智能工厂数据采集与监视控制技术要求

1智能工厂数据采集与监视控制技术要求本标准规定了智能工厂数据采集与监视控制的术语和定义、SCADA在智能工厂中的应用规划、SCADA体系架构、SCADA平台搭建要求、SCADA数据交换要求、数据采集及整合要求、SCADA系统功能要求等内容。本标准适用于制造领域的企业在数据采集与监视控制方面的智能化建设需求，并且可以创建新的业务模式。2术语和定义下列术语和定义适用于本文件。2.1数据采集与监视控制supervisorycontrolanddataacquisition数据采集与监视控制英文简称为SCADA，是综合利用计算机技术、控制技术、通信与网络技术，完成对测控点分散的各种设备或过程的实时数据采集，通过本地或远程的自动控制，实现生产过程的全面实时监控，并为安全生产、调度、管理、优化和故障诊断提供必要和完整的数据及手段。2.2智能工厂intelligentfactory通过系统集成、数据互通、人机交互、柔性制造，以及信息分析优化等手段，实现从产品设计到销售，从设备控制到企业资源管理所有环节的数字化、自动化和智能化的制造工厂。3SCADA在智能工厂中的应用规划3.1分阶段总体规划数据采集与监视控制系统在智能工厂中的分阶段总体规划见图1。2图1分阶段总体规划图3.2信息化总体规划数据采集与监视控制系统在智能工厂中的信息化总体规划见图2。图2信息化总体规划图34SCADA体系架构4.1架构组成智能工厂数据采集与监视控制系统体系架构组成如图3所示。图3数据采集与监视控制系统架构4.2设备层4.2.1设备层应包括：a)数控机床；b)PLC；c)分布式IO设备；d)工业机器人；e)音视频设备；f)传感器等。4.2.2设备利用工业现场总线、以太网等接口组网，通过数据采集卡、通信卡等设备与4数据采集层进行数据交换。4.3数据采集层4.3.1数据采集层为软件层，应包括：a)数据采集；b)数据处理；c)网络通信等。4.3.2数据采集系统基于组态软件、高级语言编程等手段，利用工业现场总线连接到底层硬件设备，并将硬件设备的信息采集到系统中。4.3.3数据处理模块将采集到的数据以一定规则处理，并打包成一定格式的字符串，通过网络通信模块发送到服务器。4.3.4在数据采集模块及网络通信模块中，具有参数设定模块，用于设定连接到的硬件设备及服务器参数。4.4网络交互层4.4.1网络交互层应包括：a)以太网口；b)交换机；c)路由器；d)无线网络；e)防火墙等。4.4.2网络层应利用TCP/IP、FTP、HTTP等通信协议实现数据交互。4.5数据管理层4.5.1数据管理层以服务器为主，应包括：a)数据库；b)网络传输系统；c)数据管理系统等。4.5.2数据采集层采集到的数据通过网络交互层传输到数据管理层中，网络传输系统接收到信息之后，将数据传输给数据管理系统进行数据处理，并将处理好的信息储存在数据库中。4.5.3当应用层向服务器请求数据的时候，数据管理层将数据发送到应用层，供应用层调用。4.6应用层应用层主要为软件层。应用层通过网络交互层与数据管理层连接，向数据管理层请求数据，并将数据分析处理，使数据实现一定的功能。55SCADA平台搭建要求5.1SCADA平台组成5.1.1SCADA平台应具有对企业范围内各类多源异构数据的采集、建模、处理和转发等基本功能，以及可视化监控、高级数据分析和定制化应用开发等高级功能。5.1.2SCADA平台如图4所示，主要包括：图4数据采集与监视控制平台a)数据建模工具；b)可视化组态工具；通信接口管理；数据采集服务；对象模型服务；开放数据服务；规则引擎；h)计算引擎；工作流引擎；5.2SCADA采用OPCUA架构5.2.1SCADA采用OPCUA统一架构进行信息建模、服务封装和对象交互，构建出一个分布、6开放、可扩展的生产管理级平台。5.2.2应支持开发各种生产运营模块并插接到平台上运行，共同实现生产数据的全面融合及各项管控功能的无缝集成，并支持分期建设和持续改进。5.2.3OPCUA框架包括模型的发现、注册、交互及安全机制，实现模型的动态加载、即插即工作、请求-响应模式通信、发布-订阅模式通信以及事件处理机制。5.2.4OPCUA用于集成符合OPCUA规范的各类硬件和软件，如传感器、执行器、控制器、MES、ERP等。5.3SCADA部署方式5.3.1SCADA中的各功能组件之间也是通过统一的OPCUA实现数据交换、消息传递与互操作，具有跨平台、松耦合的特点。5.3.2根据系统规模和现场实际情况，SCADA平台中的各个功能组件应可以集中部署到一台计算机上，也可以分散部署到多个物理或虚拟计算机上，充分体现出按需部署、灵活机动的特点。5.4基于OPCUA的信息安全机制5.4.1信息通信安全是互操作性的基础，OPCUA安全机制基于互联网标准，包括用户身份验证、签名消息和加密用户数据。5.4.2为实现互联网数据交换，OPCUA应支持基于TCP的OPCUA二进制协议，可有效地通过防火墙，消息可以通过HTTP或其他端口转发。5.4.3OPCUA支持可配置的超时、自动错误检测和恢复机制，以防止数据丢失，提高系统可用性系统。6SCADA数据交换要求6.1OPCUA或者OPC协议如果设备采用工控机或者高档PLC，通常支持OPCUA或OPC协议，则可以直接通过以太网接口与SCADA系统之间进行数据交换。