CN113156849B - 工业设备数据采集方法及其系统、存储介质 - Google Patents

工业设备数据采集方法及其系统、存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种工业设备数据采集方法及其系统、存储介质。工业设备数据采集方法包括:设置数据采集频率步骤、设置数据上传频率步骤、设置电源供电步骤、数据存储及上传控制步骤。本发明可实现对同类工业设备实时运行参数的大规模采集,实现对工业设备的运行参数进行大数据收集和监测,支持远程配置,能够适应各种应用场合;且采用无线传输无需布线,可以安装在想要获取数据的任何位置,支持远程校时,满足数据更精细化管理的需求,采集的数据更加准确;实时获取的采集信息的数值量程具有多个,拥有超宽量程范围,且设置小量程具有高的数据精度,数据采集更准确;电源只有在数据采集或数据上传时打开,避免能源浪费。

Description

工业设备数据采集方法及其系统、存储介质
技术领域
本申请涉及工业自动化技术领域,具体涉及一种工业设备数据采集方法及其系统、存储介质。
背景技术
目前,以数控机床、工业机器人为主的工业设备已经成为我国工业生产和加工的主流工作设施,其运行的能耗直接影响工业产出的成本。
现有的工业设备数据采集对于获取工业设备状态,对维护管理和故障诊断十分必要。现有数据采集系统种类很多,但都不是针对工业设备设计的,无法满足工业设备的实际数据采集需求。主要问题是现有的工业设备数据采集系统功能有限,可以采集的传感器信号是固定的且均需布线,而且无法根据实际需求进行灵活调整。同时,现有的工业设备的数据采集并不支持远程配置,无法现实远程控制以及大数据收集和监测,并且电源持续供电,导致能源浪费,若设置间断时长监控时,并不能根据实际需求调节间隔时长,而且极易出现时间错位,导致检测的数据与实际时间出现偏差。
因此,单台工业设备单独控制数据采集。在所有同类工业设备大数据收集方面薄弱,无法现实远程控制以及大数据收集和监测,不适应各种应用场合,且存在能源浪费、数据采集不准确的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种工业设备数据采集方法及其系统、存储介质,实现对同类工业设备实时运行参数的大规模采集,实现对工业设备的运行参数进行大数据收集和监测,以解决现有技术无法现实远程控制以及大数据收集和监测,不适应各种应用场合,且存在能源浪费、数据采集不准确的技术问题。
本申请实施例提供一种工业设备数据采集方法,包括以下步骤:
设置数据采集频率步骤,设置工业设备上的数据采集单元的数据采集频率;
设置数据上传频率步骤,设置与所述数据采集单元相连接的数据传输单元的数据上传频率;
设置电源供电步骤,设置与所述数据采集单元及所述数据传输单元相连接的电源的开启和关闭时间,所述电源的开启时间与所述数据采集单元的数据采集频率及所述数据传输单元的数据上传频率同步设置;
数据存储及上传控制步骤,在每一次数据采集后,与所述数据采集单元相连接的存储器存储每一工业设备的实时采集数据;在数据上传时,所述数据传输单元读取所述存储器的采集数据并上传自前一次数据上传节点之后的所有实时采集数据。
进一步地,所述设置数据采集频率步骤及所述设置数据上传频率步骤的方式包括远程配置方式。
进一步地,在所述存储器存储每一工业设备的实时采集数据时,具体包括:
数据采集单元信息获取步骤,获取所述数据采集单元的采集信息,对应获取所述数据采集单元相对应的工业设备的地址信息;
远程校时步骤,对所述数据采集单元的采集时间进行远程校时,获取采集时间信息;以及
集成实时采集数据步骤,将所述工业设备的地址信息及所述采集时间信息与所述数据采集单元的采集信息共同集成为每一工业设备的实时采集数据。
进一步地,在获取所述数据采集单元的采集信息时,还包括:
量程范围设置步骤,设置两个以上量程,每一量程为偏离0值的正负范围,任意两个量程的范围不同;
量程调节步骤,实时获取所述数据采集单元的采集信息并检测该采集信息的数值,采用适用于该采集信息的数值的最小量程。
进一步地,在所述量程调节步骤中,当所述数据采集单元的采集信息的量程进行更换时发出报警信号。
进一步地,所述两个以上量程包括第一量程以及第二量程,其中所述第一量程的范围小于所述第二量程的范围,所述第一量程的精度大于所述第二量程的精度。
进一步地,在设置数据采集频率步骤之前还包括:布置数据采集系统步骤,所述数据采集系统包括相连接的核心控制单元、数据采集单元、数据传输单元、电源以及存储器;所述数据采集单元设置于所述工业设备上;所述核心控制单元与所述数据采集单元及所述数据传输单元之间均采用无线传输方式连接,所述核心控制单元及所述数据传输单元与一服务器采用无线传输方式连接。
本发明还提供一种工业设备数据采集系统,用于实施权利要求1所述的工业设备数据采集方法;所述工业设备数据采集系统包括相连接的核心控制单元、数据采集单元、数据传输单元、电源以及存储器;所述数据采集单元设置于所述工业设备上;所述核心控制单元与所述数据采集单元及所述数据传输单元之间均采用无线传输方式连接,所述核心控制单元及所述数据传输单元与一服务器采用无线传输方式连接。
