CN108873847A - 一种面向模锻生产线的数据采集方法 - Google Patents

一种面向模锻生产线的数据采集方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向模锻生产线的数据采集方法。在现有模锻生产线的基础上,基于实际模锻工艺,结合现场设备,设计构建设备模块、采集模块和监控模块。其中,设备模块主要完成系统与数据源之间的原始数据采集,根据现场硬件设备的通讯接口实现与采集端之间的数据交换功能。采集模块用于数据接收、格式转换、打包封装和数据向OPC UA服务器地址空间的映射。监控模块设置在生产线中控室中,与采集模块相连,用于生产线的实时监控。采用本发明所述的方法,最终实现整条模锻生产线在生产制造过程中的实时数据采集,从而提高锻造行业的工业水平,提高锻件的生产率和生产水平,降低生产成本。

Description

一种面向模锻生产线的数据采集方法
技术领域
[0001] 本发明属于锻件生产领域,具体涉及一种面向模锻生产线的数据采集方法。
背景技术
[0002] 随着科学技术的进步和社会经济的提升,制造业逐渐面向数字化、智能化以及网 络化发展。锻造行业作为国家电力、冶金、船舶、军工、重矿机械、航空航天等战略性制造业 的基础,传统的锻造生产模式已不再适合高速发展的信息化时代。为了提高锻造行业的工 业水平,提高锻件的生产率和生产水平,降低生产成本,数据驱动的智能化锻件生产模式已 经成为我国锻造行业发展刻不容缓的内容之一。
[0003] 在传统的锻造行业中,由于底层设备的多样性,数据的异构性和通信的兼容性问 题是实现现代数字化、智能化生产线的主要技术难题,例如模锻生产线主要的设备都来自 于不同的设备厂家,不同的控制系统必然导致数据传输的阻碍。
[0004] 本发明提供的数据采集方法,通过设备模块、采集模块和监控模块,将底层设备数 据集成起来,以打破生产系统中的“信息孤岛”。最终实现整条模锻生产线在生产制造过程 中的实时数据采集,从而为接下来的在线监控、锻件质量分析等提供基础的数据支撑。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种适用于模锻生产线的现场设备的数据采集方法。数据采 集作为实现智能化的第一个环节,主要完成对底层制造单元所产生的数据进行提取。在现 有模锻生产线的基础上,基于实际模锻工艺,结合现场设备,设计构建设备模块、采集模块 和监控模块,实现整条模锻生产线在生产制造过程中的实时数据采集,从而为接下来的在 线监控、锻件质量分析等提供基础的数据支撑。本发明对于提高锻造行业的工业水平,提高 锻件的生产率和生产水平,降低生产成本有重要的意义。
[0006] 本发明提出的方法保证了模锻生产过程中的数据采集的准确性和实时性,并且具 有实现简单、成本较低等优点。
[0007] 本发明是通过如下技术方案为一种面向模锻生产线的数据采集方法,实现该方法 的步骤包括如下步骤:
[0008] 步骤 1
[0009] 结合模锻生产线主要设备和实际锻造工艺,提供的数据采集系统包括设备模块、 采集模块和分析模块;设备模块与分析模块通过采集模块连接。
[0010]步骤 2
[0011] 设备模块主要完成数据采集系统与数据源之间的原始数据采集,根据现场硬件设 备的通讯接口实现与采集端之间的数据交换功能。设备模块包括环形加热炉、电动螺旋压 力机、切边机、机器人、条码识别器和激光打标机。
[0012] 步骤 3
[0013] 采集模块安装在现场服务器上,设备模块通过确定硬件设备具体型号,按照硬件 支持的连接方式与采集模块相连。采集模块作为整个数据采集系统的中间层,其核心功能 是数据接收、格式转换、打包封装和向OPC UA服务器地址空间的映射。数据接收模块需要接 收和处理来自生产线所有硬件设备的数据,并根据业务需求完成配置工作,并将采集的数 据统一转换成标准格式,再通过与SQL Server数据库相连,采用OPC UA协议和XML技术完成 数据的封装,最后映射至统一的OPC UA地址空间中,形成统一的OPC UA服务器,为上位机分 析端提供统一的数据源。