6.2通用工业以太网通信协议如果设备中的PLC或其他控制器具有以太网接口，则一般都支持某种常见的工业以太网协议，可以直接通过以太网接口按照相应协议与SCADA系统之间进行数据交换。6.3通用工业总线通信协议如果设备中的PLC或其他控制器只有RS485、RS232或者CAN接口，则一般会支持某种工业总线协议，可以直接以总线方式接入SCADA系统，或者将总线转换为工业以太网再接入SCADA系统。76.4其他外部设备和系统的数据交换6.4.1如果设备有PLC或控制器，但无通讯接口。需要在PLC或控制器上加装通信模块，将需要的数据通过通信模块接入到SCADA系统。6.4.2设备无PLC和控制器，需要加装PLC进行数据采集，再接入SCADA系统。6.4.3设备采用私有通信协议，需要为SCADA定制开发相应的协议解析程序实现数据交换。6.4.4对于工厂中必须单独建设的各种子分系统，如MES、WMS、AGV系统、视频监控系统、语音广播系统、人员定位系统、门禁系统和网管系统等，一般采用软件接口的方式接入到SCADA，实现数据交换和系统联动。6.4.5SCADA系统应通过开放数据服务组件，以OPCUA、OPC、WebService、RESTful、MQ、API等多种方式对外提供数据访问和集成服务，供第三方系统从SCADA获取数据和触发联动。7数据采集及整合要求7.1生产设备数据采集7.1.1对于每台单体设备，需要整理出设备所能采集到的数据清单，如温度、压力等，与工艺点结合总结出每个工艺位置所能采集到的数据，确认哪些数据缺失需要增加。7.1.2对于生产设备数据，SCADA系统应能够进行实时监控，对于异常情况进行记录并报警。设备运行画面实时显示出现的报警信息，并指导工作人员进行故障处理。7.2SCADA系统整合7.2.1应能够整合各公用工程系统和单机设备的数据，统一存放至历史数据库，便于SCADA系统日后的数据分析，历史数据库应存放至少3年。7.2.2覆盖全厂的SCADA系统应能够通过统一的用户界面，访问到所有接入系统的数据点，并对有需要的点进行历史数据保存和实时数据报警。8SCADA系统功能要求8.1综合监控要求8.1.1SCADA系统数据采集首先要解决不同厂家的PLC、DCS及其他仪器仪表设备的通信协议转换和联网问题，可采用Ethernet/IP总线基于TCP/IP的开放协议，解决工厂级的设备通信以及未来设备扩容问题，所有设备按照Ethernet/IP总线协议接入SCADA系统网络。8.1.2SCADA系统应可以直接从设备PLC的以太网接口中获取工艺数据和报警信息，也可以从设备所配备的上位PC机中通过OPC的方式获取数据。8.2组态软件要求8.2.1上位机监控组态软件应支持多语言环境，可在运行中自由切换运行画面语言环境。8.2.2组态软件应可方便地组态标准显示画面，包括设备流程画面、报警画面、趋势组画面、数据总览等。88.3趋势显示要求8.3.1SCADA系统应能够实时记录生产运行中的工艺参数数据，如温度、湿度、压力、电流、频率等，并实时存档于计算机硬盘中，便于查询。8.3.2工艺参数的历史记录应保留3年以上，并可将数据导出到其他存储介质。8.3.3历史数据应可以进行回溯，便于查找问题；应可以快速定位需要的时间段；应可以通过数据分析工具进行均值、极值、方差等统计分析。8.4报警功能要求8.4.1SCADA系统应能够集合车间所有设备的关键报警信息，并进行集中存档，利于车间管理层对车间整体设备情况的把握。8.4.2报警记录应存档于计算机中，方便检索。并保存3年以上的历史记录，支持数据导8.4.3报警记录应可以设置优先级别，保证最重要的报警信息能够优先显示。8.5审计追踪功能要求为了满足对操作安全的要求，操作人员的登录退出信息，设定或更改参数、报警应答及更改安全配置等活动，应能够被跟踪记录，车间管理人员对异常操作可进行追溯，以便检查并发现问题。8.6生成报表功能要求8.6.1SCADA系统包括历史实时数据库、过程数据分析工具、过程可视化组态工具和报表软件，实现包括数据集成（自控系统、专用管理软件、手工录入）、长期存储、数据过滤和压缩、数据分析（计算、统计、比较）、报表展示等功能。8.6.2报表展示应能够支持Excel、PDF等格式，可支持IE浏览器查询。8.6.3SCADA系统应能够快速查看和使用预先组态的报表，包括报警和时间报表、装置和设备报表、批次和产量运行报表等。8.7显示系统功能要求8.7.1智控室大屏幕上应能够实时显示车间所有设备的运行画面，直观反映各生产岗位的运行状态。8.7.2工艺自控系统、操作人员信息及视频系统的集成开发，应能够实时显示在大屏幕上，实现车间信息的整合。8.7.3车间摄像头画面也应能够在大屏幕上显示，实现静态数据和动态画面的统一。8.8备份及恢复功能要求8.8.1组态软件应具有自动备份功能，当系统或程序出现故障时可以随时恢复备份系统。8.8.2历史记录应保存在本机及网络中的两个不同位置，并能够通过移动介质随时拷贝导98.8.3历史记录应保存3年以上，并可根据工艺需要进行时间延长。8.8.4项目完成时，应配置Ghost一键恢复备份系统，保存当前正常状态，一