基于智能工厂设备信息数据采集系统的开发和应用

PAGE53基于智能工厂设备信息数据采集系统的开发和应用摘要我国推行实施中国制造2025的发展战略，建立基于工厂设备信息数据采集管理系统的车间级智能生产单元，提高精准制造、敏捷制造能力。利用产品的智能装置实现与数据采集管理系统的互联互通，支持产品的远程故障诊断和实时诊断等服务，因而对于智能设备信息数据采集的管理系统的开发显得尤为重要，制造业智能工厂的需求,对生产设备运行状态的数据采集进行研究与开发。首先,论文分析智能工厂对数据采集系统的需求,在硬件设备基础上，并建立了面向智能工厂的数据采集与远程监控系统的总体框架。在此基础上,对制造车间中的数控机床、工业机器人以及传感器类设备等三类典型设备的状态数据采集技术,并为此设计了设备数据Redies和scada结合的采集管理系统。其次,对于数据在采集端、服务器端、客户端之间的通信方法,完善成整体系统。最后,基于华中数控机床、工业机器人、传感器设备等三类设备组成的智能车间实验系统,对所开发的设备数据采集与管理系统进行了实验验证。关键词智能设备、数据采集、Redies、SCADA、采集管理系统目录TOC\o"1-3"\u摘要 I引言 1一、智能工厂设备信息数据采集管理系统开发 2（一）设备硬件及产线网络概述 21.工业机器人网络布局及连接.. 22.流水线传感设备网络布局及连接 23.数控机床网络布局及连接 34.关于组建存放数据信息的服务器 3（二）信息数据采集管理系统软件开发 31.基于SCADA系统设备连接的监控 32.基于REDIES开发数据信息采集系统 4二、信息数据采集管理系统软硬件配合测试 311.软硬件通讯测试 312.设备状态更新与数据采集监测状态实时更新测试 313.数据采集系统向硬件设备发送指令与设备反馈测试 324.整体长时间运行系统解决系统软件BUG 32三、智能工厂设备信息数据采集管理系统应用 341.开启数据适配器 342.开启系统运行操作 403.生产过程的远程数据采集分析和故障监测诊及采集数据报表分析输出 41四、形成数据采集管理系统云平台可登录测试应用 431.创建车间 432.添加机床设备 453.依靠第三方平台实现采集管理系统可在手机APP监测 484.拓展应用与研究 49结束语 51参考文献 52致谢 53 引言企业发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间，侧重从单台设备自动化和产品智能化入手，基于生产效率和产品效能的提升实现价值增长。因此其智能工厂建设模式为：主要是推进生产设备（生产线）智能化，利用工业以太网将单元级的传感器、工业机器人、数控机床，以及各类机械设备与车间级的柔性生产线总控制台相连，利用以太网将总控台与企业管理级的各类服务器相连，再通过互联网将企业管理系统与产业链上下游企业相连，打通了产品全生命周期各环节的数据通道，实现了生产过程的远程数据采集分析和故障监测诊断。从广义上来看，智能工厂是以制造为基础，向产业链上下游同步延伸，涵盖了产品全生命周期智能化实施与实现的组织载体。全球各主要经济体都在强力推进制造业的发展，许多优秀制造企业都开展了智能工厂建设实践，他们的信息数据采集系统也发展迅速，能够远程操控，大大提高了时间和空间的限制。本文主要探讨智能工厂在组建设备信息采集系统的实践研究案例，基于本人参与东莞某工厂智能化生产车间的建设，设备调试过程感悟，以国产华中数控系统和工业机器人及车间的传感设备通过网络连通采集设备状态数据，重点介绍设备系统信息数据采集系统的研发调试及应用，以及功能拓展达到预期效果的论证。数据采集信息管理系统的设立能够带动管理提升，提高管理效率。因而构建了完善的信息管理系统，例如本论文讨论的Redies与Scada信息采集系统，对信息源进行了识别与开发，建立了由ERP、PLM、WMS、SCM、MES、EHR、OA等应用系统所组成的信息收集、整合、分析和共享的IT平台，配置先进的硬件设施，制定了信息建设规划，为物流、生产、营销、人事、财务、办公等企业主要业务领域提供了信息支持，建立了产品数据库，通过公司局域网、互联网、企业网站、ERP系统及OA系统保证信息传递的及时性，同时能保证及时了解国际相关行业技术发展的最新信息，确保研发工作顺利进行。