CN109799798A - 一种应用于工业加工设备大数据集成采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于工业加工设备大数据集成采集系统及方法，该系统的输入端连接多个数控机床、轧机、喷涂等设备，其输出端通过专用协议连接至上位数据集成处理服务器。其中，本发明的大数据集成采集系统的信号节点并轨模块的输入端连接多个数控机床、轧机、喷涂等设备，其输出端连接多样化硬件接入层接口；多样化硬件接入层接口的输出端分别连接业务数据整合模块、硬件接入节点规划模块、适配设备采集节点模块、设备硬件节点通讯检测模块；业务数据整合模块、硬件接入节点规划模块、适配设备采集节点模块、设备硬件节点通讯检测模块的输出端均连接至上位接口推送模块；上位接口推送模块的输出端通过专用协议与上位数据集成处理服务器相连接。

Description

一种应用于工业加工设备大数据集成采集系统及方法

技术领域

本发明涉及一种对工业设备数据采集，更具体地说，涉及一种应用于工业加工设备大数据集成采集系统及方法，工业加工设备包括数控机床、喷涂设备、轧机等工业设备。

背景技术

由于工业发展的历史原因，当前的一部分设备厂商类型众多，采集接口繁杂，另一方面由于很多工业现场成本压力巨大，依旧存在大量的陈旧设备。所以在实际生产应用中，对于数据采集应用困难重重，甚至很多设备都是出于全封闭状态，在客户眼中都是黑盒子，无从下手。

与此同时，随着通讯技术已经大量应用于工业体系中，所以在一些硬件厂家手中已经诞生了一部分针对性设备数据的采集端。但是众所周知，在当今工业体系下，一些厂商虽然也在几十年的发展过程中，已经突破了一些技术禁锢，并且在市场份额中有了一席之地，然而毕竟与先进的专业硬件厂商差距甚大，特别是大型的炼钢设备、喷涂设备、清洗设备、熔铸设备等等，目前市场上绝大多数设备依旧需要从国外进口，以及需要对其数据进行采集。

另外对于硬件厂家的采集盒子功能比较单一/或者绑定销售原则，并且由于行业的垄断性，往往在使用过程中，需要厂家硬件的配套支持，在市场上的价格比较昂贵。

发明内容

针对现有技术中存在的针对数控机床、轧机、喷涂等设备的数据采集适配单一、采集驱动层接口多样化、软硬件接口不通用等问题，本发明的目的是提供一种应用于数控机床、轧机、喷涂等多数工业加工设备的大数据集成采集系统及方法,通过软硬件配合的手段，集中解决数据设备原始采集处理传输等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于数控机床、轧机、喷涂等设备的大数据集成采集系统，其输入端连接多个数控机床、轧机、喷涂等设备，其输出端通过专用协议连接至上位数据集成处理服务器。其中，大数据集成采集系统包括：信号节点并轨模块、多样化硬件接入层接口、业务数据整合模块、硬件接入节点规划模块、适配设备采集节点模块、设备硬件节点通讯检测模块、上位接口推送模块。信号节点并轨模块的输入端连接多个数控机床、轧机、喷涂等设备，其输出端连接多样化硬件接入层接口；多样化硬件接入层接口的输出端分别连接业务数据整合模块、硬件接入节点规划模块、适配设备采集节点模块、设备硬件节点通讯检测模块；业务数据整合模块、硬件接入节点规划模块、适配设备采集节点模块、设备硬件节点通讯检测模块的输出端均连接至上位接口推送模块；上位接口推送模块的输出端通过专用协议与上位数据集成处理服务器相连接。

进一步地，对于封闭式、离线式数控机床、轧机、喷涂(JP5000)等设备信号节点并轨模块将不同数据格式的管道回路或信号节点进行并轨处理；对于在线式、开放式工业设备采用接口软件内置盒子的方式进行信号采集，并且初始化接口配置。

进一步地，多样化硬件接入层接口包括多个通讯端口。

进一步地，业务数据整合模块将不同格式的信号标定、归类并进行适配。

进一步地，硬件接入节点规划模块对所有信号采集节点进行规划。

进一步地，适配设备采集节点模块检索从不同接口获取的信号的初始配置。

进一步地，设备硬件节点通讯检测模块检测各个通讯模块的工作状态。

进一步地，上位接口推送模块将经过处理的信号统一封装成专用协议，并与上位数据集成处理服务器通讯。

为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：

一种应用于数控机床、轧机、喷涂等设备的大数据集成采集方法，包括以下步骤：对于封闭式、离线工业加工设备通过管道回路或信号节点进行硬件并轨处理，并且使用通用的RS232、485等接口获取信号；对于开放式、标准化接口设备依旧通用协议(例如：OPCUA/DA)进行数据采集，然后将不同格式的信号归类并进行适配；对所有信号采集节点进行规划；检索从不同接口获取的信号的初始配置；将经过处理的信号统一封装成专用协议，并与上位数据集成处理服务器通讯。

