數(shù)據(jù)采集。自主式和應激式傳感采集主要體現(xiàn)三個方面：
1、以事件為導向的采集策略。根據(jù)不同的規(guī)則進行數(shù)據(jù)采集，當設備在穩(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，以便及時把握可能出現(xiàn)的風險。
2、以活動目的為導向的采集策略。當CPS懷疑某一關鍵部件出現(xiàn)狀態(tài)異常，為了確認和診斷該故障，與此部件相關的傳感器將提高采集頻率。
3、以設備健康為導向的采集策略。在系統(tǒng)判斷設備健康狀態(tài)正常時，以較低的采集間隔和采集頻率，采集部分數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)設備健康狀態(tài)變化。只有在出現(xiàn)異常時才對故障診斷所需數(shù)據(jù)進行采集，縮短數(shù)據(jù)采集間隔，以便更加準確和及時把握設備健康狀態(tài)的變化態(tài)勢。
一個典型的智能數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)是根據(jù)事件信息、活動目標和設備狀態(tài)自動產(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)采設備控制傳感器的信息采集部分，通過運算邏輯、機理模型、操作原理、運行目的、信號處理等要求的控制模型，調(diào)取所需數(shù)據(jù)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的時代已經(jīng)到來，
第四次工業(yè)革命的目標是工廠智能化
基于信息融合，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等
實現(xiàn)智能制造
那么智能工廠
如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能采集與處理？
數(shù)據(jù)自動和智能采集系統(tǒng)是現(xiàn)場自動化控制設備與管理層之間的信息紐帶，工廠中設備眾多、接口各異，如何實現(xiàn)設備和儀表通訊就成為實施難點。
對于大部分行業(yè)，基本都可以分為前處理和包裝兩個工藝過程，基本的設備狀況如下：
前處理控制系統(tǒng)屬于過程控制系統(tǒng)，前處理設備的控制系統(tǒng)普遍采用了現(xiàn)場總線技術(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。
包裝設備控制系統(tǒng)屬于運動控制系統(tǒng)，包裝設備供應廠商較多，很多設備采用專用控制器，技術(shù)不開放，數(shù)據(jù)采集接口復雜，是數(shù)據(jù)采集的難點。
質(zhì)量檢測儀器設備相關接口比較簡單、原始，一般的檢測儀器配有串口用于輸出測試數(shù)據(jù)，只要儀器廠商提供通信協(xié)議，就可以實施檢測儀器的數(shù)據(jù)采集。
一般工廠的動力儀表以機械式儀表居多，需要改造為智能儀表才能通訊。
3.1.控制通訊
PLC/DCS通過工業(yè)以太網(wǎng)接入，實現(xiàn)設備層的數(shù)據(jù)采集，基本的優(yōu)先級如下：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)，也可以通過直接驅(qū)動從底層控制系統(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，可通過新增以太網(wǎng)接口，采用工業(yè)以太網(wǎng)接入。
4、對于無以太網(wǎng)接口，但可以新增以太網(wǎng)口的系統(tǒng)，通過新增以太網(wǎng)口，采用工業(yè)以太網(wǎng)接入。
5、對于不能擴展以太網(wǎng)接口，但可以增加Modbus RTU通訊接口的設備，可增加Modbus通訊接口，通過串口通訊將數(shù)據(jù)先采集到新增的數(shù)采PLC，再通過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)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。
7、如果現(xiàn)有系統(tǒng)設備沒有PLC控制系統(tǒng)，則需要對現(xiàn)有設備控制系統(tǒng)進行升級改造，改造成帶通訊接口的PLC控制系統(tǒng)進行控制，然后才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集。
注意事項：
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地址的設備可能會有PLC控制系統(tǒng)、觸摸屏、上位監(jiān)控計算機、變頻器、伺服驅(qū)動器等。
3.1.1.智能儀表通訊
智能儀表的通訊方案如下：
1、儀表要求為帶標準的Modbus RTU通訊接口的智能儀表。如果現(xiàn)場的計量儀表是指針式機械表，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RS485屏蔽電纜連接，然后通過Modbus轉(zhuǎn) Modbus TCP/ IP網(wǎng)關轉(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)膶崟r性，一條通訊總線上連接的儀表數(shù)量不要超過10個。
3.1.2.質(zhì)檢儀器通訊
質(zhì)檢儀器設備的通訊以串口/并口和文件交互方式居多
3.1.3.智能采集系統(tǒng)
在CPS體系中對于設備的自感知可以改變現(xiàn)有的被動式采集，從而實現(xiàn)智能化與自主化數(shù)據(jù)采集。自主式和應激式傳感采集主要體現(xiàn)三個方面：
1、以事件為導向的采集策略。根據(jù)不同的規(guī)則進行數(shù)據(jù)采集，當設備在穩(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，以便及時把握可能出現(xiàn)的風險。
2、以活動目的為導向的采集策略。當CPS懷疑某一關鍵部件出現(xiàn)狀態(tài)異常，為了確認和診斷該故障，與此部件相關的傳感器將提高采集頻率。
3、以設備健康為導向的采集策略。在系統(tǒng)判斷設備健康狀態(tài)正常時，以較低的采集間隔和采集頻率，采集部分數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)設備健康狀態(tài)變化。只有在出現(xiàn)異常時才對故障診斷所需數(shù)據(jù)進行采集，縮短數(shù)據(jù)采集間隔，以便更加準確和及時把握設備健康狀態(tài)的變化態(tài)勢。
一個典型的智能數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)是根據(jù)事件信息、活動目標和設備狀態(tài)自動產(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)采設備控制傳感器的信息采集部分，通過運算邏輯、機理模型、操作原理、運行目的、信號處理等要求的控制模型，調(diào)取所需數(shù)據(jù)。
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