全过程智能监控系统应用效果及推广范例【导语】网友为您精心整理收集的“全过程智能监控系统应用效果及推广范例”精品文档,供您参考阅读,希望对您有所帮助!喜欢就下载吧。既有工业系统在制造目标产品过程中,伴随产品制造产生了大量过程数据和状态数据,各种数据以不同的形式展现在操作人员、检验人员和监管人员面前,数据完整性、关联性和真实性在监管检查过程中较难保证。原有监管下的质量检验监督、飞行检查等手段仅能作为事后发现并弥补的手段,不能在质量问题发生的第一时间将质量数据呈现出来,为保证所有工序过程数据均在第一时间被无差别地记录并呈现,本文基于物联网技术设计了一种能够适应传统工序记录表单数据采集和先进工序自动表单数据采集的产品制造全过程智能云监控系统。1系统设计1.1自动、智能设备数据采集自动或智能设备硬件常配有数据接口,如USB、网络控制器、WiFi模块、RS232、RS-422/485等,工作过程中产生的数据可通过数据接口提供给外设设备。据此,设计通过多协议网关[1]作为采集设备的智能数据采集系统(图1)。系统中各设备(A—D……)均为具备数据接口能力的检验、检测设备,通过协定的数据协议与嵌入式Linux多协议网关完成数据交互工作。多协议网关将各种设备数据采集后通过MQTT协议传输至服务器和数据处理中心。1.1.1多协议网关根据工业现场设备种类多、通信协议多的要求,网关需要具有多种接口硬件,适应多协议、多通信标准具备良好的网络管理能力、强大的可扩展能力和较高的安全性。据此设计的嵌入式Linux多协议网关由层结构完成,分别是硬件层、驱动层、系统层和应用层硬件层主要提供运行系统所必须的存储器和处理器以及各通信硬件接口。驱动层负责对接应用层的标准API与底层硬件外设,嵌入式Linux中将硬件驱动统一为字符设备、块设备、网络接口[2]3种,并可实现驱动的模块化动态编译与静态编译,使网关具有较高的可扩展性。系统层即为剪裁后的嵌入式Linux操作系统,以U-Boot作为启动引导程序BootLoader[3],以yaffs[4]格式作为根文件系统。应用层软件系统为网关功能实现的核心层,主要功能有:(1)集成嵌入式web服务器,可通过web端对网关实现远程配置与状态监测;(2)可配置网关对接设备种类,调用集成的相关设备驱动,进行工业设备的数据读取,如将设备对接PLC设备,网关即可根据配置的参数进行PLC相关寄存器的读取;(3)将读取的工业数据按照MQTT协议进行打包后,以WiFi或4G等方式发送到云平台,为云平台提供数据基础。1.1.2物联网MQTT协议网关数据与云平台之间采用MQTT协议进行数据传输,MQTT协议[5],即遥信消息队列传输,是一种轻量级的基于TCP的发布订阅式协议。该协议可在占用网络及硬件资源非常少的情况下实现可靠通信,是目前物联网中应用非常广泛的协议,其具有以下几种特点:(1)基于发布/订阅模式,可实现一对多与程序模块间的解耦,发布/订阅模式如图2所示;(2)可实现SSL/TLS单向认证或双向认证;(3)开销级别小,固定包头只有2字节;(4)为不同的应用场景提供了3种传输方式,用户可根据需求的不同进行级别的设置。QoSLevel0:至多一次,确保数据最多传输一次,适用于工控网络中实时监测系统。QoSLevel1:至少一次,消息传递有可能重复,需要客户端返回ACK包进行返回消息确认。QoSLevel2:只有一次,确保消息只到达一次,需要进行4个数据包的交换,适用于工控网络中对数据完整度要求更高的场合。在制动部件试验台试验数据监控系统中采纳了QoSLevel1模式,确保数据传输准确安全。