CN111008905A - 一种生产设备节拍高精度测量的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产设备节拍高精度测量的方法及装置，本发明采集的节拍精度高，同时具备实时采集、缓存存储、不丢数据、传输效率高、具有数据产生时间等优点，能够准确还原节拍数据的原始信息，丢弃重复获取的数据；本发明能为统计分析、作业排程、指挥调度提供真实决策数据，从而提高了提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集技术领域，尤其涉及一种生产设备节拍高精度测量的方法及装置。
背景技术
现有通常的生产设备节拍采集装置如图1所示。采集设备通过数据接口，按规定通信协议格式发送命令给生产设备，生产设备做出应答，把节拍数据信息发送给采集设备；然后采集设备把该数据发送到数据服务器存储；应用程序读取数据服务器并展示和应用节拍数据。其中采集设备的做法是：不停地监控节拍信号或节拍数据变化，一旦检测到有新的数据就立即记录存储，并主动传输给数据服务器，或者由数据服务程序周期扫描采集设备的数据变化。一些生产设备的节拍，速度快、周期短、连续发生，比如有些生产设备的节拍周期仅为数十毫秒，这就对数据采集提出了更高的要求。要求采集设备能够精确计时、实时采集，快速传输，而且数据量很大。如果没有及时采集数据或者传输数据将导致数据丢失，导致采集数据不完整、不齐全，则统计结果出现偏差，影响到生产决策所依赖的原始数据完整性。传统做法，有的采用网关采集，数据处理能力强、数据通信能力强，但其计时精确度、采集实时性不够，不能适应这种超短节拍的采集工作。有的采用单片机等采集设备，实时性非常高，计时也很精确，但其数据处理能力、数据通信能力无法满足数据量较大的工业现场应用。
另外，节拍数据需要精确计时，多个节拍数据需要有依据发生时间的时序关系。节拍周期短时，节拍产生较快，要求每个节拍数据不能漏采、不能丢失。由于数据量很大，每产生一个节拍就立即传输的方法并不合适，因此设计一种生产设备节拍高精度测量的方法及装置是十分有必要的。
发明内容
本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种生产设备节拍高精度测量的方法及装置，本发明采集的节拍精度高，同时具备实时采集、缓存存储、不丢数据、传输效率高、具有数据产生时序等优点，能够准确还原节拍数据的原始信息，丢弃重复获取的数据；本发明能为统计分析、作业排程、指挥调度提供真实决策数据，从而提高了提高生产效率。
本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种生产设备节拍高精度测量的方法，包括步骤：
(1)采用PLC IO采集器采集生产设备的IO信号，基于IO信号获得生产设备的节拍数据信息，并存储在PLC IO采集器的数据缓存区中，同时更新数据缓存区内的缓存表及当前计数值；
(2)网关设备批量读取节拍数据信息，通过算法还原原始节拍数据，根据节拍发生的时序关系，过滤节拍数据中的重复数据，并对数据服务器进行写入操作，将节拍数据传输存储到数据服务器中；
(3)终端设备通过应用程序从数据服务器中读取节拍数据，并根据应用需求对数据进行处理后展示给用户，让用户了解生产状况和设备状况，并做出相应的决策。
作为优选，所述步骤(1)中，若生产设备具备数据接口的情况下，还可利用网关设备通过数据接口直接读取生产设备的节拍数值信息。
作为优选，所述步骤(1)获得生产设备的节拍数值具体为：采用PLC IO采集器通过监视并采集代表生产设备节拍的IO信号，其中，一个IO信号的完整周期为一个节拍，IO信号的完整周期包括高电平时间和低电平时间；并探测该IO信号的高低电平变化及精确测量其持续时间，以此获得生产设备的节拍时间。
作为优选，所述PLC IO采集器采集IO信号时采用定时器精确计时，定时器精度达到1毫秒，确保采集节拍计时的精确度。