进一步地，还包括以下步骤；检索从不同接口获取的信号的初始配置，并适配对应的信号。

在上述技术方案中，本发明综合性地解决了大工业环境下，由于加工设备的多样性，造成设备管路信号(特别是一些陈旧的、封闭式的设备)获取困难、硬件接口接入多样、数据整合模块冗杂、硬件节点规划不合理、用户设备节点配置体验差等问题，在合理化应用技术方案下，对外采用统一的通讯协议，以及标准的数据格式和内容，方便上位机数据集成服务使用。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

由于当前很多重工业现场、或者大型轧钢、炼钢、有色金属企业设备都比较陈旧，当初互联网信息技术落后，甚至硬件厂商就没有设计相关的信息采集端/或者由于硬件厂商的垄断性，不愿意为使用方提供原始数据采集方式等等各种历史/技术封闭等原因，造成设备数据采集的困难性，所以在设备信息管路传输中，本发明采用线路并联节点的方式，将信号通过并发的方式发送出来；而对于通用性设备，大多是采用独立的通讯协议，集成方式往往比较复杂。

因此，本发明结合现有工业体系下的数据结构、硬件采集接口，以及设备硬件电路信号、端点信号的技术背景，对硬件的通信管路进行信号并联/节点拆分等手段，将硬件设备的信号流转问题解决，并且通过上位采集系统模块整合，实时的将数据获取，从而形成统一的传递电文，提供客户使用。

参照图1，本发明应用合理的使用设备信号管路并轨、节点规划、设备采集点适配、数据整合等技术中，应对现场多设备类型，多数据类型，有效的服务于上位机服务系统。本发明公开的应用于数控机床、轧机、喷涂等设备的大数据集成采集系统，其输入端连接多个数控机床、轧机、喷涂等设备，其输出端通过专用协议连接至上位数据集成处理服务器，而本发明的大数据集成采集系统包括信号节点并轨模块、多样化硬件接入层接口、业务数据整合模块、硬件接入节点规划模块、适配设备采集节点模块、设备硬件节点通讯检测模块、上位接口推送模块。

具体来说，上述各个模块执行以下操作：

(1)硬件管道/信号节点并轨模块信号的输入端连接多个数控机床、轧机、喷涂等设备，其输出端连接多样化硬件接入层接口，将封闭式、离线式厂商设备的管道回路/信号节点进行硬件并轨处理，既不会损坏设备本身，同时信号可以相互校正，较好的得到精准的实时数据。在大型的炼钢/轧钢等设备使用过程中，本身由于干扰信号的存在，不可避免传输的数据多样性，冗杂性，所以在采集端将ADC/GPI等对应的PLC信号，或者是CNC信号进行区分采集，对应的使用在合理的业务范畴中。

(2)多样化硬件接入层接口的输出端分别连接业务数据整合模块、硬件接入节点规划模块、适配设备采集节点模块、设备硬件节点通讯检测模块。该模块包括多个通讯端口，其解决设备层接入众多硬件接口的问题(例如：RS485/232，GPI点，无线网卡等输入手段)。

作为本发明的一种实施方式，出于对采集设备性能和成本的考虑，底层的采集端口要数量有限并且能够实现每一个采集功能，所以设计配置了可配置/扩展RS232串口通讯接口一个、以太网TCP/IP通讯接口一个、离散型信号接入16路、过程量模拟信号接入8路、可扩展信号接入模块：(离散扩展模块8路一组、模拟型过程量扩展模块8路一组)、无线类型：4G、WIFI等节点信号输入输出各一个点等，科学规划了具体使用采集点。

(3)业务数据整合模块将不同格式，不同协议的信号归类并进行适配：设备并入的节点数据众多，信号来源也比较复杂，而数据采集的本质就是将所有信号能够精准归类，适配业务，所以本模块解决了信号节点数据多样无序的问题。

(4)硬件接入节点规划模块对所有信号采集节点进行规划：由于在实际生产应用中，数据采集端都是海量/毫秒级的数据包，如果按照固定的节点采集，涌进来数据很容易造成采集点的崩溃，所以本模块就是将采集节点合理规划。

(5)适配设备采集节点配置模块检索从不同接口获取的信号的初始配置：对于不同类型的设备，对应的采集板卡并不相同，有的是GPI模块，有的是GPO模块，有的是ADC数据接口，所以在不同点接入的时候，需要最初知道设备的具体配置点。

(6)设备硬件节点通讯检测模块检测各个通讯模块的工作状态：本模块解决设备是否异常、板卡通讯点是否正常等问题。通过上位系统数据配置，本发明精准的设置具体每个设备的数据采集点(例如GPI点位或者是ADC点位等)，于此同时实时的检测设备的当前状态运行是否异常。

(7)业务数据整合模块、硬件接入节点规划模块、适配设备采集节点模块、设备硬件节点通讯检测模块的输出端均连接至数据封装/上位接口推送模块，而数据封装/上位接口推送模块的输出端通过专用协议与上位数据集成处理服务器相连接。数据封装/上位接口将经过处理的信号统一封装成专用协议，并与上位数据集成处理服务器通讯：通过统一接口层，合理的数据推送，并且开放底层配置信号点，可以为客户适配更多的硬件设备，更加扩大了应用功能范围。即本发明最后将获取的数据通过设备具体的点位、业务范畴、设备标识等封装成统一的数据电文格式，从而发送到上位服务系统中，方便应用。

参照图2，针对上述系统，本发明还公开一种应用于数控机床、轧机、喷涂等设备的大数据集成采集方法，其主要包括以下步骤：

S1：硬件管道/信号节点并轨模块从部分封闭式、离线式设备。例如：数控机床、轧机、喷涂(JP5000)等设备读取信号，并将不同数据格式的管道回路或信号节点进行硬件并轨处理，对于通用性、在线型设备，采用标准开发的通讯接入，并且进行初始化配置。

S2：业务数据整合模块将不同协议、格式的信号统一整理/标定/归类并进行适配。

S3：硬件接入节点规划模块对所有信号采集节点进行规划。

S4：适配设备采集节点模块检索从不同接口获取的信号的初始配置。

S5：上位接口推送模块将经过处理的信号统一封装成专用协议，并与上位数据集成处理服务器通讯。

在本发明方法执行的同时，设备硬件节点通讯检测模块检索从不同接口获取的信号的初始配置，并适配对应的信号。

本发明的系统和方法有2种不同的应用方案：

方案1：安装硬件管道/信号节点并轨模块，并采用专用的采集盒子配置具体设备信号节点(GPI点或者是ADC点等)，将数据推送到上位数据服务系统中。

方案2：任意第三方的数据采集设备，通过多样化硬件接入层(例如：RS232、TCP/IP、OPCUA/DA等)，通过配置模块，将数据采集发送。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种应用于工业加工设备大数据集成采集系统，其输入端连接多个数控机床、轧机、喷涂等设备，其输出端通过专用协议连接至上位数据集成处理服务器，其特征在于，所述大数据集成采集系统包括：

信号节点并轨模块、多样化硬件接入层接口、业务数据整合模块、硬件接入节点规划模块、适配设备采集节点模块、设备硬件节点通讯检测模块、上位接口推送模块；

所述信号节点并轨模块的输入端连接所述多个数控机床、轧机、喷涂等设备，其输出端连接所述多样化硬件接入层接口；

所述多样化硬件接入层接口的输出端分别连接所述业务数据整合模块、硬件接入节点规划模块、适配设备采集节点模块、设备硬件节点通讯检测模块；

所述业务数据整合模块、硬件接入节点规划模块、适配设备采集节点模块、设备硬件节点通讯检测模块的输出端均连接至所述上位接口推送模块；

所述上位接口推送模块的输出端通过专用协议与所述上位数据集成处理服务器相连接。

2.如权利要求1所述的应用于工业加工设备大数据集成采集系统，其特征在于，对于封闭式、离线式设备，所述信号节点并轨模块将不同数据格式的管道回路或信号节点进行并轨处理，而对于通用化、在线式设备采用标准数据采集协议。

3.如权利要求1所述的应用于工业加工设备大数据集成采集系统，其特征在于，所述多样化硬件接入层接口包括多个通讯端口。

4.如权利要求1所述的应用于工业加工设备大数据集成采集系统，其特征在于，所述业务数据整合模块将不同协议、格式的信号统一采集/归类并进行适配。

5.如权利要求1所述的应用于工业加工设备大数据集成采集系统，其特征在于，所述硬件接入节点规划模块对所有信号采集节点进行规划。

6.如权利要求1所述的应用于工业加工设备大数据集成采集系统，其特征在于，所述适配设备采集节点模块检索从不同接口获取的信号的初始配置。

7.如权利要求1所述的应用于工业加工设备大数据集成采集系统，其特征在于，所述设备硬件节点通讯检测模块检测各个通讯模块的工作状态。

8.如权利要求1所述的应用于工业加工设备大数据集成采集系统，其特征在于，所述上位接口推送模块将经过处理的信号统一封装成专用协议，并与上位数据集成处理服务器通讯。

9.一种应用于工业加工设备大数据集成采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

对于封闭式、离线式的数控机床、轧机、喷涂等设备采用管道回路或信号节点进行硬件并轨处理，然后获取信号；对于在线式、开放式工业加工设备，采集盒子中内置通用接口软件进行数据采集，并且对盒子进行初始化设置；

将不同格式的信号归类，标定并进行适配；

对所有信号采集节点进行规划；

检索从不同接口获取的信号的初始配置，进行业务数据整合；

将经过处理的信号统一封装成专用协议，并与上位数据集成处理服务器通讯。

10.如权利要求9所述的应用于工业加工设备大数据集成采集方法，其特征在于，还包括以下步骤；

检索从不同接口获取的信号的初始配置，并适配对应的信号。