CN106843125A - 一种生产线数据交换系统 - Google Patents

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段春梅
田钧
黄雄波
刘武萍
冯欣悦
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李江萍
王雪松
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Abstract

本发明公开一种生产线数据交换系统，包括：数采站、PLC控制器、监控系统、数采网络、交换机、以太局域网、数据库服务器、IFIX集控服务器和集控终端，所述数采站、PLC控制器、监控系统通过工业光纤与数采网络连接，所述数采网络通过交换机与以太局域网连接，所述数据库服务器、IFIX集控服务器和集控终端直接与以太局域网连接。本发明提供的生产线数据交换系统具有全新的结构框架、完备的联网集成能力、灵活的应用配置模式、强大的实时信息处理能力、丰富的展现手段，为企业生产过程控制提供高效的应用工具和可靠的信息支撑，实现了实时、准确地采集各现场设备的生产、设备、质量、消耗数据，为企业的各级管理提供了数据服务。

Description

一种生产线数据交换系统
技术领域
本发明涉及车间数据采集、管控技术领域，尤其涉及一种生产线数据交换系统。
背景技术
目前，行业内生产线数据交换系统普遍存在以下几个问题：
一、缺乏整体规划。企业在建设各自动化采集和控制系统时，对整个车间的信息化缺乏整体规划，这主要反映在这些方面：1)设计部署系统时，没有对其信息接口进行清晰的定义，导致部分重要信息缺失，或者无法建立起畅通的信息传递的渠道。2)缺乏规范统一的数据交换规则。众多系统的数据接口杂乱无序，为后续集成制造了巨大的困扰，同时也增加了维护的工作量。3)各系统的功能无序扩张，导致彼此重叠。一方面做了大量重复工作，浪费了人力物力；另一方面系统界限模糊，业务实现繁琐冗杂。4)硬件建设重复浪费。各系统自成体系，在数据存储和后期加工、以及终端配置上均只从本系统的应用需求出发，导致了设备利用率低下。在硬件设施上做了相当程度的重复建设，既增加了厂方的投资成本，又为后续硬件维护增加了工作量和难度。
二、安全防护机制脆弱。目前普遍存在的问题是，在数采终端与原设备之间、数采系统与管理系统之间，缺少可靠、有效的安全防护机制和手段。甚至相当多的企业将数采网络与企业办公管理网络合二为一，没有进行任何程度的隔离，这导致了数采网络和工控终端上病毒肆虐，设备频繁崩溃、重启，严重影响到了生产车间的正常生产。特别是设备原配的工控终端，在这样恶劣危险的网络环境中，相当于是完全裸露在病毒和恶意攻击的面前。这些工控终端价值昂贵、备件稀缺，它们一旦遭受攻击出现故障，将直接导致设备无法启用，给企业造成的损失将无法衡量。
三、集成效率不高。信息的集成是多向的，既有由下而上的信息收集，也有从上至下的信息分解，更有横向的信息贯穿。传统意义上的数采把其主要的功能集中于对主要底层自动化设备的信息采集业务实现，其信息流向在多数情况下只实现了自下而上，导致信息脱节。企业部署这些系统后，往往只能做到“监”，而无法实现“控”；更谈不上多系统联动，只能是各自为政。
四、系统后期维护困难。传统的数采系统在系统框架和结构的设计上，没有遵循模块化设计的原则，缺乏针对不同型号设备的自适应参数设置功能。由于一个企业的车间内，往往存在多种型号和规格的多台设备，所导致的后果中最直接的表现就是：整个系统中存在相当复杂和数量庞大的客户机版本，每台设备的采集程序均需要单独维护和手动设置，车间维护人员苦不堪言。同时，在整个系统中缺乏对客户端程序的不断线远程升级功能，维护人员必须采用移动物理存储介质，将手动设置好的客户端程序，逐台进行更换；而且在更换时，必须退出系统重新启动，这就意味着正常的生产和数据采集活动必须暂时中止。
发明内容
针对现有技术中存在问题，本发明的目的在于提供一种生产数据采集安全全面、车间管理调度方便的生产线数据交换系统。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
