数据采集在工厂智能生产系统中的应用

陈奇 夏珊

【摘 要】数据采集在现代智能工厂生产中发挥着重要的作用，是自动化生产的基石，能有效地提高生产效率。

【关键词】数据采集；数据监控；智能工厂生产

一、数据采集系统简介

1、数据采集（DAQ），是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。

2、被采集数据是已被转换为電讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。

3、智能制造离不开车间生产数据的支撑。在制造过程中，数控机床不仅是生产工具和设备，更是车间信息网络的节点，通过机床数据的自动化采集、统计、分析和反馈，将结果用于改善制造过程，将大大提高制造过程的柔性和加工过程的集成性，从而提升产品生产过程的质量和效率。

4、MES生产执行系统通过与数控系统、PLC系统、以及机床电控部分的智能化集成，实现对机床数据采集部分的自动化执行，不需要操作人员的手动输入，这样保障了数据的实时性和准确性。在采集数据的挖掘方面，MDC为企业提供了更为专业化的分析和处理，个性化的数据处理和丰富的图形报表展示，实时引导、响应和报告车间的生产动态，极大提升了解决问题的能力，推进了企业车间智能制造的进程。

二、生产制造过程中的数据采集应用

对于大部分制造企业来说，生产现场的实时信息、现场设备的状态、相关的产量等大量数据的实时数据采集是当前企业面临的一大难题，如何实现高效率、简洁、实时的数据采集，是当前制造业急需解决的问题。

1、现场数据采集产生背景。对于大部分制造业企业，测量仪器的自动数据采集一直是个令人烦恼的事情，即使仪器已经具有RS232/485等接口，但仍然在使用一边测量，一边手工记录到纸张，最后再输入到PC中处理的方式，不但工作繁重，同时也无法保证数据的准确性，常常管理人员得到的数据已经是滞后了一两天的数据；而对于现场的不良产品信息及相关的产量数据，如何实现高效率、简洁、实时的数据采集更是一大难题。

2、为使工厂管理者充分掌握作业现场资讯，有效地控管制造生产流程作业而设计的。在生产制造过程中针对生产现场的数据采集情况，采用现场数据采集解决方案，从软、硬件方面建立车间现场数据采集网络，实时获取车间现场的数据信息，为生产及决策提供实时的数据依据。

3、生产现场数据采集仪的主要功能

（1）实时采集来自生产线的产量数据或是不良品的数量、或是生产线的故障类型（如停线、缺料、品质），并传输到数据库系统中

（2）接收来自数据库的信息：如生产计划信息、物料信息等；

（3）传输检查工位的不良品名称及数量信息；

4、连接检测仪器，实现检测仪器数字化，数据采集仪自动从测量仪器中获取测量数据，进行记录，分析计算，形成相应的各类图形，对测量结果进行自动判断。

5、数据采集仪的主要特点。配备RS232、RS485串口，可连接多个检测仪器实现自动数据采集；配备USB接口，方便数据的输出；配备RJ45接口，可通过网线接入网络；配备VGA视频输出及音频输出接口；内置WIFI模块，可通过无线方式接入，方便现场组网。

生产现场数据采集在品质过程中的非常重要的一个环节，好的数据采集方案可把品质管理人员从处理数据的繁重工作中解放出来，有更多的时间去解决实际的品质问题，同时即时的数据采集也使系统真正地实现实时监控，尽早发现问题，避免更大的损失。

三、在工厂生产中的数据采集实际应用

1、系统组成：数据采集是基础。各数字化车间广泛配置智能仪表、条码和RFID设备、工位人机交互设备、机台联网数据接口等，建立车间数据采集与监视系统。

（一）车间工业网络设计，为构建稳定的数采系统，给MES系统提供统一的数据源和数据采集平台，构建了专用的信息传输网络，用于生产数据的高效、可靠、稳定传输。

（二）在每个车间，由于要采集的设备台套数超出车间骨干主交换机的端口数量或这些设备的物理位置分布超出了网线的有效传输距离，需要增加车间数采交换机的数量，并把它们与车间数采主交换机相连，形成车间数采子网，车间数采子网的交换机间采用12芯单模光缆汇聚，组成数采星型子网络。

（三）现场工作站、LED大屏、智能手持终端亦使用此数采专用网络。

2、车间工业网络拓扑结构。根据某公司智能制造项目建设规划，园区数据采集网络拓扑架构与智能车间数据采集网络拓扑架构分别如图所示。

3、车间数据可视化监控。数据可视化监控系统具有监视车间内设备运行状况、环境工况的功能，是实现可视化管理的必要设施。其作用是全天候监视车间内关键工序、关键设备的运行、质量状况，以及监控重点防范场所的环境、安全等。同时保存现场图像，以便出现故障、事故时调出现场图像，为可追溯及事后分析提供依据。

4、生产运行数据监控与趋势预测。生产运行数据监控主要功能包括对各生产线状态监控、设备监控、工艺参数实时监视、故障报警及响应处理。

结合某公司产业园的布局特点：生产车间范围广、数量多，需要监控的生产线、单机设备台套数体量大，因此监控功能必须分为若干幅画面并按区域和由总到分的层次结构组态画面，使之成为一个有机的系统。

生产执行状态监控，通过生产执行数据监控系统，可以实时监测各个车间以及各条生产线的实时状态，从而有效地执行生产计划和合理规划设备维修保养方案。

如图所示该生产设备的运行实施情况，即能在生产监控系统中实施查看到，生产车间基本能做到无人化值守，生产效率得到提升。且设备故障及时自动告警，在生产系统中自动下派故障维修单，让生产设备的故障停机时间得到大幅降低，提高生产效率。

四、结语

在的智能工厂生产中，数据采集在整个生产系统中将发挥越来越大的作用，其作为智能化生产的最基础部分，是构建整个自动化生产系统的基石。综上所述，在今后的智能工厂建设中，需借助计算机网络技术，建设完善的数据采集网络，提高自动化生产系统的生产效率。