CN103389654A - 一种生产设备的植入转发式数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产设备的植入转发式数据采集方法，包括以下步骤：1、嵌入式信息代理终端进行植入计时；2、开始计时后，嵌入式信息代理终端进入通信转发步骤；接收主控制器针对该转发通信返回的应答通信数据，并对其进行处理，以提取出A类数据并将该应答通信数据转发给人机界面；3、植入计时时间达到预设时间前，保持执行步骤二；植入计时时间达到预设时间时，嵌入式信息代理终端进入通信植入步骤，以提取出B类数据；4、嵌入式信息代理终端完成通信植入步骤后，将植入计时时间清零并转到步骤一。本发明能够全面对具有人机界面的生产设备进行工作状态数据采集，并且对生产设备的硬件改造小，适于大规模应用。

Description

一种生产设备的植入转发式数据采集方法

技术领域

本发明涉及一种生产设备的植入转发式数据采集方法，

背景技术

在十二五规划“工业转型升级的重点任务”章中的“加强企业技术改造”和“提高工业信息化水平”小节均提到：推动生产设备数字化和生产过程智能化，这成了“十二五”专项工程之一。生产设备智能化水平的提高，能够提升设备制造业的产能，促进老旧企业的技术升级改造，助推数字化制造，增强了传统企业的竞争力。

据国内制造业信息化门户权威网站调研数据显示：信息化软件与生产设备融合，即要把机床、生产线、关键设备的状态信息、产量、质量、能耗等信息进行及时准确的采集，是两化深度融合的关键标志之一。

然而，国内生产设备数字化水平不高，主要是由于制造型企业尤其是国有企业和工艺成熟的行业为了保护投资，不会轻易淘汰尚能使用的设备，而这些设备种类多、品牌杂、新老并存，设备的协议与接口种类差别很大，通信接口之间兼容性差，很大部分设备没有数据通信接口，这些情况给数据采集工作增加了很大难度。因此，市面上现有的信息化软件产品与设备层的集成还很薄弱，系统缺乏生产现场有效实时信息支持，即停留在手工记录上，操作效率低，数据的准确性差，数据处理速度慢，难于及时了解生产状态及生产能力，更不能快速为企业管理决策提供依据。

通常，通过采用对已有生产设备进行信息化升级改造来对其实现状态信息、产量、质量、能耗等数据的采集，以提高生产设备的数字化水平。并且对已有生产设备进行信息化技术改造具有以下特点：

第一，针对性强：企业的生产设备技术改造，一般是由设备使用单位与设备管理部门协同配合，确定技术方案，进行设计改造。这种做法有利于充分发挥他们熟悉生产要求和设备实际情况的长处，使设备技术改造密切结合企业生产的实际需要，所获得的技术性能往往比选用同类新设备具有更强的针对性和适用性；

第二，经济性好：生产设备技术改造可以充分利用原有设备的基础部件，比采用设备更新的方案节省时间和费用。此外，进行设备技术改造常常可以替代设备进口，节约外汇，取得良好的经济效益；

第三，现实性大：一个国家所拥有的某种设备总量，总是远大于年产这种设备的能力。比如我国拥有的金属切削机床的总量约为400万台，而全国每年机床的产量不过是15～20万台左右。即使把每年生产的新机床全部用来更换原有的机器，轮完一遍也需要20年。这就是说，没等原有设备全部更换完毕，初期更新的设备又早已陈旧不堪了。可见，单靠设备更新这种方式显然难以满足企业发展生产的要求。因此，采用设备技术改造具有很大的现实性。