一种生产线数据交换系统，包括：数采站、PLC控制器、监控系统、数采网络、交换机、以太局域网、数据库服务器、IFIX集控服务器和集控终端，所述数采站、PLC控制器、监控系统通过工业光纤与数采网络连接，所述数采网络通过交换机与以太局域网连接，所述数据库服务器、IFIX集控服务器和集控终端直接与以太局域网连接。
作为改进地，所述数采网络由若干个光纤交换机组成，各光纤交换机之间通过光纤串联。
作为改进地，所述数采站为15"TFT彩色触摸屏，型号为西门子的SIMATIC PanelIL70，在数采站上安装一块ARCNET网卡PCI20，该网卡通过RG62同轴电缆与生产线设备GD-LAN网络相连，实现设备现场各种数据的实时采集；数采站同时通过以太网卡连接到光纤交换机上，实现与数据库服务器间的数据双向传送。
作为改进地，所述PLC控制器利用本身自带的TCP/IP网络接口直接连接到光纤交换机上，由IFIX集控服务器实现PLC控制器现场数据的实时采集和监控。
作为改进地，所述IFIX集控服务器采取直接读取数据库服务器文件的方式，实现对整个生产线的实时监控与调度。
作为改进地，所述监控系统通过自带的TCP/IP网络接口连接到光纤交换机上，由数据库服务器实现监控系统信息的实时采集功能。
作为改进地，所述监控系统用来采集生产线的物流信息，由数采站构成的数采网和由监控系统构成的现场物流系统网络集成在同一网段上，数采站采集的信息存储在数据库服务器中构成数采数据库，监控系统采集的信息存储在数据库中构成物流数据库，采用数据库接口技术将所需的数据从物流数据库导入到数采数据库中。
作为改进地，所述以太局域网和全厂信息网隔离开，数据库服务器通过防火墙与全厂信息网相连。
作为改进地，所述数据库服务器为两台，都为IBM xSeries X345-L1C服务器，采用磁盘阵列进行双机热备。
作为改进地，所述IFIX集控服务器为一台，信号为IBM xSeries X345-L1C服务器；所述数据库服务器、IFIX集控服务器安装在同一机柜上，并通过UPS电源供电，UPS电源的型号为APC SMART-3000VA/2HOURS；所述集控终端为HP-x4100，配置索尼X93型19吋显示器。
本发明的有益效果是：
一、通过数采网络、以太局域网将各种数采设备和集控设备有机结合在一起，整个生产线数据交换系统具有全新的结构框架、完备的联网集成能力、灵活的应用配置模式、强大的实时信息处理能力、丰富的展现手段，为企业生产过程控制提供高效的应用工具和可靠的信息支撑，建立了一套面向整个生产线的现场设备数据采集系统，实现了实时、准确地采集各现场设备的生产、设备、质量、消耗数据，为委托企业的各级管理提供了数据服务。
二、方便以车间数据采集为基础，建立了一个车间级的生产指挥调度中心。通过对各设备运行情况的实时监控和分析，使得企业管理层能科学、及时地对现场生产进行调度指挥，从而确保企业生产的有序和可控；
三、本系统能非常方便地实现与企业的生产执行系统(MES)、物流系统等其它相关系统的数据集成。
附图说明
图1所示为本发明实施例一提供的生产线数据交换系统结构示意图。
图2所示为本发明实施例二提供的生产线数据交换系统结构示意图。
附图标记说明：
1：数采站，2：PLC控制器，3：监控系统，4：数采网络，5：交换机，6：以太局域网，7：数据库服务器，8：IFIX集控服务器，9：集控终端，10：光纤交换机。
具体实施方式
为方便本领域技术人员更好地理解本发明的实质，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细阐述。
实施例一
如图1所示，一种生产线数据交换系统，包括：数采站1、PLC控制器2、监控系统3、数采网络4、交换机5、以太局域网6、数据库服务器7、IFIX集控服务器8和集控终端9，所述数采站1、PLC控制器2、监控系统3通过工业光纤与数采网络4连接，所述数采网络4通过交换机5与以太局域网6连接，所述数据库服务器7、IFIX集控服务器8和集控终端9直接与以太局域网6连接。
其中，所述数采网络4由若干个光纤交换机10组成，各光纤交换机10之间通过光纤串联，以确保系统的稳定性和可靠性。
所述数采站1选用西门子的SIMATIC Panel IL70(15"TFT彩色触摸屏)。在数采站1上安装一块美国科动公司的ARCNET网卡PCI20，该网卡通过RG62同轴电缆与生产线设备GD-LAN网络相连，实现设备现场各种数据的实时采集。数采站1同时通过以太网卡连接到光纤交换机10上，实现与数据库服务器7间的数据双向传送。
所述PLC控制器2利用本身自带的TCP/IP网络接口直接连接到光纤交换机10上，由IFIX集控服务器8实现现场数据的实时采集和监控；同时，IFIX集控服务器8采取直接读取数据库服务器7文件的方式，实现对整个生产线的实时监控与调度。
所述监控系统3通过系统自带的TCP/IP网络接口连接到光纤交换机10上，由数据库服务器7实现其信息的实时采集功能，使数采网(数采站采集网络)和现场物流系统网络(监控系统采集网络)集成在同一网段上，采用数据库接口技术可以非常方便地将所需的数据从物流数据库导入到数采数据库中。
所述交换机5的型号为CISCO Catalyst 2950T-24。
所述以太局域网6和全厂信息网是隔离的，确保现场的网络安全。数据库服务器7通过防火墙(外加另一网卡)与全厂信息网相连，实现整个生产线数据交换系统与企业信息应用系统间的数据交换(集成)。
所述数据库服务器7为两台，选用IBM xSeries X345-L1C服务器，采用磁盘阵列进行双机热备以提高其可靠性。
所述IFIX集控服务器8为一台，选用IBM xSeries X345-L1C服务器。
实际配置时，数据库服务器7、IFIX集控服务器8安装在同一机柜上，并通过UPS电源供电，UPS电源的型号为APC SMART-3000VA/2HOURS。
所述集控终端9选用HP-x4100，配置索尼X93型19吋显示器。
利用数采站1可实现以下功能：
1)数据采集，面对不同设备的特点，能够具有相应的数采策略，实现卷接包生产线所有设备的实时数据采集。
2)本地监控与终端汉化，在数据采集的基础上，以图形和表格等形式实现设备运行情况的本地监控与异常报警，指导现场操作和生产。
3)现场管理，主要包括现场数据录入和下发信息查询等两大部分功能。现场数据录入主要包括质量自检、维修请求、设备运行状态、换牌确认、交接班记录、备件请领单等现场信息的录入功能。是设备自动数据采集的补充，实现了现场管理的信息化。下发信息查询主要包括工艺技术参数及标准文件、换牌通知、生产调度指令、各机台产量对比情况、生产日报等信息的查询功能。通过该功能的实施，确保了现场人员严格按标准和调度指令进行生产，加快了异常事件的反馈处理速度。
4)物料呼叫，在生产线数据采集系统中实现物料呼叫的功能，避免了重复投资。物料呼叫主要包括辅料供给请求、空托盘回收请求、剩余辅料回收和物料结存录入等功能。
5)集控调度，以生产线数据采集为基础，通过对现场设备运行情况的实时监控与报警，使相关管理人员能及时了解现场情况，发现问题快速调度和处理，初步构建一个全车间的实时指挥调度中心；通过对大量数采数据的分析研究，对症下药，逐步实现优化生产行为、强化设备管理、提高产品质量的目标。
6)信息集成，由数据库服务器完成，包括数采数据收集、数据上传(按照MES系统对数采的要求，将本系统中的数据上传到MES系统)、数据接收与下传(将MES系统下发的数据转发到相应机台数采站)、通用编码集成、与AGV系统的数据集成等功能。
本实施例提供的一种生产线数据交换系统具有以下优点：
1、虽然单就数采功能而言，要求配备的硬件较多，投入较大，但由于数采站选用西门子的SIMATIC Panel IL70(15"TFT彩色触摸屏)，同时集成了数据采集、现场管理、过程监控与终端汉化、物料呼叫等多项功能，避免了重复投资，总体上大大节约了投资，性价比高。
2、可以针对不同设备，采用与之相适应的先进合理的数据采集技术，确保了数采数据的实时性、准确性和全面性。
3、任何单台设备或数采站出现故障时，不影响系统其它设备及功能的正常运行；由于现场数采站具有数据本地保存功能，当数采网络或服务器出现故障时，能够确保现场重要数据不会丢失。
4、系统具有良好的扩充性，当新增设备时，只需要在单机模式下将相应的数采站安装调试完毕，再连接到数采网络上并在数据库服务器上进行简单的配置，即可以实现其完整的数据采集功能。
5、该系统与MES系统、AGV系统的数据集成可由数据库服务器来集中实现，具有更强灵活性，容易满足今天企业管理变更的需要。
6、数据库服务器采用双机备份，确保了系统的稳定性。
实施例二
如图2所示，本发明提供的一种生产线数据交换系统，其结构与实施例一基本一致，区别在于，数采网络4为两个，在一个数采网络上连接数采站1，在另一个数采网络上仅连接用来采集物流数据的监控系统3。
作为本实施例的一种变换实施方式，根据实际需要的不同，所述数采网络的数量还可以为三个、四个、甚至更多，不限于本实施例。
以上具体实施方式对本发明的实质进行了详细说明，但并不能以此来对本发明的保护范围进行限制。显而易见地，在本发明实质的启示下，本技术领域普通技术人员还可进行许多改进和修饰，需要注意的是，这些改进和修饰都落在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生产线数据交换系统，包括：数采站、PLC控制器、监控系统、数采网络、交换机、以太局域网、数据库服务器、IFIX集控服务器和集控终端，所述数采站、PLC控制器、监控系统通过工业光纤与数采网络连接，所述数采网络通过交换机与以太局域网连接，所述数据库服务器、IFIX集控服务器和集控终端直接与以太局域网连接。
2.根据权利要求1所述的一种生产线数据交换系统，其特征在于，所述数采网络由若干个光纤交换机组成，各光纤交换机之间通过光纤串联。
3.根据权利要求1所述的一种生产线数据交换系统，其特征在于，所述数采站为15"TFT彩色触摸屏，型号为西门子的SIMATIC Panel IL70，在数采站上安装一块ARCNET网卡PCI20，该网卡通过RG62同轴电缆与生产线设备GD-LAN网络相连，实现设备现场各种数据的实时采集；数采站同时通过以太网卡连接到光纤交换机上，实现与数据库服务器间的数据双向传送。
4.根据权利要求1所述的一种生产线数据交换系统，其特征在于，所述PLC控制器利用本身自带的TCP/IP网络接口直接连接到光纤交换机上，由IFIX集控服务器实现PLC控制器现场数据的实时采集和监控。
5.根据权利要求4所述的一种生产线数据交换系统，其特征在于，所述IFIX集控服务器采取直接读取数据库服务器文件的方式，实现对整个生产线的实时监控与调度。
6.根据权利要求1所述的一种生产线数据交换系统，其特征在于，所述监控系统通过自带的TCP/IP网络接口连接到光纤交换机上，由数据库服务器实现监控系统信息的实时采集功能。
7.根据权利要求6所述的一种生产线数据交换系统，其特征在于，所述监控系统用来采集生产线的物流信息，由数采站构成的数采网和由监控系统构成的现场物流系统网络集成在同一网段上，数采站采集的信息存储在数据库服务器中构成数采数据库，监控系统采集的信息存储在数据库中构成物流数据库，采用数据库接口技术将所需的数据从物流数据库导入到数采数据库中。
8.根据权利要求1所述的一种生产线数据交换系统，其特征在于，所述以太局域网和全厂信息网隔离开，数据库服务器通过防火墙与全厂信息网相连。
9.根据权利要求1所述的一种生产线数据交换系统，其特征在于，所述数据库服务器为两台，都为IBM xSeries X345-L1C服务器，采用磁盘阵列进行双机热备。
10.根据权利要求1所述的一种生产线数据交换系统，其特征在于，所述IFIX集控服务器为一台，信号为IBM xSeries X345-L1C服务器；所述数据库服务器、IFIX集控服务器安装在同一机柜上，并通过UPS电源供电，UPS电源的型号为APC SMART-3000VA/2HOURS；所述集控终端为HP-x4100，配置索尼X93型19吋显示器。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170613

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