作为优选，所述的PLC IO采集器中的数据缓存区用于缓存采集到的节拍数据，按照节拍发生时间先后顺序依次存储，保持节拍数据的时序关系；其中，缓存区空间大小根据不同应用进行设置，设置缓存的大小原则为：存储数据在有效发送或被取走前，确保有足够的可存储空间，保证采集数据不丢失。
作为优选，所述的PLC IO采集器带有一个计数永久增长的计数器，每采集到一个节拍，计数值自动增一；在数据缓存区内存储着当前节拍产生时的计数值。
作为优选，所述的网关设备与PLC IO采集器数据通信时，一次性传输PLC IO采集器中的数据缓存区内的多个节拍数据，每一次通信数据包括节拍数据和节拍计数值；因此，网关设备读取数据时，可以通过节拍计数值，有效区分读取到的节拍数据是否有重复，并通过算法丢弃重复的数据。
作为优选，所述步骤(2)还原原始节拍数据具体为：由于采集到的每个节拍值是根据发生时间依次存储的，并且带有一个“当前计数值”，指示该表中最新那个节拍发生时的计数值；由此可以推算出，每一个节拍发生时其对应的节拍计数值，据此规则，还原出所有节拍数据的时序关系。
作为优选，所述步骤(2)过滤节拍数据中的重复数据的算法如下：
设本次获取到的数据块中的“当前计数值”为m；而上次获取到的数据块中的“当前计数值”为p；由于该计数值是始终增长的，因此有p>＝m；由此可以得到，本次新增的节拍值数量为p-m；因此，即使这次从采集单元中获取到的数据量较多，但新增的节拍值数量为p-m，只需要对新增的p-m个节拍这部分数据做处理即可，其余数据为重复获取数据，将其直接丢弃。
一种生产设备节拍高精度测量的系统，包括：PLC IO采集器、网关设备、数据服务器、终端设备；所述的PLC IO采集器用于对生产设备的节拍采集，具体通过IO信号方式采集；所述的网关设备用于数据处理和传输，把采集到的数据无遗漏地传输到数据服务器；所述的数据服务器用于存储采集到的节拍数据；所述的终端设备带有APP应用程序软件，用于从数据服务器获取节拍数据，对数据通过算法处理、展示、应用。
本发明的有益效果在于：本发明采集的节拍精度高，同时具备实时采集、缓存存储、不丢数据、传输效率高、具有数据产生时间等优点，能够准确还原节拍数据的原始信息，丢弃重复获取的数据；本发明能为统计分析、作业排程、指挥调度提供真实决策数据，从而提高了提高生产效率。
附图说明
图1是本发明背景技术中的现有装置示意图；
图2是本发明的装置结构示意图；
图3是本发明的方法流程示意图；
图4是本发明实施例的IO信号示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例：如图2所示，一种生产设备节拍高精度测量的方法及装置由PLC IO采集器、网关设备、数据服务器、终端设备组成；PLC IO采集器用于对生产设备的节拍采集，具体通过IO信号方式采集；网关设备用于数据处理和传输，把采集到的数据无遗漏地传输到数据服务器；数据服务器用于存储采集到的节拍数据；终端设备带有APP应用程序软件，用于从数据服务器获取节拍数据，对数据通过算法处理、展示、应用。
如图3所示，一种生产设备节拍高精度测量的方法，具体如下：
(1)采用PLC IO采集器采集生产设备的IO信号，基于IO信号获得生产设备的节拍数据信息，并存储在PLC IO采集器的数据缓存区中，同时更新数据缓存区内的缓存表及当前计数值；
具体的，获取节拍信息有两种方式。一是生产设备具备数据接口的情况下，可以直接读取生产设备中的节拍信息；二是可以通过生产设备的IO信号变化周期来计时。本发明采用PLC IO采集器，PLC为成熟的工控产品，其特点是：可靠性高、抗干扰能力强、稳定性好、实时性强、内置定时器和计数器、易于编程。用PLC作为IO采集器，来采集IO电平信号，能够满足工业现场采集性能要求。另外，网关设备既可以通过数据接口读取生产设备的节拍信息，也可以读取由PLC IO采集器采集到节拍数据。当数据接口不存在或者数据不开放的情况下，只能由PLC IO采集器来负责采集节拍数据。本发明中的PLC IO采集器，持续地实时监控并对生产设备输出的IO信号电平计时。IO信号如图4所示，IO信号的一个完整周期为一个节拍，分为高电平时间和低电平时间。探测该信号的高低电平变化及精确测量其持续时间，来获得该设备的节拍时间。