进一步地,所述核心控制单元内包括电源管理单元,所述电源管理单元与所述电源电性连接;所述数据采集单元为振动传感器、温度传感器、气压传感器中的任一种。
本发明还提供一种存储介质,所述存储介质存储有多条指令,所述指令适于处理器进行加载,以执行所述的工业设备数据采集方法中的至少一步骤。
本发明的优点在于:提供一种工业设备数据采集方法及其系统、存储介质,可实现对同类工业设备实时运行参数的大规模采集,实现对工业设备的运行参数进行大数据收集和监测,支持远程配置,能够适应各种应用场合;且采用无线传输无需布线,可以安装在想要获取数据的任何位置,支持远程校时,满足数据更精细化管理的需求,采集的数据更加准确;实时获取的采集信息的数值量程具有多个,拥有超宽量程范围,且设置小量程具有高的数据精度,数据采集更准确;电源只有在数据采集或数据上传时打开,避免了能源浪费。
附图说明
下面结合附图,通过对本申请的具体实施方式详细描述,将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本发明实施例中工业设备数据采集系统的结构示意图;
图2为本发明实施例中核心控制单元的结构示意图;
图3为本发明实施例中数据采集单元的结构示意图;
图4为本发明实施例中电源管理单元的结构示意图;
图5为本发明实施例中数据传输单元的结构示意图;
图6为本发明实施例中一种工业设备数据采集方法的流程图;
图7为本发明实施例中在所述存储器存储每一工业设备的实时采集数据时的具体步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域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,都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本申请。此外,本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本发明提供一种工业设备数据采集系统,用于实施工业设备数据采集方法。所述工业设备数据采集系统优选为无线振动传感器数据节点(简称数据节点),尤其是配合智能网关无线采集设备振动状态的数据节点。
如图1所示,图1为工业设备数据采集系统的结构示意图,所述工业设备数据采集系统(即无线振动传感数据节点)包括外壳100、核心控制单元200、数据采集单元300、电源管理单元400、数据传输单元500。核心控制单元200、数据采集单元300、电源管理单元400、数据传输单元500均焊接在PCB上,PCB固定在外壳100里面。其中数据采集单元300、电源管理单元400、数据传输单元500均与核心控制单元200相连接。
所述工业设备数据采集系统还包括与核心控制单元200、数据采集单元300、数据传输单元500相连接的电源(BATT)420以及存储器。具体的,所述电源管理单元400包括所述电源420及与所述电源420相互电性连接的BMS电池管理系统410;BMS电池管理系统410俗称之为电池保姆或电池管家,主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。所述BMS电池管理系统410通过通信接口分别与无线通信模组及显示模组连接,所述采集模组的输出端与BMS电池管理系统410的输入端连接,所述BMS电池管理系统410的输出端与控制模组的输入端连接,所述控制模组分别与电池组及电气设备连接,所述BMS电池管理系统410通过无线通信模块与Server服务器(也称服务器或远程主机)连接。
所述数据采集单元300设置于所述工业设备上;所述数据采集单元300为振动传感器、温度传感器、气压传感器中的任一种。为了便于安装,所述核心控制单元200与所述数据采集单元300及所述数据传输单元500之间均采用无线传输方式连接,所述核心控制单元200及所述数据传输单元500与一服务器采用无线传输方式连接。
如图2所示,图2为核心控制单元200的结构示意图,核心控制单元200由电平转换单元210以及单片机单元220组成,数据节点的核心算法以及控制均在改单元实现。
如图3所示,图3为数据采集单元300的结构示意图,在实际应用中,数据采集单元300优选为振动传感器,安装在需要采集振动数据的设备上,打开电源开关后系统会自动运行,采集设备运行或者停机时的振动数据。数据采集单元300由电平转换单元310以及6轴运动处理组件320组成,6轴运动处理组件包括MPU-6000、MPU-60X0或MPU-6050,优选为MPU-6050,在图3中用MPU-6050代表6轴运动处理组件320;MPU-6000(6050)为全球首例整合性6轴运动处理组件,相较于多组件方案,免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题,减少了大量的封装空间。当连接到三轴磁强计时,MPU-60X0提供完整的9轴运动融合输出到其主I2C或SPI端口(SPI仅在MPU-6000上可用)。MPU-6000(6050)的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec (dps),可准确追踪快速与慢速动作,并且,用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g、±8g与±16g。产品传输可透过最高至400kHz的IIC或最高达20MHz的SPI(MPU-6050没有SPI)。MPU-6000可在不同电压下工作,VDD供电电压介为2.5V±5%、3.0V±5%或3.3V±5%,逻辑接口VDDIO供电为1.8V± 5%(MPU6000仅用VDD)。MPU-6000的包装尺寸4x4x0.9mm(QFN),在业界是革命性的尺寸。其他的特征包含内建的温度感测器、包含在运作环境中仅有±1%变动的振荡器。
如图4所示,图4为电源管理单元400的结构示意图,电源管理单元400包括相互电性连接的BMS电池管理系统410和电源420;在图4中用BMS代表BMS电池管理系统410,用BATT代表电源420;在电源开关打开后电源管理单元400就开始管理数据节点整套系统的电源。根据数据节点运行状态切换节点的供电状态,通过节能来延长设备的使用寿命。根据数据节点的不同运行状态,电源管理单元400动态调整各部件功率,降低系统功耗,延长电池使用寿命。
如图5所示,图5为数据传输单元500的结构示意图,数据传输单元500由电平转换单元510以及数据传输模块520组成,数据节点根据配置的上传频率上传数据到网关处。
本实施例中,远程主机(即服务器)通过数据传输单元500采集的配置信息下发到数据节点100。数据节点按照配置信息通过数据采集传感器300采集当前设备振动数据。数据节点通过数据传输单元500用无线传输的方式将数据到远程主机。数据节点中的数据采集、分析、传输等均通过核心控制单元200完成。
本实施例中,数据节点无需外部供电,无需现场布线即可正常工作。可被任意方向,任意角度固定在被测物上。数据节点可主动学习环境参数来排除环境扰动造成的影响。根据不同客户场景,数据节点可远程配置量程范围,测量频率,数据上传频率等参数,在满足测量需求的情况下主动优化功耗,增加使用寿命。数据节点可利用数据传输功能和远程主机的ntp功能实现远程校时,达到数据精细化管理的需求。
基于前文所述的工业设备数据采集系统(即无线振动传感数据节点),如图6所示,本申请实施例提供一种工业设备数据采集方法,包括步骤S1-S5。
S1、设置数据采集频率步骤,设置工业设备上的数据采集单元300的数据采集频率。
S2、布置数据采集系统步骤,所述数据采集系统包括相连接的核心控制单元200、数据采集单元300、数据传输单元500、电源以及存储器;所述数据采集单元300设置于所述工业设备上;所述核心控制单元200与所述数据采集单元300及所述数据传输单元500之间均采用无线传输方式,所述核心控制单元200及所述数据传输单元500与一服务器采用无线传输方式。
S3、设置数据上传频率步骤,设置与所述数据采集单元300相连接的数据传输单元500的数据上传频率。所述设置数据采集频率步骤及所述设置数据上传频率步骤的方式包括远程配置方式。其中步骤S2、S3的顺序可以调换。
S4、设置电源供电步骤,设置与所述数据采集单元300及所述数据传输单元500相连接的电源的开启和关闭时间,所述电源的开启时间与所述数据采集单元300的数据采集频率及所述数据传输单元500的数据上传频率同步设置。
S5、数据存储及上传控制步骤,在每一次数据采集后,与所述数据采集单元300相连接的存储器存储每一工业设备的实时采集数据;在数据上传时,所述数据传输单元500读取所述存储器的采集数据并上传自前一次数据上传节点之后的所有实时采集数据。
如图7所示,本实施例中步骤S5中,在所述存储器存储每一工业设备的实时采集数据时,具体包括S51-S53。
S51、数据采集单元信息获取步骤,获取所述数据采集单元300的采集信息,对应获取所述数据采集单元300相对应的工业设备的地址信息;其中,在获取所述数据采集单元300的采集信息时包括:量程范围设置步骤,设置两个以上量程,每一量程为偏离0值的正负范围,任意两个量程的范围不同;以及量程调节步骤,实时获取所述数据采集单元300的采集信息并检测该采集信息的数值,采用适用于该采集信息的数值的最小量程;所述两个以上量程包括第一量程以及第二量程,其中所述第一量程的范围小于所述第二量程的范围,所述第一量程的精度大于所述第二量程的精度。当所述数据采集单元300的采集信息的量程进行更换时发出报警信号。
S52、远程校时步骤,对所述数据采集单元300的采集时间进行远程校时,获取采集时间信息。本实施例支持远程校时,满足数据更精细化管理的需求,采集的数据更加准确。
S53、集成实时采集数据步骤,将所述工业设备的地址信息及所述采集时间信息与所述数据采集单元300的采集信息共同集成为每一工业设备的实时采集数据。
本实施例中,本发明还提供一种存储介质,所述存储介质存储有多条指令,所述指令适于处理器进行加载,以执行所述的工业设备数据采集方法中的至少一步骤。
本发明的优点在于:提供一种工业设备数据采集方法及其系统、存储介质,可实现对同类工业设备实时运行参数的大规模采集,实现对工业设备的运行参数进行大数据收集和监测,支持远程配置,能够适应各种应用场合;且采用无线传输无需布线,可以安装在想要获取数据的任何位置,支持远程校时,满足数据更精细化管理的需求,采集的数据更加准确;实时获取的采集信息的数值量程具有多个,拥有超宽量程范围,且设置小量程具有高的数据精度,数据采集更准确;电源只有在数据采集或数据上传时打开,避免了能源浪费。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例所提供的一种无线振动传感器数据节点进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想;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申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种工业设备数据采集方法,其特征在于,包括步骤: 设置数据采集频率步骤,设置工业设备上的数据采集单元的数据采集频率; 设置数据上传频率步骤,设置与所述数据采集单元相连接的数据传输单元的数据上传频率; 设置电源供电步骤,设置与所述数据采集单元及所述数据传输单元相连接的电源的开启和关闭时间,所述电源的开启时间与所述数据采集单元的数据采集频率及所述数据传输单元的数据上传频率同步设置; 数据存储及上传控制步骤,在每一次数据采集后,与所述数据采集单元相连接的存储器存储每一工业设备的实时采集数据;在数据上传时,所述数据传输单元读取所述存储器的采集数据并上传自前一次数据上传时间节点之后的所有实时采集数据;
与所述数据采集单元相连接的存储器存储每一工业设备的实时采集数据的步骤,具体包括如下步骤: 数据采集单元信息获取步骤,获取所述数据采集单元的采集信息,对应获取所述数据采集单元相对应的工业设备的地址信息;
远程校时步骤,对所述数据采集单元的采集时间进行远程校时,获取采集时间信息;以及 集成实时采集数据步骤,将所述工业设备的地址信息及所述采集时间信息与所述数据采集单元的采集信息共同集成为每一工业设备的实时采集数据;
所述数据采集单元信息获取步骤包括: 量程范围设置步骤,设置两个以上量程,每一量程为偏离0值的正负范围,任意两个量程的范围不同;以及 量程调节步骤,实时获取所述数据采集单元的采集信息并检测该采集信息的数值,采用适用于该采集信息的数值的最小量程。
2.如权利要求1所述的工业设备数据采集方法,其特征在于, 所述设置数据采集频率步骤及所述设置数据上传频率步骤的方式包括远程配置方式。
3.如权利要求1所述的工业设备数据采集方法,其特征在于,在所述量程调节步骤中,当所述数据采集单元的采集信息的量程进行更换时发出报警信号。
4.如权利要求1所述的工业设备数据采集方法,其特征在于,所述两个以上量程包括第一量程以及第二量程,其中所述第一量程的范围小于所述第二量程的范围,所述第一量程的精度大于所述第二量程的精度。
5.如权利要求1所述的工业设备数据采集方法,其特征在于,在设置数据采集频率步骤之前还包括: 布置工业设备数据采集系统步骤,所述工业设备数据采集系统包括相连接的核心控制单元、数据采集单元、数据传输单元、电源以及存储器;所述数据采集单元设置于所述工业设备上;所述核心控制单元与所述数据采集单元及所述数据传输单元之间均采用无线传输方式连接,所述核心控制单元及所述数据传输单元与一服务器采用无线传输方式连接。
6.一种工业设备数据采集系统,其特征在于,用于实施权利要求1所述的工业设备数据采集方法;所述工业设备数据采集系统包括相连接的核心控制单元、数据采集单元、数据传输单元、电源以及存储器;所述数据采集单元设置于所述工业设备上;所述核心控制单元与所述数据采集单元及所述数据传输单元之间均采用无线传输方式连接,所述核心控制单元及所述数据传输单元与一服务器采用无线传输方式连接。
7.如权利要求6所述的工业设备数据采集系统,其特征在于, 所述核心控制单元内包括电源管理单元,所述电源管理单元与所述电源电性连接; 所述数据采集单元为振动传感器、温度传感器、气压传感器中的任一种。
8.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有多条指令,所述指令适于处理器进行加载,以执行权利要求1至4任一项所述的工业设备数据采集方法中的步骤。
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