一、智能工厂设备信息数据采集管理系统开发智能工厂机信息数据采集系统强调人机之间具备互相协调合作关系，各自在不同层次之间相辅相成，规模化应用工业机器人、数控装备、智能检测、智能搬运、智能采集等智能装备，本次论文基于本人参与的东莞某智能工厂建设。工厂概况为国产数控，国产机器人以及国产的数据采集管理软件，全厂包括10条生产线，每条生产线由20台数控机厂（CNC）和10台工业机器人以及流水线传感器设备组成。主要数据采集系统需要实现对车间机器人和机床的实时状态监控，生产数量、产品质量、以及报表分析等实现显示和调控。（一）设备硬件及产线网络概述设备系统采用华中8型数控系统，每台设备分配一个IP，工业机器人也分配对应IP地址，通过交换机以每条产线为单位组建产线服务器，再组建10条产线的总控系统和总服务器。传感器设备主要基于无线RFID(无线射频识别技术)进行数据交互。工业机器人网络布局及连接对10条产线线体进行分编号为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、以A线为例分配A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10号机器人IP从至0以B线为例分配B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10号机器人IP从至0…流水线传感设备的网络布局及连接传感器设备主要为料仓设备，产品在数控机床内加工完，机器人负责上下料的操作，将加工完的产品放置料盘，然后料盘在流水线上流动，通过RFID进行数据识别，将数据传输到采集系统，实现对产品数量的监控。主要说明和工作原理如下：无线射频识别即射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，RFID），是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线识别方式对记录媒体（射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。

无线射频识别技术通过无线电波不接触快速信息交换和存储技术，通过无线通信结合数据访问技术，然后连接数据库系统，加以实现非接触式的双向通信，从而达到了识别的目的，用于数据交换，串联起一个极其复杂的系统。在识别系统中，通过电磁波实现电子标签的读写与通信。3.数控机床网络布局及连接对10条产线线体进行分编号为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、以A线为例分配A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18、A19、A20号数控机床IP从1至0以B线为例分配B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10B11、B12、B13、B14、B15、B16、B17、B18、B19、B20号数控机床IP从1至0… 4、基于组建存放采集信息的数据服务器服务器组建选取硬盘的IO是数据库成败的关键。因为工作原理是，首先要将数据从硬盘读取出来，写入内存，然后cpu才开始进行计算。如果硬盘读取太慢，那么cpu和内存都要歇凉等着硬盘读完了，才能操作。经过很多年的发展，cpu和内存都性能提升了，这种硬盘性能和稳定性都很成熟了，IOPS（IO每秒）性能可以达到10000左右，15000转

SAS硬盘只有150，7200转SATA有70左右，性能非常好，但是容量比较低，数据库需要较大容量，所以是做数据库首选。组建信息采集数据服务器，对服务器性能的选取十分重要。信息数据采集管理系统软件开发1.基于SCADA系统设备连接的监控利用SCADA采集数据利用SCADA采集数据实现的技术方案简述如下图：图3利用SCADA采集数据（1）图4利用SCADA采集数据（2）2.基于redies开发数据信息采集服务器下面对配置环境和相关软件包运行操作进行描述。软件包使用华中数控资源代码。1运行环境配置1.1HncWebPackage包含文件1.2操作系统win7或win7以上操作系统；1.3安装.Framework4.6以上版本如果系统不具备.Framework4.0环境，请进行安装。进入Framework_win文件夹，双击6.1NDP46-KB3045557-x86-x64-AllOS-ENU，按照默认选项依次安装，直接点击下一步，无任何修改。