由此可见，应用先进的科学技术成果对原有设备进行技术改造，并非一种权宜之计，而是与设备更新同等重要的补偿设备无形磨损并提高设备技术水平的重要途径。

已有生产设备可以分为以下几种情况：

第一种情况：自带数据通信接口，具备通用、开放通信协议的生产设备；

第二种情况：自带数据通信接口，无通用、开放通信协议的生产设备；

第三种情况：无数据通信接口，具有人机界面（即Human Machine Interface，简称HMI）控制的生产设备；

第四种情况：无数据通信接口，无人机界面控制的生产设备。

现有技术中，针对上述第三种情况的生产设备，主要有以下两种信息化升级改造方式，并且它们自身均存在难以克服的缺点：

（1）硬件信号点监控方式：通过在生产设备中新增传感器，对设备的信号点进行数据采集。

该硬件信号点监控方式存在以下不足：

由于该方式对生产设备来说属于侵入式的改造方式，对设备硬件本身影响大，并且该方式采集的数据非常有限，并不能获取全部所需的数据，而且，几乎每个生产设备的信号点均需要增加相应的传感器，实现成本高，仅适用于小批量的生产设备改造。

（2）侦听方式：如图1所示，通过分析生产设备的主控制器与人机界面之间的通信协议，由嵌入式信息代理终端对主控制器与人机界面之间正在通信的数据进行侦听收集。

该侦听方式存在以下不足：

该侦听方式只能收集正在通信的数据，而不能随时获得未通信的数据，更不能随心所欲地控制生产设备，仅适合部分生产设备改造。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产设备的植入转发式数据采集方法，能够全面对具有人机界面的生产设备进行工作状态数据采集，并且对生产设备的硬件改造小，适于大规模应用。

本发明的目的是通过以下的技术措施来实现的：

一种生产设备的植入转发式数据采集方法，所述生产设备具有主控制器和人机界面，其特征在于：所述主控制器与人机界面之间的通信通过嵌入式信息代理终端完成，所述的数据采集方法包括以下步骤：

步骤一，嵌入式信息代理终端进行植入计时；

步骤二，开始计时后，嵌入式信息代理终端进入通信转发步骤，包括：

接收所述人机界面主动发送的请求通信数据，并转发给所述主控制器；

接收所述主控制器针对该转发通信返回的应答通信数据，并对其进行处理，以提取出A类数据并将该应答通信数据转发给所述人机界面，其中，所述A类数据为传输在主控制器与人机界面之间并需要采集的生产设备工作状态数据；

步骤三，所述植入计时时间达到预设时间前，保持执行步骤二；

植入计时时间达到预设时间时，嵌入式信息代理终端进入通信植入步骤，包括：

自动产生向所述主控制器请求发送B类数据的请求通信数据，以所述人机界面主动发送的请求通信数据的数据格式封装并发送给所述主控制器，其中，所述B类数据为除A类数据外的生产设备工作状态数据；

接收所述主控制器针对该植入通信返回的应答通信数据，并对其进行处理，以提取出所述B类数据；

步骤四，嵌入式信息代理终端完成所述通信植入步骤后，将所述植入计时时间清零并转到步骤一。

为了提高本发明的可靠性，作为本发明的一种改进，所述步骤三中的通信植入步骤还包括：嵌入式信息代理终端发送请求通信数据的同时进行应答计时，若超时未接收到完整的主控制器返回的应答通信数据，则嵌入式信息代理终端重新发送请求通信数据并进行应答计时，若在时限内接收到完整的主控制器返回的应答通信数据，则嵌入式信息代理终端对接收到的应答通信数据进行处理。

作为本发明应答通信数据处理步骤的优选实施方式，所述步骤二和步骤三中，嵌入式信息代理终端对应答通信数据的处理包括以下步骤：嵌入式信息代理终端对接收到的应答通信数据进行帧格式解析，以判断应答通信数据中是否包含A类或者B类数据；若为否，则直接将该应答通信数据转发给所述人机界面；若为是，则先将应答通信数据中的A类和B类数据提取出来并保存，再将该应答通信数据转发给所述人机界面。