PLC IO采集器采集IO信号时，采用定时器精确计时，精度达到1毫秒，能完全适应于生产现场节拍采集精度要求，能确保采集到的节拍时间满足上层软件应用精度要求。
PLC IO采集器中带有一块数据缓存区，用于缓存采集到的节拍数据，每一个采集到的节拍数值，缓存在PLC IO采集器的寄存器空间。连续采集到的节拍数值，按照采集到的时间先后，依次存储，保持其时序的先后关系。存储在数据缓存块的节拍数据，依照节拍产生时间先后排列。例如：当前节拍的存储位置为A1,则上一个节拍的存储位置为A2，再上一个节拍的存储位置为A3，依次类推。缓存空间大小根据不同应用可设置，设置缓存的大小原则为：存储数据在有效发送或被取走前，确保有足够的可存储空间，保证采集数据不丢失。
PLC IO采集器中还有一个计数永久增长的计数器，每采集到一个节拍，计数值自动增一。计数值存储在数据缓存区内的固定位置，代表当前节拍产生时的计数值；每产生一个新的节拍，该计数值自动增一，该值始终增长。
综上所述，PLC IO采集器中存储的内容包括两部分：节拍数据块、节拍计数值。其中节拍数据块中存储着数个先后采集到的节拍数据，且始终保持着依据发生时间先后的时序关系。节拍计数值与最新一个节拍的发生时间相关联。PLC IO采集器缓存空间中的数据格式见表1。
表1
(2)网关设备批量读取节拍数据信息，通过算法还原原始节拍数据，根据节拍发生的时序关系，过滤节拍数据中的重复数据，并对数据服务器进行写入操作，将节拍数据传输存储到数据服务器中；
本发明中的网关设备，负责从生产设备直接读取节拍数据，或者从PLC IO采集器读取节拍数据。同时对读取到的数据把数据可靠地、完整地传输到数据服务器。网关与PLCIO采集器通信时，一次性传输PLC IO采集器中的缓存空间中的多个节拍数据，有效提高了通信效率。每一包通信数据，也包括节拍数据块和节拍计数值。因此，网关设备读取数据时，可以通过节拍计数值，有效区分读取到的节拍数据是否有重复，并通过算法丢弃重复的数据，具体如下：
通过算法还原节拍数据，且具有时序关系，能过滤掉重复数据：
采集到的数据格式如表一所示。从表1可以知道，每个节拍值，都是根据发生时间依次存储的。并且表中有一个“当前计数值”，指示该表中最新那个节拍发生时的计数值。可以推算出，每一个节拍发生时其对应的节拍计数值。据此规则，可以还原出所有节拍数据的时序关系。
设本次获取到的数据块中的“当前计数值”为m。而上次获取到的数据块中的“当前计数值”为p。由于该计数值为是始终增长的，因此有p>＝m。由此可以得到，本次新增的节拍值数量为p-m。因此，即使这次从采集单元中获取到的数据量较多，但新增的节拍值数量为p-m，只需要对新增的p-m个节拍这部分数据做处理即可，其余数据为重复获取数据，可以直接丢弃。
(3)终端设备通过应用程序从数据服务器中读取节拍数据，并根据应用需求对数据进行处理，然后通过文字、数字、图形、表格等形式展示给用户，让用户了解生产设备状况，并做出相应的决策。
综上所述，将本发明应用于某大型继电器制造厂流水线，应用了PLC IO采集器，有效获得了时间连续的、高精度的节拍数据。通过算法对节拍数据处理，以及APP数据展示，对该生产线设备的生产过程进行数据分析。利用节拍数据掌握生产线的生产能力，分析各工位可以减少的多余运转时间，发掘潜在生产力，对瓶颈工位进行预警和提示改进，实现了生产节拍的数据化、可视化分析，有效地提高了生产效率。
以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种生产设备节拍高精度测量的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)采用PLC IO采集器采集生产设备的IO信号，基于IO信号获得生产设备的节拍数据信息，并存储在PLC IO采集器的数据缓存区中，同时更新数据缓存区内的缓存表及当前计数值；
