CN114625039A - 一种医药行业基于scada数据采集及3d效果监控显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、配置现场侧与非现场侧系统，用于对管理用设备及生产用设备进行布置连线，确保数据采集过程的高效；S2、第三方设备数据采集，用于对第三方非标准协议的设备进行数据采集，能够对不同非标准协议设备同时采集数据；S3、HMI设计，能够将不同非标准协议设备的三维图像进行刻画，在采集以及处理不同非标准协议设备的三维图像时进行模型提醒；SCADA系统作为数据统一采集及管理，实现非标设备的数据采集及管理满足了整个生产流程的数据完整性要求；现场设备3D模型嵌入HMI当中，可满足现场设备与实际监控显示效果做到“一比一”还原；让整个生产流程更加形象。
Description
技术领域
本发明涉及医药生产监控领域，尤其涉及一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法。
背景技术
在医药行业中，药企的生产环节关注最多的就是数据完整性。数据完成性的意义在于数据的整个生命周期内所有数据均能保持完整性、一致性和准确性。要实现数据完整性，前提基础就是数据采集及记录的完整。成品药生产的整个过程大多由第三方成套设备拼接完成，各自的生产设备完成一个环节的生产任务。这些第三方成套设备要完成对应的生产动作，势必会配置对应的控制系统或控制器来执行操作任务。这些控制系统具备独立的数据存储及管理，大量第三方设备独立的数据管理对企业本身质量管理存在很大的不便性。且部分第三方设备所带有的通讯协议为非标准的私有协议，无法采用常规的通讯手段实现数据平台统一管理。
在常规的HMI监控画面中，体现现场设备部分图例大多采用椭圆、三角形、长方形等小块拼接而成，采用渐变色体现设备立体感，这种方式展示效果设备带入感较差。
例如，一种在中国专利文献上公开的“一种工业数据采集方法及边缘计算网关”，其公告号：CN110413591A，公开了通信端口与计算网关，能够对工业生产数据进行采集，但是该技术方案没有考虑到实际生产过程中，不同设备的通信协议不一致需要维护多套系统的数据管理，而非统一SCADA系统数据管理。
发明内容
为此，本发明提供一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法，能够解决成品药生产过程中非标设备SCADA数据采集问题，同时对HMI监控画面做了3D嵌入设计，实现现场实际设备的3D建模及SCADA系统监控效果展示。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法，包括如下步骤：
S1、配置现场侧与非现场侧系统，用于对管理用设备及生产用设备进行布置连线，确保数据采集过程的高效；
S2、第三方设备数据采集，用于对第三方非标准协议的设备进行数据采集，能够对不同非标准协议设备同时采集数据；
S3、HMI设计，能够将不同非标准协议设备的三维图像进行刻画，在采集以及处理不同非标准协议设备的三维图像时进行图像提醒。成品药的整个生产流程，SCADA系统作为数据统一采集及管理，实现非标设备的数据采集及管理满足了整个生产流程的数据完整性要求。
作为优选的，所述现场侧设有第三方异构通讯实体、第一类设备、现场仪表及第二类设备。多种设备共同工作组成完整系统，使得一个系统可以完成全部流程，不需要额外流程大大提高了一体化效率。
作为优选的，所述非现场侧包括与第一类设备及现场仪表相连的控制柜，用于放置控制器，控制柜旁设有UPS电源；与控制柜相连的工程师站和操作员站，能够对系统进行运行检修；与控制柜及第二类设备相连的SCADA服务器，能够对第二类设备进行数据采集；与SCADA服务器相连的信息中心，与信息中心相连的AGV系统。AGV系统拥有独立的网络，AGV系统接入信息中心，信息中心与车间SCADA系统网络连通，即可实现AGV系统与SCADA系统互联。AGV系统的接口调用方式为Web Service，网络互通后，即可访问该接口。驱动编写完成后，即可在SCADA驱动列表中选择AGVDriver驱动，添加设备Device1，并配置设备Device1的基本信息及物理设备的地址信息。
作为优选的，第一类设备与控制柜采用485总线相连接，现场仪表与控制柜采用AI/AO/DI/DO接口相连，第二类设备通过232转485再转USB与SCADA服务器相连，第三方通讯异构实体通过现场交换机与信息中心相连，信息中心还连接设有防火墙，防火墙连接设有管理型交换机。
作为优选的，第三方设备数据采集包括获取该设备厂家的非标准协议接口定义，根据对应接口定义编写驱动，用于获取第三方设备的数据。明确接口1、接口2的接口定义后，确保接口内数据的正确性和完整性，根据返回结果字段所代表的数据内容编写SCADA驱动，驱动代码中开放接口配置项，数据配置项等，再进入组态软件中进行配置即可实现特殊设备的数据采集。
作为优选的，所述驱动为开放式的接口配置。首先要选择接口，即信息标识菜单中选择：任务和状态属性，确认对应的接口后，可选择采集数据点，即信息点选择各返回结果字段，最后，在数据库中配置完整的采集数据位号，即可完成该特殊设备在SCADA系统中的数据采集工作。其中，位号名表示SCADA系统中的位号名称，类型表示该数据类型为字符串或实数型变量，描述表示该位号代表的实际含义，I/O驱动表示该变量属于AGVDriver驱动，I/O地址表示该数据变量位于接口定义中的数据地址。
作为优选的，HMI设计中，通过设备的实时图像处理，将设备的3D模型显示到对应的数据背景画面上，数据包括任务信息、状态信息。现场设备3D模型嵌入HMI当中，可满足现场设备与实际监控显示效果做到“一比一”还原。让整个生产流程更加形象，更利于生产企业对整个生产流程的展示，监控画面的展示效果更加形象，解决了操作工对生产设备实物与监控设备显示不一致问题。能够通过图像采集将设备状态的数据信息与图形图像结合显示，能够直观的显示设备状态的变化。
本发明的实施方式具有如下优点：
（1）成品药的整个生产流程，SCADA系统作为数据统一采集及管理，实现非标设备的数据采集及管理满足了整个生产流程的数据完整性要求；（2）现场设备3D模型嵌入HMI当中，可满足现场设备与实际监控显示效果做到“一比一”还原。让整个生产流程更加形象，更利于生产企业对整个生产流程的展示，监控画面的展示效果更加形象，解决了操作工对生产设备实物与监控设备显示不一致问题；（3）SCADA系统对整个车间数据采集更加完整。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达到的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1是本发明的系统网络示意图。
图2是本发明的方法步骤图。
图中：
1-非现场侧；2-现场侧；3-工程师站；4-操作员站；5-ACADA服务器；6-信息中心；7-防火墙；8-AGV系统；9-控制柜；10-UPS电源；12-第一类设备；13-现场仪表；14-第二类设备；15-第三方异构通讯实体；16-现场交换机；17-管理型交换机。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的认识可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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做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。
如图 1所示，在一个较佳的实施例中，本发明公开了一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法，包括如下步骤：
S1、配置现场侧与非现场侧系统，用于对管理用设备及生产用设备进行布置连线，确保数据采集过程的高效；
S2、第三方设备数据采集，用于对第三方非标准协议的设备进行数据采集，能够对不同非标准协议设备同时采集数据；
S3、HMI设计，能够将不同非标准协议设备的三维图像进行刻画，在采集以及处理不同非标准协议设备的三维图像时进行模图像提醒。成品药的整个生产流程，SCADA系统作为数据统一采集及管理，实现非标设备的数据采集及管理满足了整个生产流程的数据完整性要求。
所述现场侧设有第三方异构通讯实体、第一类设备、现场仪表及第二类设备。多种设备共同工作组成完整系统，使得一个系统可以完成全部流程，不需要额外流程大大提高了一体化效率。
所述非现场侧包括与第一类设备及现场仪表相连的控制柜，用于放置控制器，控制柜旁设有UPS电源；与控制柜相连的工程师站和操作员站，能够对系统进行运行检修；与控制柜及第二类设备相连的SCADA服务器，能够对第二类设备进行数据采集；与SCADA服务器相连的信息中心，与信息中心相连的AGV系统。AGV系统拥有独立的网络，AGV系统接入信息中心，信息中心与车间SCADA系统网络连通，即可实现AGV系统与SCADA系统互联。AGV系统的接口调用方式为Web Service，网络互通后，即可访问该接口。驱动编写完成后，即可在SCADA驱动列表中选择AGVDriver驱动，添加设备Device1，并配置设备Device1的基本信息及物理设备的地址信息。
第一类设备与控制柜采用485总线相连接，现场仪表与控制柜采用AI/AO/DI/DO接口相连，第二类设备通过232转485再转USB与SCADA服务器相连，第三方通讯异构实体通过现场交换机与信息中心相连，信息中心还连接设有防火墙，防火墙连接设有管理型交换机。
第三方设备数据采集包括获取该设备厂家的非标准协议接口定义，根据对应接口定义编写驱动，用于获取第三方设备的数据。明确接口1、接口2的接口定义后，确保接口内数据的正确性和完整性，根据返回结果字段所代表的数据内容编写SCADA驱动，驱动代码中开放接口配置项，数据配置项等，再进入组态软件中进行配置即可实现特殊设备的数据采集。
所述驱动为开放式的接口配置。首先要选择接口，即信息标识菜单中选择：任务和状态属性，确认对应的接口后，可选择采集数据点，即信息点选择各返回结果字段，最后，在数据库中配置完整的采集数据位号，即可完成该特殊设备在SCADA系统中的数据采集工作。其中，位号名表示SCADA系统中的位号名称，类型表示该数据类型为字符串或实数型变量，描述表示该位号代表的实际含义，I/O驱动表示该变量属于AGVDriver驱动，I/O地址表示该数据变量位于接口定义中的数据地址。
HMI设计中，通过设备的实时图像处理，将设备的3D模型显示到对应的数据背景画面上，数据包括任务信息、状态信息。现场设备3D模型嵌入HMI当中，可满足现场设备与实际监控显示效果做到“一比一”还原。让整个生产流程更加形象，更利于生产企业对整个生产流程的展示，监控画面的展示效果更加形象，解决了操作工对生产设备实物与监控设备显示不一致问题。能够通过图像采集将设备状态的数据信息与图形图像结合显示，能够直观的显示设备状态的变化。
在另一个实施例中，工师站用于维护数据及组态管理，操作员站用户数据展示及日常操作；SCADA网络使用管理型交换机把整个车间的网络连通，实现数据采集。
现场侧包括：颗粒包装机支持MODBUS-RTU协议，通过GCS系统采集该设备实时数据；现场仪表可通过硬接线的方式，把信号线接入至GCS控制柜，实现现场数据的实时采集；智能设备如瓶装线、灌装机等采用西门子PLC，支持标准协议通讯；特殊设备如AGV、喷码机等采用独立的控制单元且通讯协议为私有协议，不能采用标准协议通讯，需通过非标协议接口定义，把SCADA系统的通讯驱动进行定制化的配置，实现双方数据交互。
非现场侧包括：GCS系统设有一台工程师站、一台操作员站，用于管理及维护现场仪表采集的数据以及MOUDBUS-RTU采集的数据；配置两台冗余的SCADA服务器，采集GCS系统、PLC系统、各智能设备或特殊设备的实时数据，服务器冗余配置可增加数据采集及存储的可靠性、稳定性。
其中大多设备厂商使用的控制器为西门子PLC，SCADA系统可直接通过S7协议进行数据采集。其中5种设备厂商使用了私有协议，分别为AGV小车，热转印打码机，喷码机，多米诺打码机，UPS；其中AGV、多米诺打码机与热转印打码机为网口协议，喷码机与UPS为串口协议。
特殊设备若采用的是非标协议，则获取该设备厂家的非标协议接口定义，明确接口定义后，编写对应的驱动，使得SCADA具备该设备的通讯驱动及数据采集的能力。
特殊设备接口列举，该特殊设备拥有两个接口定义：接口1GetTaskStatue()、接口2GetTaskStatue()。
接口1：GetTaskStatue()
接口名称：任务
调用方式：Web Service
返回结果字段说明:
1）Code：数据类型（字符串），返回代码(0：成功，1：失败)；
2）Message：数据类型（字符串），执行结果信息；
3）TaskList TaskID:数据类型（字符串），任务编号；
4）TaskStatue：数据类型（字符串），任务状态20191008添加（等待，开始，结束）；
5）MaterialCode:数据类型（字符串），品名；
6）Batch:数据类型（字符串），批号；
7）QrCode:数据类型（字符串），二维码；
8）RackType:数据类型（字符串），容器类型；
9）RackStatue:数据类型（字符串）容器状态；
10）StartStation:数据类型（字符串）取料位置；
11）EndStation:数据类型（字符串），放料位置；
接口2：GetTaskStatue()
接口名称：AGV状态属性
调用方式：Web Service
功能说明：根据AGV编号，查询AGV状态
接口参数说明：AgvId：AGV编号
返回结果字段说明：
1）Code：数据类型（字符串），返回代码(0：成功，1：失败)；
2）Message：数据类型（字符串），执行结果信息；
3）AgvStatus：数据类型（字符串），停止，运行，空闲，操作中，操作已完成；
4）PosX:数据类型（实型），X坐标；
5）PosY:数据类型（实型），Y坐标；
6）Speed:数据类型（字符串），AGV速度；
7）ExceptionCode：数据类型（字符串），详细报警码和报警信息见附表
8）inStorage: 数据类型（字符串），（存放位置）；
9）MaterialCode:数据类型（字符串），品名；
10）Batch:数据类型（字符串），批号；
11）QrCode:数据类型（字符串），二维码；
12）RackType:数据类型（字符串），容器类型；
13）RackStatue:数据类型（字符串），容器状态；
14）Tare:数据类型（字符串），毛重；
15）GrossWeight：数据类型（字符串），皮重；
16）NetWeight：数据类型（字符串），净重；
17) Angle：数据类型（实型），角度。
明确接口1、接口2的接口定义后，确保接口内数据的正确性和完整性，根据返回结果字段所代表的数据内容编写SCADA驱动，驱动代码中开放接口配置项，数据配置项等，再进入组态软件中进行配置即可实现特殊设备的数据采集。
AGV系统拥有独立的网络，AGV系统接入信息中心，信息中心与车间SCADA系统网络连通，即可实现AGV系统与SCADA系统互联。AGV系统的接口调用方式为Web Service，网络互通后，即可访问该接口。驱动编写完成后，即可在SCADA驱动列表中选择AGVDriver驱动，添加设备Device1，并配置设备Device1的基本信息及物理设备的地址信息。
设备Device1添加完毕后，可在SCADA数据库中配置对应的位号。驱动为开放式的接口配置，首先要选择接口，即信息标识菜单中选择（接口1：任务、接口2：AGV状态属性），其次，确认对应的接口后，可选择采集数据点，即信息点选择（内容为各返回结果字段），如最后，在数据库中配置完整的采集数据位号，即可完成该特殊设备在SCADA系统中的数据采集工作，其中，位号名表示SCADA系统中的位号名称，类型表示该数据类型为字符串或实数型变量，描述表示该位号代表的实际含义，I/O驱动表示该变量属于AGVDriver驱动，I/O地址表示该数据变量位于接口定义中的数据地址。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、配置现场侧与非现场侧系统，用于对管理用设备及生产用设备进行布置连线，确保数据采集过程的高效；
S2、第三方设备数据采集，用于对第三方非标准协议的设备进行数据采集，能够对不同非标准协议设备同时采集数据；
S3、HMI设计，能够将不同非标准协议设备的三维图像进行刻画，在采集以及处理不同非标准协议设备的三维图像时进行图像提醒。
2.根据权利要求1所述的一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法，其特征在于，所述现场侧设有第三方异构通讯实体、第一类设备、现场仪表及第二类设备。
3.根据权利要求2所述的一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法，其特征在于，所述非现场侧包括与第一类设备及现场仪表相连的控制柜，用于放置控制器，控制柜旁设有UPS电源；与控制柜相连的工程师站和操作员站，能够对系统进行运行检修；与控制柜及第二类设备相连的SCADA服务器，能够对第二类设备进行数据采集；与SCADA服务器相连的信息中心，与信息中心相连的AGV系统。
4.根据权利要求3所述的一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法，其特征在于，第一类设备与控制柜采用485总线相连接，现场仪表与控制柜采用AI/AO/DI/DO接口相连，第二类设备通过232转485再转USB与SCADA服务器相连，第三方通讯异构实体通过现场交换机与信息中心相连，信息中心还连接设有防火墙，防火墙连接设有管理型交换机。
5.根据权利要求1或4所述的一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法，其特征在于，第三方设备数据采集包括获取该设备厂家的非标准协议接口定义，根据对应接口定义编写驱动，用于获取第三方设备的数据。
6.根据权利要求5所述的一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法，其特征在于，所述驱动为开放式的接口配置。
7.根据权利要求1或6所述的一种医药行业基于SCADA数据采集及3D效果监控显示方法，其特征在于，HMI设计中，通过设备的实时图像处理，将设备的3D模型显示到对应的数据背景画面上，数据包括任务信息、状态信息。
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