作为本发明的一种改进，所述的数据采集方法还包括以下步骤：

步骤五，在生产设备上电开始工作时，以侦听方式对所述主控制器和人机界面之间的A类数据进行采集，并在波特率自适应完毕后，再自动转到步骤一。

作为本发明的一种改进，所述的数据采集方法还包括以下步骤：

步骤六，嵌入式信息代理终端定时将保存的A类和B类数据按预设格式封装并发送给PC端。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在生产设备的主控制器和人机界面之间设置嵌入式信息代理终端，使主控制器与人机界面之间的通信通过嵌入式信息代理终端转发完成，并通过嵌入式信息代理终端向主控制器植入发送请求通信数据，以全面采集需要采集的生产设备工作状态数据，包括A类和B类数据，并且也能通过嵌入式信息代理终端对主控制器进行参数设置，因此，本发明仅需对生产设备进行非侵入式改造，即能在不影响生产设备工作性能和设备供应商服务政策原则的情况下，自动采集到全面、丰富的生产设备工作状态数据，并具有高通用性和可靠性，对生产设备的硬件改动小、实施成本低，本发明适于大批量应用在无数据通信接口但具有人机界面的生产设备上。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为现有技术中侦听方式的数据采集方法的原理框图；

图2为本发明的植入转发式数据采集系统的原理框图；

图3为本发明的嵌入式信息代理终端的核心板原理框图；

图4为本发明的嵌入式信息代理终端的接口扩展板原理框图；

图5为本发明的植入转发式数据采集方法的流程框图；

图6为本发明步骤二中通信转发步骤的流程框图；

图7为本发明步骤三中通信植入步骤的流程框图；

图8为本发明步骤二和步骤三中应答通信数据处理步骤的流程框图；

图9为本发明中请求通信数据的数据格式举例；

图10为本发明中应答通信数据的数据格式举例。

具体实施方式

如图2所示，本发明的生产设备的植入转发式数据采集方法应用于具有主控制器和人机界面的生产设备，并且本发明的数据采集方法基于植入转发式数据采集系统实现，该系统包括嵌入式信息代理终端，生产设备的主控制器和人机界面的相应接口分别通过RS232串口线与嵌入式信息代理终端的相应端口连接，即主控制器与人机界面之间的通信通过嵌入式信息代理终端完成。其中，如图3和4所示，本发明的嵌入式信息代理终端由核心板和接口扩展板组成，其中，核心板采用目前主流的ARM核处理器，其支持vxWorks和Linux的软件系统。

如图5所示，本发明的生产设备的植入转发式数据采集方法包括以下步骤：

步骤一，嵌入式信息代理终端进行植入计时。

步骤二，参见图6，开始计时后，嵌入式信息代理终端进入通信转发步骤，包括：

接收人机界面主动发送的请求通信数据，并转发给主控制器，其中，请求通信数据的数据格式如图9所示；

接收主控制器针对该转发通信返回的应答通信数据，并对其进行处理，以提取出A类数据并将该应答通信数据转发给人机界面，其中，应答通信数据的数据格式如图10所示，尾码即为应答结果，例如应答结果的值为00即表示正常完成，其它值表示不同错误；A类数据为传输在主控制器与人机界面之间并需要采集的生产设备工作状态数据。

步骤三，植入计时时间达到预设时间前，保持执行步骤二；

植入计时时间达到预设时间时，参见图7，嵌入式信息代理终端进入通信植入步骤，包括：

自动产生向主控制器请求发送B类数据的请求通信数据，以人机界面主动发送的请求通信数据的数据格式，即如图9所示的数据格式封装并发送给主控制器，同时，进行应答计时；其中，所述B类数据为除A类数据外的生产设备工作状态数据；

根据接收到的应答通信数据的应答结果部分判断其是否完整，若超时未接收到完整的主控制器返回的应答通信数据，则嵌入式信息代理终端重新发送请求通信数据并进行应答计时，若在时限内接收到完整的主控制器针对该植入通信返回的应答通信数据，则嵌入式信息代理终端对接收到的应答通信数据进行处理，以提取出B类数据。