[00 M] 步骤4
[0015] 根据工艺过程和生产需求,整理需要采集的数据名称。
[0016] 步骤 5
[0017] 确定生产线各个硬件设备的具体型号。确定硬件设备与采集模块的连接方式。环 形加热炉采用SMATIC S7-400PLC控制炉温监测系统和炉温调节系统,从而保证炉膛的必 要温度;电动螺旋压力机采用华中8型PLC作为控制核心,控制驱动系统、顶料系统、润滑系 统等完成锻件的模锻过程;切边机采用SMATIC S7-400PLC控制切刀动作,锻件完成切边; 智能制造示范线采用一台西门子SIMATIC S7-400PLC来完成机器人连线控制。连线控制PLC 送给各单机控制PLC和机器人控制器的停止控制信号通过开关量输出模块输出,完成机器 人的动作控制。红外测温仪接入现场总控PLC,PLC型号为SIMATIC S7-1200PLC。
[0018] 步骤 6
[0019] S頂ATIC S7系列PLC通过Simens TCP/IP Eternet协议与K印Server OPC服务器建 立连接,华中8型PLC通过Eternet协议与组态软件FameView建立连接。条码识别器和激光打 标机通过硬件自带的RS232接口连接至采集模块所在的服务器,并安装供应商提供的专用 驱动和专用软件用作设备连接。
[0020] 步骤 7
[0021] 建立采集数据库,采集数据库被视为是现场设备与OPC UA服务器之间数据的桥 梁,负责将OPC服务器、组态软件和专用驱动采集的各种数据存储和管理,采集数据库通过 与OPC UA服务器之间建立映射关系,定期将采集至数据库中的值更新至OPC UA地址空间中 相应的对象中,上位机通过OPC UA服务器变更数据库中的值,OPC服务器、组态软件和专用 驱动通过数据库请求操作获取更新值,完成底层设备端的控制。数据库本身并不参与控制 过程,只作为数据中转环节,配合底层和顶层之间完成各种数据的上传、下载、查询等工作。
[0022] 步骤 8
[0023] 利用OPC UA技术丰富有效的数据语义,通过信息建模,使OPC UA服务器除了提供 基本数据外,还能提供该数据是由特定类型的设备提供的,并且可以暴露该类型设备在整 个物联网系统的感知层中所处的类型层次。根据模锻生产线需求,结合OPC UA的信息模型 概念,获取组成信息模型的对象类型。
[0024] 步骤 9
[0025] 采用数据库技术,完成SQL Server数据库与OPC UA服务器地址空间中各节点对象 之间的映射,实现设备模块与采集模块数据源的绑定,并通过OPC UA服务器为监控模块提 供基本的数据风闻功能。
[0026] 步骤 10
[0027] 监控模块设置在生产线中控室中,与采集模块相连。通过显示单元显示生产现场 所采集的实时数据,并且提供对关键参数的写入功能,从而控制底层设备。
[0028] 与现有技术相比较,本发明在现有锻造生产线的基础上,基于实际模锻工艺,结合 现场设备,在生产制造过程中实现必要数据的实时采集和实时监控,从而提高锻件的生产 率和产品质量,降低生产成本。
附图说明
[0029] 图1数据采集系统结构
[0030] 图2采集模块实现方式
具体实施方式
[0031] 结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
[0032] 步骤 1
[0033] 结合模锻生产线主要设备和实际锻造工艺,本发明提供的数据采集系统所包含的 模块包括设备模块、采集模块和监控模块。数据采集系统结构如图1所示。
[0034] 步骤 2
[0035] 设备模块主要完成系统与数据源之间的原始数据采集,根据现场硬件设备的通讯 接口实现与采集端之间的数据交换功能。设备模块包括生产线所需的所有主机设备以及辅 助设备。包括环形加热炉、电动螺旋压力机、切边机、机器人、条码识别器和激光打标机。
[0036] 步骤 3
[0037] 环形加热炉作为现场主要的加热设备,需要采集的数据如下表所示。
[0038] 表1环形加热炉采集数据
Figure CN108873847AD00061
[0040] 步骤 4
