CN111176201A - 一种机联网系统的设备信息采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能生产技术领域，具体涉及一种机联网系统的设备信息采集系统，包括设备端采集盒、车间端接收盒以及服务器；设备端采集盒包括:交流电互感器、交流电流采集模块、无线WIFI发送模块；车间端接收盒包括：4G无线路由器和工控机，工控机接收4G无线路由器转发的Modbus‑TCP报文并与设置的设备状态电流阈值相对比，从而计算出设备的工作状态。本发明只需要在设备的总供电处安装设备端采集盒，通过交流电互感器和交流电采集模块采集驱动设备工作的电机的电流，将电流信号发送给车间端接收盒，通过工控机计算比较来判断设备的工作状态，不需要对原有设备进行改造，不影响现有的生产工艺，尤其适合将比较老旧的设备引入到机联网系统中。

Description

一种机联网系统的设备信息采集系统

技术领域

本发明属于智能生产技术领域，具体涉及一种机联网系统的设备信息采集系统。

背景技术

产业智联网是我国产业升级，成为制造业强国的重要手段，是政府目前重点扶持和支持的技术创新产业，机联网作为产业智联网的最基本阶段，工厂最急需解决的是将设备连入机联网。

目前实现机联网的方式根据设备的基本配置不同主要采用以下方式：

1、对于近五年生产的大型高精密设备，一般可直接用网线网络的方式对接设备专门的数据采集接口，一般为“OPC”通信协议。这是一种广泛应用于自动化控制、仪器仪表机过程控制相关设备的数据采集领域的国际性行业标准。这种数据采集方式在注塑、吹塑等行业比较常见。但是此种开通“OPC通信协议”费用较高，给企业增加了额外的负担。

2、对于内部没有“OPC通信协议”的大型高精密设备，可采用“文件读写”的方式来做数据采集。修改设备本身的配置参数，命令设备在加工过程中将日志文件存储在设备自身文件管理系统里的某个路径内，再由“机联网”软件通过网线连接的方式读取这个日志，从而获取到设备的生产加工数据。此方法需要修改设备的内部参数，存在一定的安全隐患。

3、对于内部使用了PLC的中型一般精密设备，可以通过读取PLC内部数据的方式来采集设备数据。国内的大多数非标自动化设备都采用了PLC作为核心控制元件。此种方法需要高度依赖设备商，必须有设备商的现场指导才能完成接线，容易出现设备故障。

4、对于数控机床设备，可以针对各个厂家的控制系统，通过网线或串口线做专门的数据通信。比较常见的数控机床控制系统比如Funac和SIEMENS都有自己的一套对外数据通信协议，“机联网”开发商可以针对不同的数控协议做数据采集。此种设备也需要拆解设备面板，多设备做轻微改造。

5、对于没有使用PLC的年代比较老的设备，如果设备有三色灯，则可以通过连接三色灯来采集设备基本的状态变化信号。此种方法数据采集量少，只能采集到设备的加工、待机和报警状态。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的各种缺陷，提供一种针对以电机作为驱动的设备、不需要对原有设备进行改造的机联网系统的设备信息采集系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种机联网系统的设备信息采集系统，其特征在于：包括：设置在所述设备的电控柜旁的设备端采集盒、安装在车间内的车间端接收盒以及服务器；

所述设备端采集盒包括:

连接在给设备供电的三相电处的交流电互感器,所述交流电互感器将设备总供电线上的大电流转化成小电流信号；

与所述交流电互感器电连接的交流电流采集模块，所述交流电流采集模块采集所述交流电互感器传输的小电流信号，并转换成Modbus-RTU模拟信号；

无线WIFI发送模块，用来接收Modbus-RTU模拟信号并将其转化成Modbus-TCP报文；

所述车间端接收盒包括：

4G无线路由器，用来接收所述无线WIFI发送模块发送的Modbus-TCP报文；

工控机，接收所述4G无线路由器转发的Modbus-TCP报文并与设置的设备状态电流阈值相对比，从而计算出设备的工作状态；

所述工控机每检测到一次设备工作状态的变化就向服务器发送设备状态变更记录信号。

进一步地，所述交流电互感器采用开合式互感器。

进一步地，所述设备端采集盒还包括采集母盒、固定在所述采集母盒内的网格状采集安装板、通过扎带固定在所述网格状采集安装板上的第一金属导槽和安装在所述第一金属导槽上的采集开关电源；所述交流电采集模块和所述无线WIFI发送模块均安装在所述第一金属导槽上。

进一步地，所述车间端接收盒包括：接收母盒、固定在所述接收母盒内的网格状接收安装板、通过扎带固定在所述网格状接收安装板上的第二金属导槽、安装在所述第二金属导槽上的接收开关电源以及通过扎带固定在所述网格状接收安装板上支架，所述工控机安装在所述支架上。