参见图8，上述步骤二和步骤三中，嵌入式信息代理终端对应答通信数据的处理包括以下步骤：嵌入式信息代理终端对接收到的应答通信数据进行帧格式解析，以解析出应答通信数据的命令类型，判断应答通信数据中是否包含A类或者B类数据；若为否，则直接将该应答通信数据转发给人机界面；若为是，则先将应答通信数据中的A类和B类数据提取出来并保存，再将该应答通信数据转发给人机界面。

步骤四，嵌入式信息代理终端完成通信植入步骤后，将植入计时时间清零并转到步骤一。

另外，本发明的生产设备的植入转发式数据采集方法还可通过增设以下步骤，以提高本发明的可靠性：

在生产设备上电开始工作时，以侦听方式对主控制器和人机界面之间的A类数据进行采集，并在波特率自适应完毕后，再自动转到步骤一。

对于保存在嵌入式信息代理终端中的数据，本发明还提供了以下获取方法：

本发明的植入转发式数据采集系统增设PC端，嵌入式信息代理终端的相应端口通过RJ-45以太网线与PC端连接。本发明通过上述步骤获取到A类和B类数据后，嵌入式信息代理终端可以定时将保存的A类和B类数据按预设格式封装并发送给PC端。

本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种生产设备的植入转发式数据采集方法，所述生产设备具有主控制器和人机界面，其特征在于：所述主控制器与人机界面之间的通信通过嵌入式信息代理终端完成，所述的数据采集方法包括以下步骤：

步骤一，嵌入式信息代理终端进行植入计时；

步骤二，开始计时后，嵌入式信息代理终端进入通信转发步骤，包括：

接收所述人机界面主动发送的请求通信数据，并转发给所述主控制器；

接收所述主控制器针对该转发通信返回的应答通信数据，并对其进行处理，以提取出A类数据并将该应答通信数据转发给所述人机界面，其中，所述A类数据为传输在主控制器与人机界面之间并需要采集的生产设备工作状态数据；

步骤三，所述植入计时时间达到预设时间前，保持执行步骤二；

植入计时时间达到预设时间时，嵌入式信息代理终端进入通信植入步骤，包括：

自动产生向所述主控制器请求发送B类数据的请求通信数据，以所述人机界面主动发送的请求通信数据的数据格式封装并发送给所述主控制器，其中，所述B类数据为除A类数据外的生产设备工作状态数据；

接收所述主控制器针对该植入通信返回的应答通信数据，并对其进行处理，以提取出所述B类数据；

步骤四，嵌入式信息代理终端完成所述通信植入步骤后，将所述植入计时时间清零并转到步骤一。

2.根据权利要求1所述的生产设备的植入转发式数据采集方法，其特征在于：所述步骤三中的通信植入步骤还包括：嵌入式信息代理终端发送请求通信数据的同时进行应答计时，若超时未接收到完整的主控制器返回的应答通信数据，则嵌入式信息代理终端重新发送请求通信数据并进行应答计时，若在时限内接收到完整的主控制器返回的应答通信数据，则嵌入式信息代理终端对接收到的应答通信数据进行处理。

3.根据权利要求1或2所述的生产设备的植入转发式数据采集方法，其特征在于：所述步骤二和步骤三中，嵌入式信息代理终端对应答通信数据的处理包括以下步骤：嵌入式信息代理终端对接收到的应答通信数据进行帧格式解析，以判断应答通信数据中是否包含A类或者B类数据；若为否，则直接将该应答通信数据转发给所述人机界面；若为是，则先将应答通信数据中的A类和B类数据提取出来并保存，再将该应答通信数据转发给所述人机界面。

4.根据权利要求3所述的生产设备的植入转发式数据采集方法，其特征在于：所述的数据采集方法还包括以下步骤：

步骤五，在生产设备上电开始工作时，以侦听方式对所述主控制器和人机界面之间的A类数据进行采集，并在波特率自适应完毕后，再自动转到步骤一。

5.根据权利要求4所述的生产设备的植入转发式数据采集方法，其特征在于：所述的数据采集方法还包括以下步骤：

步骤六，嵌入式信息代理终端定时将保存的A类和B类数据按预设格式封装并发送给PC端。

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