1.1.3数据处理数据终端采用MQTT服务器[6]用于数据处理,关系型数据库用于存储数据[7],能够提供独立的数据检索查询功能。RestAPI可以将数据库中数据提供给任何需要数据的第三方,供数据分析和检索使用。1.2传统工序人工测量填写数据采集传统工序主要采用非智能测量检验设备进行检查的项点,由操作人员将实际测量操作数据手写填入质量记录中,该过程通常要求实时填写,准确记录。但在实际操作中,不能排除集中填写、填写数据非测得数据的情况,甚至出现在某些关键领域补填记录的严重违规行为。为防范违规填写行为,本系统中利用数码点阵笔作为现场采集设备,将质量记录的填写行为和数据实时记录并存储。传统数据采集总体架构见图3。1.2.1数码点阵笔数码点阵笔是一种基于光学识别捕捉笔尖运动轨迹,并利用压力传感器判断笔迹记录时段,最终将有效记录信息上传至接收设备的新型书写工具[8]。本系统中,在原有质量记录单上进行铺码操作,而后利用数码点阵笔在质量记录上无差别书写后,数码点阵笔即记录填写人、填写时间、填写内容等信息,并在条件允许情况下向更高一级处理系统传递数据。1.2.2同步终端及同步服务器同步终端可以是手持机、PC机、PAD等具备蓝牙或USB通信功能的产品,本系统中采用PAD为同步终端,便于数据采集复核员按工位进行数据收集和复核工作。同步服务器主要进行数据再现、复核、存储和同步工作,可以单独运行,也可以作为区块链节点服务器使用[9];当其单独运行时,与普通局域网服务器基本一致,可以提供数据远程客户端的数据统计、查询、分析和导出功能;当其作为区块链节点服务器使用时,除了具备普通服务器功能外,还具备同步其它服务器数据和将自身数据向其它节点服务器和核心同步服务器同步数据功能,确保数据不被篡改。1.2.3数据处理所有服务器均连接于局域内网,在内网稳定运行并提供服务。多种协议的支持可以快速打通各种系统的数据孤岛。物联网MQTT以及数码点阵笔实现结构化数据的采集,在不同工业现场设备或者不同的质量记录中,数据存在异构性的问题。为解决数据异构性问题,本系统采取模型数据反向映射功能,通过定义预估模型并利用Map-Reduce技术对异构数据进行模型转化[10]。根据数据业务场景需求,本系统实现了数据化业务引擎。通过可视化的配置即可实现任务流程、工序监控、流程卡控、电子档案等多种符合工业生产检修现场的数据业务模块。为应对工业现场的数据运用灵活性的要求,本系统采取模块化,可以快速响应现场业务变化和对数据分析需求。利用模块化编程技术实现对数据的快速加工和处理数据业务逻辑灵活变化。2系统应用效果及推广本系统当前已经在制动检修车间实施,远程端显示数据包括4组主要数据,分别是“数据中心”、“工艺布局、“人员技能矩阵”和“标准作业视频”;数据中心(图4)提供“生产日历”、“试验数据分析”、“生产进度”、“检修成功率”、“生产周期统计”、“完成工序统计”等数据查询使用分析功能;工艺布局主要介绍制动车间整体工艺规划,3条生产线7个作业工区的划分和简介;标准作业视频(图5)提供6种主要产品的视频教学服务,供员工自主学习。本系统中自动、智能设备数据采集系统已经在电气车间空调试验台、总装车间车辆联网试验台、转向架车间扭紧机等多部位多台设备上实现数据实时采集功能;传统工序采集已经在转向架车间制动配件检修工序全面铺开,未来将继续推进数码点阵采集技术,实现传统工序的智能采集,完成智能数据的全覆盖。3结束语本文着重讲解了工业数据采集分析平台中现场采集设备原理及云平台架构,实现了多种工业设备的数据实时采集及分析,同时为其他基于该模式的工控数据采集和分析提供了一种成型设计思路,为智能数据采集及分析提供基础性研究参考。(转载请注明)