如若第一个文件安装失败，一次尝试安装上图四个程序。如若安装一直不成功，可能原因系统已具备.Framework4.0或以上环境。1.4安装Redis以上版本如果系统未安装Redis，请依次安装Redis。首先安装Redis-x64-3.2.100，请记录安装位置。默认安装位置为C:\ProgramFiles\Redis；再安装客户端redis-desktop-manager-84。安装过程无特别操作，全部默认选项。打开Redis-x64-3.2.100的安装位置，默认安装位置为C:\ProgramFiles\Redis，用上图中的redis.windows-service.conf替换安装位置中的同名文件。1.5安装chrome浏览器，全部默认选项安装。2安装数据库及导入数据库文件2.1安装Postgresql服务选择postgresql-9.4.4-3-windows-x64.exe，全部默认选项安装。2.2安装管理器pgadmin4-1.5-x86.exe右击pgadmin4-1.5-x86.exe文件，选择以管理员身份运行开始执行程序的安装设置安装目录设置数据的保存目录设置数据库管理员密码，请牢记此密码。推荐设置为123设置端口号，选择默认的端口号即可根据自己选择设置地区：这里选择中国正式安装完成安装2.3PostgreSQL的启动确认打开控制面板-找到管理工具-服务检查服务对话框PostgreSQL的状态，若为开始，则表示它已经正常启动了。2.4数据库文件导入将hncDB.backup文件拷贝至本机，记住其位置。（2）数据库安装后默认数据库名为postgres，右键选择“恢复”。如下图弹出框选择备份数据库文件（上述拷贝位置），选择“恢复”。可能会出现类似“无反应”现象，正常，需要耐心等待。恢复完成恢复完成后打开如图显示3服务器IIS配置3.1将文件夹hncweb拷贝到本机，并记录其位置。3.2首先是安装IIS。打开控制面板，找到“程序与功能”，点进去3.3点击左侧“打开或关闭Windows功能”3.4找到“Internet信息服务”，按照下图打勾即可1.win7版本比对win10版本比对windows服务器版本比对等待安装完成3.5安装完成后，再回到控制面板里面，找到“管理工具”，点进入3.6双击“Internet信息服务(IIS)管理器”如果经常需要使用IIS的朋友，建议鼠标指到“Internet信息服务(IIS)管理器”上，右键--发送到--桌面快捷方式，这样就能从桌面进入IIS，而不用每次都点控制面板。IIS界面：3.7选中“网站”，右键选择“添加网站”其中物理路径选择本机上的hncweb文件夹，网站名称设置为hncweb，其它名也可以。点击确定。IP地址选择“全部未分配”，端口改为8801.3.8一次选择选择“应用程序池”，选择hncweb，再点击右边的高级设置。3.9在弹出来的高级设置中，更改成如下两项，如下。3.10回到IIS，单击右侧的“绑定...”，选中你要绑定的网站，点“编辑”IP地址“全部未分配”，然后修改端口号8801；忽视图中的端口号。3.11修改本地hncweb的配置文件如果上述全部设置为推荐设置，则不用配置下一项，打开本地的hncweb文件夹，找到web.config并右键记事本打开。找到“pgData”和“pgProvider”两项。其中DATABASE为数据库名称（上述为postgres），USERID为用户名（上述安装为postgres），PASSWORD为用户密码（上述推荐为123）。3.11命令行操作以管理员身份启动cmd；在c:\windows\system32下找到cmd.exe，右键管理员启动；输入如下命令并回车%windir%\system32\inetsrv\appcmdunlockconfig-section:system.webServer/handlers3.输入如下命令并回车%windir%\system32\inetsrv\appcmdunlockconfig-section:system.webServer/modules4.输入如下命令并回车C:\WINDOWS\Microsoft.NET\Framework\v4.0.30319\aspnet_regiis.exe-i3.12回到IIS，右键选择管理网站下的浏览即可启动网站。