(2)网关设备批量读取节拍数据信息，通过算法还原原始节拍数据，根据节拍发生的时序关系，过滤节拍数据中的重复数据，并对数据服务器进行写入操作，将节拍数据传输存储到数据服务器中；
(3)终端设备通过应用程序从数据服务器中读取节拍数据，并根据应用需求对数据进行处理后展示给用户，让用户了解生产状况和设备状况，并做出相应的决策。
2.根据权利要求1所述的一种生产设备节拍高精度测量的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，若生产设备具备数据接口的情况下，还可利用网关设备通过数据接口直接读取生产设备的节拍数值信息。
3.根据权利要求1所述的一种生产设备节拍高精度测量的方法，其特征在于：所述步骤(1)获得生产设备的节拍数值具体为：采用PLC IO采集器通过监视并采集代表生产设备节拍的IO信号，其中，一个IO信号的完整周期为一个节拍，IO信号的完整周期包括高电平时间和低电平时间；并探测该IO信号的高低电平变化及精确测量其持续时间，以此获得生产设备的节拍时间。
4.根据权利要求1所述的一种生产设备节拍高精度测量的方法，其特征在于：所述PLCIO采集器采集IO信号时采用定时器精确计时，定时精度达到1毫秒，确保采集节拍计时的精确度。
5.根据权利要求1所述的一种生产设备节拍高精度测量的方法，其特征在于：所述的PLC IO采集器中的数据缓存区用于缓存采集到的节拍数据，按照节拍发生时间先后顺序依次存储，保持节拍数据的时序关系；其中，缓存区空间大小根据不同应用进行设置，设置缓存的大小原则为：存储数据在有效发送或被取走前，确保有足够的可存储空间，保证采集数据不丢失。
6.根据权利要求1所述的一种生产设备节拍高精度测量的方法，其特征在于：所述的PLC IO采集器带有一个计数永久增长的计数器，每采集到一个节拍，计数值自动增一；在数据缓存区内存储着当前节拍产生时的计数值。
7.根据权利要求1所述的一种生产设备节拍高精度测量的方法，其特征在于：所述的网关设备与PLC IO采集器数据通信时，一次性传输PLC IO采集器中的数据缓存区内的多个节拍数据，每一次通信数据包括节拍数据和节拍计数值；因此，网关设备读取数据时，可以通过节拍计数值，有效区分读取到的节拍数据是否有重复，并通过算法丢弃重复的数据。
8.根据权利要求1所述的一种生产设备节拍高精度测量的方法，其特征在于：所述步骤(2)还原原始节拍数据具体为：由于采集到的每个节拍值是根据发生时间依次存储的，并且带有一个“当前计数值”，指示该表中最新那个节拍发生时的计数值；由此可以推算出，每一个节拍发生时其对应的节拍计数值，据此规则，还原出所有节拍数据的时序关系。
9.根据权利要求8所述的一种生产设备节拍高精度测量的方法，其特征在于：所述步骤(2)过滤节拍数据中的重复数据的算法如下：设本次获取到的数据块中的“当前计数值”为m；而上次获取到的数据块中的“当前计数值”为p；由于该计数值为是始终增长的，因此有p≥m；由此可以得到，本次新增的节拍值数量为p-m；因此，即使这次从采集单元中获取到的数据量较多，但新增的节拍值数量为p-m，只需要对新增的p-m个节拍这部分数据做处理即可，其余数据为重复获取数据，将其直接丢弃。
10.一种生产设备节拍高精度测量的系统，其特征在于，包括：PLC IO采集器、网关设备、数据服务器、终端设备；所述的PLC IO采集器用于对生产设备的节拍采集，具体通过IO信号方式采集；所述的网关设备用于数据处理和传输，把采集到的数据无遗漏地传输到数据服务器；所述的数据服务器用于存储采集到的节拍数据；所述的终端设备带有APP应用程序软件，用于从数据服务器获取节拍数据，对数据通过算法处理、展示、应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200414 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |