CN109802943B - 数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种数据采集装置，包括：以太网端口、RS232串口、RS‑422/485串口以及USB设备端口；其中，所述数据采集装置通过所述以太网端口与上层PC端连接，通过所述RS232串口、RS‑422/485串口以及USB设备端口中的一种或多种与下层PLC设备连接；所述PC端与数据采集装置基于Modbus的应用层报文传输协议进行数据交互。本发明实施例能够管理多厂商应用并使现有设备具备联网能力。结合数据的采集、高效传输、以及快速分析能力，真正地做到设备的实时状态监控，以及使用大数据分析来检测设备隐患，从而预先判定设备发展趋势和可能的故障模式，提前制定预测性维护计划。

Description

数据采集装置

技术领域

本发明实施例涉及物联网通信技术领域，更具体地，涉及数据采集装置。

背景技术

随着物联网的快速发展，工业现场涉及的设备来自于全球各个供应商，其通信协议多种多样，不同品牌的机床/数控系统开放程度不同，例如西门子系统是开放的，发那科的系统是半开放的，但三菱、力士乐等更多系统是完全封闭的，这给数据采集带来了很大的难度。用户工厂内往往是机床品类繁多，年代跨度大，即跨平台、跨年代现场普遍存在，很少全部使用西门子、发那科这样的开放系统，就算实行了数据采集系统也只能实现部分设备采集。将获取的数据上传到信息采集设备时，需要先通过转换传输设备进行数据转换，每增加一个传感器就要增加相应的转换传输设备，增加成本而且提高物联网使用门槛，无法满足现有数据采集需要，更加无法实现设备之间互联互通。

另一方面，边缘处理需求的极速膨胀。数据统计，2018年将会有40％的数据需要在网络边缘侧分析、处理与存储。每个物联网节点都会产生大量的实时数据，这意味着云服务商要在边缘端布局40％左右的计算能力，投入规模和时间周期都是巨大的挑战。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的数据采集装置。

第一个方面，本发明实施例提供一种数据采集装置，包括：以太网端口、RS232串口、RS-422/485串口以及USB设备端口；

其中，所述数据采集装置通过所述以太网端口与上层PC端连接，通过所述RS232串口、RS-422/485串口以及USB设备端口中的一种或多种与下层PLC设备连接；所述PC端与数据采集装置基于Modbus的应用层报文传输协议进行数据交互。

优选地，还包括：处理器以及若干个PID模块，其中每个PID模块具有多回路的PID。

优选地，所述PC端与数据采集装置基于Modbus的应用层报文传输协议进行数据交互，具体为：

当所述数据采集装置对所述PC端响应时，使用功能码域指示正常响应或者异常响应；

其中，对于正常响应，所述数据采集装置复制原始的功能码；

对于异常相应，所述数据采集装置将原始的功能码的最高有效位设置预设逻辑返回所述PC端。

本发明实施例提供的数据采集装置支持300多种通信协议，能够管理多厂商应用并使现有设备具备联网能力，结合数据的采集、高效传输、以及快速分析能力，真正地做到设备的实时状态监控，以及使用大数据分析来检测设备隐患，从而预先判定设备发展趋势和可能的故障模式，提前制定预测性维护计划。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的数据采集装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了克服现有技术的上述问题，本发明实施例提供了一种数据采集装置，图1为本发明实施例提供的数据采集装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：

以太网端口、RS232串口、RS-422/485串口以及USB设备端口；

其中，所述数据采集装置101通过所述以太网端口与上层PC端102连接，通过所述RS232串口、RS-422/485串口以及USB设备端口中的一种或多种与下层PLC设备103连接；所述PC端与数据采集装置基于Modbus的应用层报文传输协议进行数据交互。

需要说明的是，本发明实施例起到工业数据收集和管理的纽带作用，提供多种协议转换、数据记录和远程机器访问。它通过3个内置串口和1个10/100Base-T(X)以太网端口进行协议转换，从而让独立的设备彼此无缝通信。

在上述实施例的基础上，数据采集装置，其特征在于，还包括：处理器以及若干个PID模块，其中每个PID模块具有多回路的PID。具体地，通过设置16个PID模块，实现了一个处理器最多容纳32条回路的作用，节省空间之余，与扫描分离节点的解决方案相比，大幅降低了总体通信扫描时间。结合设备驱动程序，主模块即可将PID模块数据传输给外部的PC、PLC或DCS，这使得数据采集装置能够以终端设备的本机语言进行通信。此外，还可通过内置串口和以太网驱动程序的丰富选项点选数据，从而在几秒钟内将控制器数据拖放到PLC寄存器。

此外，借助RS-232/485和10/100Base T以太网端口，处理器几乎能够与任何设备连接。每个PID模块的配置和固件数据支持热插拔存储，可自动完成替换模块的编程。

在上述各实施例的基础上，PC端与数据采集装置基于Modbus的应用层报文传输协议进行数据交互，具体为：

当所述数据采集装置对所述PC端响应时，使用功能码域指示正常响应或者异常响应；

其中，对于正常响应，所述数据采集装置复制原始的功能码；

对于异常相应，所述数据采集装置将原始的功能码的最高有效位设置逻辑1返回所述PC端。

串行链路协议在RS485和RS232等物理接口上实现。

串行链路协议是一个主-从协议。在同一时刻，只有一个主节点(表示主站PLC)连接与总线，一个或多个子节点(最大编号为247，从节点表示从站PLC)连接与同一串行总线。

转换协议通信由主节点发起，子节点在没有收到来自主节点的请求时，将不会发送数据。

子节点之间互不通信。

主节点在同一时刻只会发起一个事务处理。

主节点以两种模式对子节点发送请求：广播、单播。

地址规则：

寻址空间有256个不同地址；

地址0为广播地址；

主节点没有地址，子节点有且仅有唯一地址。

传输模式：

每个8bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。

本发明实施例的TCP/IP上协议帧的域包括事务处理标识符、协议标识符、长度符、单元标识符，其中事务处理标识符占用2字节，用于请求/响应事务处理的识别；协议标识符占用2字节，其中0＝转换协议；长度符占用2字节，随后字节的数量；单元标识符占用1字节，串行链路或其它总线上连接的远程从站的识别。

a)PC端：允许用户应用控制与远程设备的信息交换。PC端根据用户应用向PC端接口的发送要求中所包含的参数来建立一个请求。

b)PC端接口：PC端接口提供一个接口，使得用户应用能够生成各类服务的请求，该服务包括对应用对象的访问。

c)数据采集装置：在收到一个请求之后，模块激活一个本地操作进行读、写，或完成其他操作。管理通信的建立和结束以及管理在所建立的TCP连接上的数据流。

d)连接管理：在PC端和数据采集装置的模块之间的通信需要使用TCP连接管理模块，负责全面管理报文传输TCP连接。

e)访问控制：在某些至关重要的场合，禁止无关的主机对设备内部数据的访问。

f)可以对TCP/IP的栈进行参数配置，以适用于不同的产品或系统特定的约束条件，来进行数据流控制、地址管理和连接管理，使用BSD套接字接口来管理TCP连接。

g)协议通信需要建立PC端与数据采集装置之间的TCP连接，连接的建立可以由用户应用模块直接实现，也可由TCP连接管理模块自动完成。

h)在第一种情况下，用户应用模块必须提供应用程序接口，以便完全管理连接。

i)在第二种情况，TCP连接管理完全不出现，用户应用仅需要发送和接收协议报文。TCP连接管理模块负责在需要时建立新的TCP连接。

j)报文传输服务必须在502端口上提供一个监听套接字，允许接收新的连接和与其他设备交换数据。

k)当报文传输服务需要与远程数据采集装置交换数据时，它必须与远程502端口建立一个新的PC端连接，以便远距离交换数据。本地端口必须高于1024，并且对每个PC端的连接各不相同。

本发明实施例的TCP通信过程为：PC端建立一个连接，向数据采集装置发送3个协议请求，而不等待第一个请求的应答到来。在收到所有的应答后，PC端正常地关闭连接。

(1)用connect命令建立于目标设备的连接；

(2)准备协议报文包括7个字节的MBAP在内的请求；

(3)使用Send命令发送报文；

(4)在同一连接下等待应答；

(5)用Recv命令读取报文，完成一次数据交换过程。当通信任务结束时，关闭TCP连接，使TCP数据采集装置可为其他PC端服务。

作为一种可选实施例，处理器内置类SCADA功能的，每个PID模块可监控14个I/O点，单个主控制器最多可监控224个I/O，实现PID回路或性能数据的收集，并将数据存储为CSV文件，所有数据存储在CF卡中以待实时或远程评估，使用任何Internet浏览器均可远程记录数据和访问文件。

从设备、机器和过程采集的数据点可以作为绩效分析的依据，用于在数据点偏离标称参数时触发PLC功能、报警或通知。这些变量可以可靠预报即将发生的机器故障、预防性维护以及分布式过程或离散生产输出的一般绩效。可靠的数据可用于识别过程弱点、异常条件或磨损趋势。数据记录可用于实时监控过程活动、产品可追溯性和质量控制问题、TPM、停机时间、OEE(总设备效率)或者用于生成几乎无限的数据集，供统计分析和控制决策使用。

本发明实施例的数据采集装置可让用户快速设置同一控制应用中的多台独立设备的监控，现场或远程收集绩效数据，显示和存储数据供评估使用或触发PLC功能。此外，本装置还内置数学运算能力，可实现几率计算来预先分析硬点数据，从而提供相关信息。它集成OPC数据采集装置，可通过OPC中间件简化SCADA的连接。利用装置的连接和记录工具，几分钟内可实现车间生产过程监控能力。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种数据采集装置，其特征在于，包括：以太网端口、RS232串口、RS-422/485串口以及USB设备端口；

其中，所述数据采集装置通过所述以太网端口与上层PC端连接，通过所述RS232串口、RS-422/485串口以及USB设备端口中的一种或多种与下层PLC设备连接；所述PC端与数据采集装置基于Modbus的应用层报文传输协议进行数据交互；其中还包括：处理器以及若干个PID模块，其中每个PID模块具有多回路的PID；所述PID模块的配置和固件数据支持热插拔存储，自动完成替换模块的编程；

所述PC端与数据采集装置基于Modbus的应用层报文传输协议进行数据交互，具体为：

当所述数据采集装置对所述PC端响应时，使用功能码域指示正常响应或者异常响应；

其中，对于正常响应，所述数据采集装置复制原始的功能码；

对于异常相应，所述数据采集装置将原始的功能码的最高有效位设置预设逻辑返回所述PC端；

每个所述PID模块监控14个I/O点，实现PID回路或性能数据的收集，从设备、机器和过程采集的数据点作为绩效分析的依据，用于在数据点偏离标称参数时触发PLC功能、报警或通知。

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