4采集器文件设计及开启4.1本部分机床数据采集器为Release版本将Release文件夹复制到本地，在文件夹Release下找到DataCollection.exe.config文件，右键记事本打开。修改为采集器的IP与本机一致，以及访问的web服务器IP地址及端口号一致。localhost:8801.保存。4.2运行RedisDataCollection.exe文件注：运行exe文件前，确保iis服务器已启动。出现机床连接成功，获取机床列表成功则为成功。二、信息数据采集管理系统软硬件配合测试。软硬件通讯测试。设备状态更新与数据采集系统监测状态实时更新测试。3、数据采集系统向硬件设备发送指令与设备反馈测试4、整体长时间运行系统解决系统软件BUG三、智能工厂设备信息数据采集管理系统应用开启数据采集系统适配器把RedisDataAgent采集器包复制到工控机；打开Redis客户端，并双击此工控机的数据库，出现db下拉列表。如果不存在此工控机数据库，则新建连接。3.根据db中的IP值，与云平台上的机床信息对应上，并将：（1）如下db1中的IP为，在云平台中找到对应ip的机床，将云平台上机床的IP也改为；同时，将对应的db中“Machine”的值填入平台上“机床序列号中”（点击机床后“修改”进入）。机床采集器编码选相应的，一般和生产线相对应，此处的采集器编码需要与采集器配置文件中的“AgentCode”编码值一致。点击最下方“更新”即可。将该线所以机床和对应的db都这样操作。如果db中存在的ip在云平台中没有，则添加新机床。5.设置云平台采集器配置。（1）打开配置文件。在工控机上，打开“RedisDataAgent”文件夹中的“RedisDataCollection.exe.conf”文本文件。（2）修改配置文件。需要修改两处。a.修改“AgentCode”为相应的采集器编号，需要和云平台上机床设置保持一致。如之前云平台中该产线的采集器编号设置为“nerc108”，则此处也需设为“nerc108”。b.修改"Redis_Host"为此工控机的IP，可设为工控机本地IP或redis服务中的redislocalip。设置完成后保存文件。6.修改本工控机Redis配置，找到Redis服务安装目录，打开“redis.windows-service”配置文件。查找“ADVANCEDCONFIG”（ctrl+F打开查找），将上方的notify-keyspace-events后面引号中加上”AKE”三个字母。保存，重启计算机。开启软件启动云数控数据采集服务。(二)开启系统运行操作5.1用chrome输入网址http://localhost:8801用户名：test密码：123456hnc（三）生产过程的远程数据采集分析和故障监测诊及采集数据报表分析输出

四、形成数据采集管理系统云平台与电脑可登录测试应用创建车间使用谷歌浏览器打开云平台，选择基础数据=》工厂组织结构，点击“创建车间”。完善车间信息，点击下方“创建”。给车间添加新的机床进入基础数据=》机床管理，选择一台相似机床（基本随意选择即可），点击右方“修改”。进入修改机床界面，选择“复制机床”。修改机床信息需要修改的如下图五处：机床ID： 自己定义，可用地方命名，要求英文，全大写。机床序列号： 填写总控上DC运行时，对应机床的SN中的序列号。(如dc运行图)机床IP地址： DC运行时，对应机床的IP号。所属车间： 选择上面刚创建的车间。数据采集服务编码： 选择”nerc104”（先选择车间后再操作此项）依靠第三方平台实现采集管理系统可在手机APP监测。拓展应用与研究。从智能制造生产单元（装备和产品）到智能工厂。在机械、汽车、航空、船舶、轻工、家用电器和电子信息等离散制造领域，企业发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间，侧重从单台设备自动化和产品智能化入手，基于生产效率和产品效能的提升实现价值增长。因此其智能工厂建设模式为：一是推进生产设备（生产线）智能化，通过引进各类符合生产所需的智能装备，建立基于CPS系统的车间级智能生产单元，提高精准制造、敏捷制造能力。二是拓展基于产品智能化的增值服务，利用产品的智能装置实现与CPS系统的互联互通，支持产品的远程故障诊断和实时诊断等服务；三是推进车间级与企业级系