进一步地，所述4G无线路由器安装在所述第二金属导槽上。

进一步地，所述采集开关电源和所述接收开关电源均采用12V导轨开关电源。

进一步地，所述交流电互感器和交流电流采集模块为一体集成件，采用汇点科技的HD40A40A8GK型号，为带有开合式互感器的8路交流电采集器。

更进一步地，所述工控机采用昂台的X30A-J1900的型号。

本发明的一种机联网系统的设备信息采集系统的有益效果是：针对以电机作为驱动的设备，只需要在设备的总供电处安装设备端采集盒，通过交流电互感器和交流电采集模块采集驱动设备工作的电机的电流，将电流信号发送给车间端接收盒，通过车间端接收盒的工控机计算比较来判断设备的工作状态，不需要对原有设备进行改造，不影响现有的生产工艺，尤其适合将比较老旧的设备引入到机联网系统中。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的采集系统结构图；

图2是本发明实施例的设备端采集盒结构图；

图3是本发明实施例的车间端接收盒结构图。

图中:1、服务器，2、交流电互感器，3、交流电流采集模块，4、无线WIFI发送模块，5、4G无线路由器，6、工控机，7、采集母盒，8、第一金属导槽，9、采集开关电源，10、接收母盒，11、第二金属导槽，12、接收开关电源。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明实施例适用于对主要以电机作为驱动的设备的工作状态的采集和监控。

如图1-图3所示的本发明的一种机联网系统的设备信息采集系统的具体实施例，包括：设置在设备的电控柜旁的设备端采集盒、安装在车间内的车间端接收盒以及服务器1；

设备端采集盒包括:

连接在给设备供电的三相电处的交流电互感器2，交流电互感器2将设备总供电线上的大电流转化成小电流信号；

与交流电互感器2电连接的交流电流采集模块3，交流电流采集模块3采集交流电互感器2传输的小电流信号，并转换成Modbus-RTU模拟信号；

无线WIFI发送模块4，用来接收Modbus-RTU模拟信号并将其转化成Modbus-TCP报文；

车间端接收盒包括：

4G无线路由器5，用来接收无线WIFI发送模块4发送的Modbus-TCP报文；

工控机6，接收4G无线路由器5转发的Modbus-TCP报文并与设置的设备状态电流阈值相对比，从而计算出设备的工作状态；

工控机6每检测到一次设备工作状态的变化就向服务器1发送设备状态变更记录信号。

本实施例中，交流电互感器2和交流电流采集模块3为一体集成件，采用汇点科技的HD40A40A8GK型号，为带有开合式互感器的8路交流电采集器。采用开合式互感器不需要对设备供电柜的线路做改接，直接把互感器打开，然后扣到设备的三相线上即可。

如图2所示，设备端采集盒还包括采集母盒7、固定在采集母盒7内的网格状采集安装板、通过扎带固定在网格状采集安装板上的第一金属导槽8和安装在第一金属导槽8上的采集开关电源9；交流电采集模块和无线WIFI发送模块4均安装在第一金属导槽8上。

一台设备需要接3个交流电互感器2，所以8路交流电采集器可以接两个设备。一般而言，车间的设备都是靠近承重柱部署的，因为供电箱安装在承重柱上，所以设备端采集最好安装在供电箱旁。

设备端采集和的安装步骤为：

1、采集母盒7固定安装在供电箱旁边，通过扎带将第一金属导槽8安装在网格状采集安装板上。

2、在第一金属导槽8上安装采集开关电源9、交流互感器和无线WIFI发送模块4。

采集开关电源9用来从工业现场接入高压交流电，转化成直流电，给交流电采集模块和无线WIFI模块供电。

如图3所示，车间端接收盒包括：接收母盒10、固定在接收母盒10内的网格状接收安装板、通过扎带固定在网格状接收安装板上的第二金属导槽11、安装在第二金属导槽11上的接收开关电源12以及通过扎带固定在网格状接收安装板上支架，工控机6安装在支架上。4G无线路由器5安装在第二金属导槽11上。

本实施例中，采集开关电源9和接收开关电源12均采用12V导轨开关电源。工控机6采用昂台的X30A-J1900的型号，无线WIFI发送模块4采用导轨式WIFI串口服务器1。

车间端接收盒的安装步骤为：

1、将接收母盒10安装在车间内，然后通过扎带在网格状接收安装板上安装第二金属导槽11和支架。

2、在第二金属导槽11上安装接收开关电源12和4G无线路由器5，将工控机6安装在支架上。4G无线路由器5需要插入4G物联网卡。

3、在工控机6上安装以下软件：

本发明实施例的具体工作过程为：

交流电互感器2将设备总供线上的大电流转化成小电流，电流采集模块采集到交流电互感器2上的小电流信号(一般0～5A)，并转化成Modbus-RTU模拟信号，无线WIFI发送模块4接收Modbus-RTU模拟信号并将其转化成Modbus-TCP报文；Modbus-TCP报文通过4G无线路由器5转发给工控机6。