[0041] 电动螺旋压力机作为生产线主要的模锻设备,需要采集的数据如下表所示。
[0042] 表2电动螺旋压力机采集数据
Figure CN108873847AD00071
[0044] 步骤 5
[0045] 切边机作为加工环节末端的设备,用于锻件的毛边冲切及整形。需要采集的数据 如下表所示。
[0046] 表3切边机采集数据
Figure CN108873847AD00072
[0048] 步骤 6
[0049] 机器人作为生产线中自动上下料系统中的主要设备。需要采集的数据如下表所 不。
[0050] 表4机器人采集数据
[0051]
Figure CN108873847AD00081
[0052] 步骤 7
[0053] 其他设备指生产线除了主机设备之外的其余辅助设备,其他设备需要采集的数据 如下表所示。
[0054] 表5其他辅助设备采集数据
Figure CN108873847AD00082
[0057] 步骤 8
[0058] 环形加热炉采用SMATIC S7-400PLC控制炉温监测系统和炉温调节系统,从而保 证炉膛的必要温度;电动螺旋压力机采用华中8型PLC作为控制核心,控制驱动系统、顶料系 统、润滑系统等完成锻件的模锻过程;切边机采用SMATIC S7-400PLC控制切刀动作,锻件 完成切边;智能制造示范线采用一台西门子SMATIC S7-400PLC来完成机器人连线控制。连 线控制PLC送给各单机控制PLC和机器人控制器的停止控制信号通过开关量输出模块输出, 完成机器人的动作控制。针对关键参数始锻温度和终端温度的检测,根据现场布局,通过在 电动螺旋压力机入口和出口处加装红外测温仪完成锻件温度的检测。红外测温仪接入现场 总控PLC,PLC型号为SIMATIC S7-1200PLC。
[0059] 步骤 9
[0060] 根据上述PLC具体型号,S頂ATIC S7系列PLC通过Simens TCP/IP Eternet协议与 KepServer OPC服务器建立连接,华中8型PLC通过Eternet协议与组态软件FameView建立连 接。
[0061] 步骤 10
[0062] 条码识别器和激光打标机通过硬件自带的RS232接口连接至采集模块所在的服务 器,并安装供应商提供的专用驱动和专用软件用作设备连接。
[0063] 步骤 11
[0064] 采集模块是整个数据采集系统的中间层,其核心功能是数据接收、格式转换、打包 封装和向OPC UA服务器地址空间的映射。其数据接收模块需要接收和处理来自生产线所有 硬件设备的数据,并根据业务需求完成配置工作,并将采集的数据统一转换成标准格式,再 通过数据库访问技术、OPC技术、Xml技术完成数据的封装,最后映射至统一的OPC UA地址空 间中,形成统一的OPC UA服务器,为上位机分析端提供统一便利的数据源。采集模块实现方 式如图2所示。
[0065] 步骤 12
[0066] 建立采集数据库,在上述方案中,数据库可以看作现场设备与OPC UA服务器之间 数据的桥梁,负责将组态软件、OPC服务器、专用驱动采集的各种数据存储和管理,数据库通 过与OPC UA服务器之间建立映射关系,定期将采集至数据库中的值更新至OPC UA地址空间 中相应的对象中,上位机通过OPC UA服务器变更数据库中的值,组态软件、OPC服务器、专用 驱动通过数据库请求操作获取更新值,完成底层设备端的控制。数据库本身并不参与控制 过程,只作为数据中转环节,配合底层和顶层之间完成各种数据的上传、下载、查询等工作。
[0067] 步骤 13
[0068] 利用OPC UA技术丰富有效的数据语义,通过信息建模,使OPC UA服务器除了提供 基本数据外,还能提供该数据是由特定类型的设备提供的,并且可以暴露该类型设备在整 个物联网系统的感知层中所处的类型层次。根据模锻生产线需求,结合OPC UA的信息模型 概念,获取组成信息模型的对象类型。
[0069] 步骤 14
[0070] 采用数据库技术,完成SQL Server数据库与OPC UA服务器地址空间中各节点对象 之间的映射,实现设备模块与采集模块数据源的绑定,并通过OPC UA服务器为监控模块提 供基本的数据风闻功能。
[0071] 步骤 15
[0072] 采用OPC UA技术,通过调用OPC UA服务集的方式实现监控模块与采集模块的相 连,通过显示单元显示生产现场所采集的实时数据,并且提供对关键参数的写入功能,从而 控制底层设备。

Claims (1)

1. 一种面向模锻生产线的数据采集方法,其特征在于:实现该方法的步骤包括如下步 骤, 步骤1 结合模锻生产线主要设备和实际锻造工艺,提供的数据采集系统包括设备模块、采集 模块和分析模块;设备模块与分析模块通过采集模块连接; 步骤2 设备模块主要完成数据采集系统与数据源之间的原始数据采集,根据现场硬件设备的 通讯接口实现与采集端之间的数据交换功能;设备模块包括环形加热炉、电动螺旋压力机、 切边机、机器人、条码识别器和激光打标机; 步骤3 采集模块安装在现场服务器上,设备模块通过确定硬件设备具体型号,按照硬件支持 的连接方式与采集模块相连;采集模块作为整个数据采集系统的中间层,其核心功能是数 据接收、格式转换、打包封装和向OPC UA服务器地址空间的映射;数据接收模块需要接收和 处理来自生产线所有硬件设备的数据,并根据业务需求完成配置工作,并将采集的数据统 一转换成标准格式,再通过与SQL Server数据库相连,采用OPC UA协议和XML技术完成数据 的封装,最后映射至统一的OPC UA地址空间中,形成统一的OPC UA服务器,为上位机分析端 提供统一的数据源; 步骤4 根据工艺过程和生产需求,整理需要采集的数据名称; 步骤5 确定生产线各个硬件设备的具体型号;确定硬件设备与采集模块的连接方式;环形加 热炉采用SMATIC S7-400PLC控制炉温监测系统和炉温调节系统,从而保证炉膛的必要温 度;电动螺旋压力机采用华中8型PLC作为控制核心,控制驱动系统、顶料系统、润滑系统完 成锻件的模锻过程;切边机采用SMATIC S7-400PLC控制切刀动作,锻件完成切边;智能制 造示范线采用一台西门子SIMATIC S7-400PLC来完成机器人连线控制;连线控制PLC送给各 单机控制PLC和机器人控制器的停止控制信号通过开关量输出模块输出,完成机器人的动 作控制;红外测温仪接入现场总控PLC,PLC型号为SIMATIC S7-1200PLC; 步骤6 S頂ATIC S7系列PLC通过Simens TCP/IP Eternet协议与KepServer OPC服务器建立连 接,华中8型PLC通过Eternet协议与组态软件FameView建立连接;条码识别器和激光打标机 通过硬件自带的RS232接口连接至采集模块所在的服务器,并安装供应商提供的专用驱动 和专用软件用作设备连接; 步骤7 建立采集数据库,采集数据库被视为是现场设备与OPC UA服务器之间数据的桥梁,负 责将OPC服务器、组态软件和专用驱动采集的各种数据存储和管理,采集数据库通过与OPC UA服务器之间建立映射关系,定期将采集至数据库中的值更新至OPC UA地址空间中相应的 对象中,上位机通过OPC UA服务器变更数据库中的值,OPC服务器、组态软件和专用驱动通 过数据库请求操作获取更新值,完成底层设备端的控制;数据库本身并不参与控制过程,只 作为数据中转环节,配合底层和顶层之间完成各种数据的上传、下载、查询工作; 步骤8 利用OPC UA技术丰富有效的数据语义,通过信息建模,使OPC UA服务器除了提供基本 数据外,还能提供该数据是由特定类型的设备提供的,并且可以暴露该类型设备在整个物 联网系统的感知层中所处的类型层次;根据模锻生产线需求,结合OPC UA的信息模型概念, 获取组成信息模型的对象类型; 步骤9 采用数据库技术,完成SQL Server数据库与OPC UA服务器地址空间中各节点对象之间 的映射,实现设备模块与采集模块数据源的绑定,并通过OPC UA服务器为监控模块提供基 本的数据风闻功能; 步骤10 监控模块设置在生产线中控室中,与采集模块相连;通过显示单元显示生产现场所采 集的实时数据,并且提供对关键参数的写入功能,从而控制底层设备。
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