CN115480542A - 生产线运行状态及相关工艺数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生产线运行状态及相关工艺数据采集系统，包括数据采集层、数据支持层和应用层，所述数据采集层用于采集车间现场设备在生产过程中物料、工艺、质量及设备运行数据，通过数据支持层分析处理后，传输至应用层进行显示；帮助企业实现对生产线进度的实时把控，同时能够对每一道工序进行质量追溯，真正使企业对生产线运行状态及相关加工工艺和装配过程进行信息化管理，实现精益生产目标，提高企业制造的灵活性，有效降低生产成本，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及工业生产自动化技术领域，具体是生产线运行状态及相关工艺数据采集系统。
背景技术
科技发展融合了数字和实体世界，并已经发展成下一个以工业物联网或工业4.0著称的新工业革命。因此，如今工厂面临的是需要更智慧、互联化的系统连接到云服务器，通过大数据资料分析使得系统获得更高的生产效率、更好的灵活性能和更快的响应能力。
如今许多企业信息化水平已经成为企业管理水平和综合实力的重要标志。行业在自动化方面发展迅速，多数企业实施应用了DCS、PLC系统，基本上实现了生产过程自动化，但这些系统一般只覆盖单一工艺流程或设备，生产实时数据不能实现有效共享和集中化管理；生产管理人员和企业领导不能及时、方便地全面掌控实时生产状况，总结下来，上述特点导致现有的生产过程自动化系统普遍存在如下的问题，如：
1、生产设备运行状态、运行环境等数据难以掌控；
2、缺乏数字化工艺流程，过度依赖主观经验；
3、工艺参数超标，产品质量问题不能及时预警，难以追踪；
4、人工产线巡检，效率低下，漏检率高；
5、工艺数据难以量化和交换；
因此有必要利用物联网技术加强生产过程中信息的采集和管理，以便掌握整个生产线运行状态以及相关工艺数据，提高生产过程的可控性，减少生产线上人工的干预，提升设备效率及产品质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供生产线运行状态及相关工艺数据采集系统，以解决现有技术中存在的缺陷。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
生产线运行状态及相关工艺数据采集系统，包括数据采集层、数据支持层和应用层，所述数据采集层用于采集车间现场设备在生产过程中物料、工艺、质量及设备运行数据，通过数据支持层分析处理后，传输至应用层进行显示；所述数据支持层为云计算服务器，所述云计算服务器包括实时数据库、历史数据仓库及数据集市，其中，所述实时数据库用于存储生产过程中的实时数据；所述历史数据仓库用于存放分类汇总后的物料、工艺、质量及设备运行历史数据供调取查询；数据集市用于对物料、工艺、质量及设备运行数据进行进一步分类提取，分类为指标体系数据、预警阈值规则数据、工艺路线数据、事件问题数据及权限配置数据，并将上述数据存入运营监测数据库；所述应用层包括WEB客户端、MES/ERP系统及数据分析系统，所述数据分析系统对运营监测数据库内数据进行分析，并与WEB客户端连接，根据WEB客户端要求将分析的数据发送至WEB客户端的全景展示模块进行展示；
进一步的，所述云计算服务器还设置有大屏展示数据库，所述大屏展示数据库用于存放车间现场设备接收的手工录入数据、实时画面监控数据及生产过程中的各种文档、资料信息；并根据WEB客户端操作，将请求的大屏展示数据库中信息类型传输至WEB客户端的全景展示模块进行展示；
进一步的，所述数据采集层为智能云数据采集控制器，所述智能云数据采集控制器的前端连接设置于车间现场设备上的传感器，所述智能云数据采集控制器的后端通过物联网接入云计算服务器；
进一步的，所述智能云数据采集控制器由一个通讯系统和若干个传感子系统组成，每个传感子系统连接车间现场设备中的多个传感器，或者传感器阵列。
本发明的有益效果是：帮助企业实现对生产线进度的实时把控，同时能够对每一道工序进行质量追溯，真正使企业对生产线运行状态及相关加工工艺和装配过程进行信息化管理，实现精益生产目标，提高企业制造的的灵活性，有效降低生产成本，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明业务功能示意图；
图2为本发明数据存储分布示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1-2所示，生产线运行状态及相关工艺数据采集系统，包括数据采集层、数据支持层和应用层，所述数据采集层用于采集车间现场设备在生产过程中物料、工艺、质量及设备运行数据，通过数据支持层分析处理后，传输至应用层进行显示；所述数据支持层为云计算服务器，所述云计算服务器包括实时数据库、历史数据仓库及数据集市，其中，所述实时数据库用于存储生产过程中的实时数据；所述历史数据仓库用于存放分类汇总后的物料、工艺、质量及设备运行历史数据供调取查询；数据集市用于对物料、工艺、质量及设备运行数据进行进一步分类提取，分类为指标体系数据、预警阈值规则数据、工艺路线数据、事件问题数据及权限配置数据，并将上述数据存入运营监测数据库；所述应用层包括WEB客户端、MES/ERP系统及数据分析系统，所述数据分析系统对运营监测数据库内数据进行分析，并与WEB客户端连接，根据WEB客户端要求将分析的数据发送至WEB客户端的全景展示模块进行展示；
作为上述技术方案的进一步改进，所述云计算服务器还设置有大屏展示数据库，所述大屏展示数据库用于存放车间现场设备接收的手工录入数据、实时画面监控数据及生产过程中的各种文档、资料信息；并根据WEB客户端操作，将请求的大屏展示数据库中信息类型传输至WEB客户端的全景展示模块进行展示；
该系统的功能详细介绍如下：
1、设备统览/管理监控
展示所有监控设备的即时状态，如开机、停机、待机状态、各工艺参数等；同时提供实时异常的统计数据。
2、实时生产线运行状态及相关工艺数据监控
首先对整体生产线的各种数据进行采集，通过采集生产线各种计量数据、传感器数据以及生产基本信息进行实现状态监控和记录。通过无线传输，传输到云系统，完成远程数据的监控。
3、品质管理
a)品质管理模块可以查看当前生产线生产的产品合格情况的统计、按规格、班组、时间段和工位等进行历史的合格情况进行查看。
b)生产数据追溯是对单一产品的在生产过程的数据进行查阅，可根据产品过程中的设定参数，实际反馈数据，耗能情况、用量情况的数据进行分析，掌握大量数据和运行参数值对产品质量情况影响的情况，通过数据影响生产，产生效益和优化产品品质。
4、设备管理
a)对每个工位的基本运行状态情况进行查看，对生产线所有可监测的设备设定值和反馈值以及短期运行曲线等数据进行查看。
b)对每个工位的待机、运行、维修和故障的时间和次数进行图形显示
c)对工位的异常情况进行报警情况查询。
5、视频监控
a)通过接入网络摄像头或硬盘录像机的视频流协议进行重点设备、重点位置进行在线视频监控。
6、实时曲线
点击选中具体设备，进入对应设备的展示界面，以图表的方式展示当前设备运行状态的各参数值。
7、异常管理
以列表的方式展示当前所有的异常设备，并显示异常的原因。同时可以显示异常设备的历史情况。
8、用户管理
对平台的使用用户进行管理，可以进行用户的增加、删除、修改、查询以及密码重置等操作。对不同用户的权限管理：通过系统权限设置，登录后，各账号显示页面及管理功能(地域管理、管理功能、报警事件)均与权限相匹配。
9、角色管理
对使用平台的用户进行角色的分配与管理，通过用户角色的分配从而达到用户权限的分配与控制。
10、车间管理
对平台接入的所有车间信息进行管理，可以配置车间的具体位置、联系人以及相关车间设备的配置信息等。
11、能源管理
a)对生产的线当日耗能进行汇总查看，总耗能情况进行查询，一周耗能趋势曲线的查看，以及对单个产品生产时的所使用的各种介质使用量进行查询统计。
12、报警方式配置
对发送报警的手机进行电话、短信的配置，系统可通过电话、短信、E-mail、声光、微信等报警方式，便于报警。还可以对邮件的发送方式与对象进行配置，便于进行报警邮件的推送。
13、报警策略/报警日志
系统通过即可实现设备报警上下线、管理组别、权限设置等进行在线调整，可以设置相应的报警条件来生成报警信息，可根据设备的实际情况灵活的调整需要报警的参数。记录平台产生的所有报警日志，便于后期查询分析。
14、日志管理
记录系统运行中产生的一些日志信息，如出现系统异常，方便查找原因。
记录系统用户的所有操作记录，如出现异常操作，方便后期查找原因。
15、后台管理()系统配置
对系统的一些运行参数进行配置。根据客户需求，对接入各种传感器进行灵活配置。
16、分析报表
提供了设备异常情况的分析报表，可显示经常发生异常数据的设备以及哪些异常经常发生等等，为设备维护保障人员提供决策依据。
能耗统计报表：根据采集到的数据进行能耗的统计，可显示每台设备的实际能源消耗情况，每个车间设备的能源消耗情况等信息，为设备维护保障人员提供决策依据。
事故追忆功能：系统支持事故追忆的功能，可以查看报警记录、操作记录、短信记录和存储记录。方便工业上管理员做相关统计，也可以方便查看以前的历史记录，快速查找问题，节约了时间。
17、远程服务
a)通过状态数据进行基本的设备运行图形展示。
b)通过后台对系统运行参数的设置，系统日志的查阅等。远程视频诊断与快速排障
在设备周边合适位置安装摄像头，当发生故障时，维护人员可远程打开该摄像头，即时诊断故障，并指导操作人员快速排障。
18、更深层次的合作开发
利用平台监控形成的海量生产数据，可以进行大数据挖掘，从而指导今后的生产调度、设备维护等各项工作向更加优化的方向发展。
通过上述设置，可以实现如下效果：
1、实时反映现场生产设备运行状态&环境状况。
2、现场无纸化作业：实现在线生产和生产资料无纸化管理，不需要纸张与填表，简化管理作业流程。
3、防呆落实到每一个环节，使用电子设备掌握实时性高、培训容易。
4、准确掌握工单生产进度，每一个工序的不良率、产能与进度，使产能利用率增加，交期准确度提高。
5、百分之百的制程工艺管控与百分之百的产品检验，完全没有死角
6、检讨不良减少重工：对不良原因进行统计，并且在生产动态中适时提供不良品预警减少重工的机会。
7、提供客诉回溯追踪，原料、工序、设备、员工、设计可能不良原因的追溯查询。
8、制程与工作群组调整易，方便动态调整产能，换线速度快。
作为上述技术方案的进一步改进，所述数据采集层为智能云数据采集控制器，所述智能云数据采集控制器的前端连接设置于车间现场设备上的传感器，所述智能云数据采集控制器的后端通过物联网接入云计算服务器；
更具体的，所述智能云数据采集控制器由一个通讯系统和若干个传感子系统组成，每个传感子系统连接车间现场设备中的多个传感器，或者传感器阵列。
egDAA智能数据采集控制器是一款基于自身专利优势的节能高效智能化数据采集及其输出控制设备，简称egDAA，应用于工业生产工艺过程控制，自然环境监测，物联网，设备机房远程监控等领域。远程监控和传感器数据采集工业生产应用将会大大提升劳动生产率，改善工艺过程提高产品质量。通过全程数字化技术的环境和设备状态监测实现无人值守，输出预警报警讯息提高设备安全和运行质量。
egDAA智能云数据采集控制器是远程环境监控和传感器数据采集的基础硬件平台。其前端连接物理环境之中的传感器，后端通过物联网接入云计算服务器，用户通过移动终端实时监控远程环境变化或设备运行。该设备采用独特的硬件和软件技术，以达到低功耗高温宽(可工作在-40到+85的温度范围)的工业领域的应用要求。该设备由一个通讯系统和若干个传感子系统组成。每个传感子系统连接物理环境中的多个传感器，或者传感器阵列。通讯系统进行数据组装，将多通道的传感数据通过网络传送到服务器数据库或工作站做进一步的分析和处理。其中人机界面是应用处理软件的一部分，通过软件输出的控制命令可以到达该设备，并输出电子或者机械控制。
egDAA的硬件部分有1块IO载板和一块通讯背板组成，通讯背板运行400MHz主频，低功耗高可靠嵌入式系统使得系统运行在全天候不间断工作。采用USB总线耦合，通过TCP/IP连接云服务器。具有27个可编程访问的IO端口，其中：
1、以太网端口1个，用于云服务器的通讯连接；
2、RS485端口2个，用于挂接下位设备和仪器；
3、电流、电压ADC通道8路，用于采集4-20毫安电流模拟量或0-5伏电压模拟量；
4、计数器信号采集通道2路，用于采集计数器信号量(和数字信号量通道0/通道1复用)；
5、数字信号量通道8路，用于采集电压数字量；
6、固态继电器输出8路，用于工业设备现场控制，其中4路可设置PWM高速脉冲。并具有光电隔离，具有抗干扰，抗恶劣环境能力；
7、IO端口和CPU之间采用光电隔离保护，IO端口的输入安全电压不低于电源电压24V。
本发明提供的一种生产线运行状态及相关工艺数据采集系统，具有如下优点：
1、专业化个性化定制egDAA具有3级软件定制功能，以满足各种应用的专业化，个性化定制。并能够主动连接远程数据库，实现云存储。3及软件定制是产品的核心竞争力，他们是IO载板的可视状态图定制，通过状态图和C语言，实现数据采集输入和输出控制以及数字滤波处理等运算通讯载板运行脚本语言程序实现数据采集频率，数据采集通道，数据打包组装，远程数据库的访问定制egDAA的API具有强大的通讯功能，远程上位机可以运行程序，通过RS485，USB，TCP/IP三种物理通道对对egDAA进行访问和控制，实现全方位的通讯定制功能。
2、egDAA的云监控应用，替代人工值守；egDAA兼具数据采集和通讯设备，具有数据流和控制流的双向传输功能，是物联网+云架构的前端设备用户通过PC终端或手机移动终端可以远程浏览和控制现场的实时动态。egDAA的云监控系统将充分利用公共云平台，实现远程智能化监控，替代人工值守，输出预警报警讯息，此外，我们提供大数据的增长服务，从预警报警中推演相关讯息，从中获得更高的效率，让设备更安全地运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.生产线运行状态及相关工艺数据采集系统，其特征在于：包括数据采集层、数据支持层和应用层，所述数据采集层用于采集车间现场设备在生产过程中物料、工艺、质量及设备运行数据，通过数据支持层分析处理后，传输至应用层进行显示；所述数据支持层为云计算服务器，所述云计算服务器包括实时数据库、历史数据仓库及数据集市，其中，所述实时数据库用于存储生产过程中的实时数据；所述历史数据仓库用于存放分类汇总后的物料、工艺、质量及设备运行历史数据供调取查询；数据集市用于对物料、工艺、质量及设备运行数据进行进一步分类提取，分类为指标体系数据、预警阈值规则数据、工艺路线数据、事件问题数据及权限配置数据，并将上述数据存入运营监测数据库；所述应用层包括WEB客户端、MES/ERP系统及数据分析系统，所述数据分析系统对运营监测数据库内数据进行分析，并与WEB客户端连接，根据WEB客户端要求将分析的数据发送至WEB客户端的全景展示模块进行展示。
2.根据权利要求1所述的生产线运行状态及相关工艺数据采集系统，其特征在于：所述云计算服务器还设置有大屏展示数据库，所述大屏展示数据库用于存放车间现场设备接收的手工录入数据、实时画面监控数据及生产过程中的各种文档、资料信息；并根据WEB客户端操作，将请求的大屏展示数据库中信息类型传输至WEB客户端的全景展示模块进行展示。
3.根据权利要求2所述的生产线运行状态及相关工艺数据采集系统，其特征在于：所述数据采集层为智能云数据采集控制器，所述智能云数据采集控制器的前端连接设置于车间现场设备上的传感器，所述智能云数据采集控制器的后端通过物联网接入云计算服务器。
4.根据权利要求3所述的生产线运行状态及相关工艺数据采集系统，其特征在于：所述智能云数据采集控制器由一个通讯系统和若干个传感子系统组成，每个传感子系统连接车间现场设备中的多个传感器，或者传感器阵列。
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