工控机6为每一台设备设定一系列电流状态判断阈值，计算出设备的当前状态。

以某个数控机床为例，考虑到现场干扰带来的误差，当数控机床供电柜电流小于0.5A时，判定数控机床处于停机状态；当数控机床供电柜电流大于0.5A且小于10A时，判定数控机床处于待机状态；当数控机床供电柜电流大于10A且小于13A时，判定数控机床处于加工状态；当数控机床供电柜电流大于13A且小于15A时，判定刀具轻微磨损故障；当当数控机床供电柜电流大于15A时，判定主轴旋转或者刀具进给故障或机械碰撞。

在实施过程中，可以观察设备在各种状态下的电流变化，逐步添加其他的“设备状态-电流阈值判定”数据，从而达到尽可能全面的设备工艺变化数据。

每次检测到设备的状态变化，工控机6网服务器1记录一条“设备状态变更”，用于后期统计设备使用率和设备开机率等。

每次检测到设备状态从“加工”状态切换到“待机”状态，工控机6就往服务器1中插入一条“加工完成”记录，用于后期统计设备的产能。

另外本发明的服务器1可以是部署在企业中心机房的某个内网服务器1，对于没有硬件条件的企业，可以将数据直接存储在公网云数据库上。

本发明实施例的机联网系统的设备信息采集系统只需要在设备的总供电处安装设备端采集盒，通过交流电互感器2和交流电采集模块采集驱动设备工作的电机的电流，将电流信号发送给车间端接收盒，通过车间端接收盒的工控机6计算比较来判断设备的工作状态，不需要对原有设备进行改造，不影响现有的生产工艺，尤其适合将比较老旧的设备引入到机联网系统中。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种机联网系统的设备信息采集系统，其特征在于：包括：设置在所述设备的电控柜旁的设备端采集盒、安装在车间内的车间端接收盒以及服务器(1)；

所述设备端采集盒包括:

连接在给设备供电的三相电处的交流电互感器(2)，所述交流电互感器(2)将设备总供电线上的大电流转化成小电流信号；

与所述交流电互感器(2)电连接的交流电流采集模块(3)，所述交流电流采集模块(3)采集所述交流电互感器(2)传输的小电流信号，并转换成Modbus-RTU模拟信号；

无线WIFI发送模块(4)，用来接收Modbus-RTU模拟信号并将其转化成Modbus-TCP报文；

所述车间端接收盒包括：

4G无线路由器(5)，用来接收所述无线WIFI发送模块(4)发送的Modbus-TCP报文；

工控机(6)，接收所述4G无线路由器(5)转发的Modbus-TCP报文并与设置的设备状态电流阈值相对比，从而计算出设备的工作状态；

所述工控机(6)每检测到一次设备工作状态的变化就向服务器(1)发送设备状态变更记录信号。

2.根据权利要求1所述的一种机联网系统的设备信息采集系统，其特征在于：所述交流电互感器(2)采用开合式互感器。

3.根据权利要求1所述的一种机联网系统的设备信息采集系统，其特征在于：所述设备端采集盒还包括采集母盒(7)、固定在所述采集母盒(7)内的网格状采集安装板、通过扎带固定在所述网格状采集安装板上的第一金属导槽(8)和安装在所述第一金属导槽(8)上的采集开关电源(9)；所述交流电采集模块和所述无线WIFI发送模块(4)均安装在所述第一金属导槽(8)上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种机联网系统的设备信息采集系统，其特征在于：所述车间端接收盒包括：接收母盒(10)、固定在所述接收母盒(10)内的网格状接收安装板、通过扎带固定在所述网格状接收安装板上的第二金属导槽(11)、安装在所述第二金属导槽(11)上的接收开关电源(12)以及通过扎带固定在所述网格状接收安装板上的支架，所述工控机(6)安装在所述支架上。

5.根据权利要求4所述的一种机联网系统的设备信息采集系统，其特征在于：所述4G无线路由器(5)安装在所述第二金属导槽(11)上。

6.根据权利要求4所述的一种机联网系统的设备信息采集系统，其特征在于：所述采集开关电源(9)和所述接收开关电源(12)均采用12V导轨开关电源。

7.根据权利要求1所述的一种机联网系统的设备信息采集系统，其特征在于：所述交流电互感器(2)和交流电流采集模块(3)为一体集成件，采用汇点科技的HD40A40A8GK型号，为带有开合式互感器的8路交流电采集器。

8.根据权利要求1所述的一种机联网系统的设备信息采集系统，其特征在于：所述工控机(6)采用昂台的X30A-J1900型号。

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