《MES应用与实践》课件 项目8-学习情景1：数据采集方式

衡橡科技MES项目应用总结项目8数据采集管理学习情景1：数据采集方式目录学习目标01任务描述02工作步骤03相关知识0401学习目标学习目标素质目标知识目标技能目标知识目标了解生产制造车间数据采集的几种常见方式了解数据采集原理技能目标理解采集到的数据在MES系统中的用途

完成几种常见的数据采集任务素质目标车间各种底层数据认知能力车间各种底层数据采集能力工程实践操作能力团队协作能力数据采集相关岗位认知能力02任务描述数据采集本次任务通过分析PLC采集、数控机床采集、传感器采集、现场仪表采集等四个部分，学习生产制造型企业车间经常遇到的现场生产数据采集方案。通过实训平台，使用数据采集网关等采集设备，通过不同的技术手段将现场的数据采集到相关的数据库中，同时可以通过相关的客户端软件对数据进行展示与分析。数据采集数据采集车间的数控设备的数控系统中的一些关键数据，例如机床状态（运行、空闲、关机、报警等）、主轴负载、当前程序、当前加工零件、进给速度、主轴倍率等相关数据；PLC控制系统的关键数据，例如温度、压力、流量、液位等相关数据；车间仪表数据他，例如电量、用水量、煤气量、氧气量等仪表数据；车间底层传感器数据，例如温度、压力等现场数据。03工作步骤PLC采集PLC为现在制造业应用最广泛的控制器，大部分产线、设备都通过PLC进行控制，实现了对PLC的采集，即可实现对大部分设备数据的采集。常见的PLC有西门子、三菱、欧姆龙等。机床控制器采集通过机床控制器采集，可采集机床的轴坐标、进给速度、进给倍率、当前程序号、机床状态、加工时间、运行模式等一系列数据。数据皆为通过modbus协议直接从机床控制器直接读取。仪表采集在制造企业当中，存在着大量的仪器仪表，包括水表、电表、燃气表等等，都属于能源用表。对此类仪表数据的采集并实时监控，可有效控制能源费用的支出，减少制造成本。仪表采集方式如图，串口服务器通过串口线连接带有串口的仪表，通过网线连接PC机，进而通过串口服务器，实现串口设备和PC机之间的双向数据传输。。04相关知识数据采集

数据采集是指被测对象的各种参量通过各种传感器做适当转换后，再经过信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤传递到控制器的过程。被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛应用于互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。首先，分布式控制应用场合中的智能数据采集系统在国内外已经取得了长足的发展。其次，总线兼容型数据采集插件的数量不断增大，与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加。国外各种数据采集机先后问世，将数据采集带进了一个全新的时代。生产数据

智能制造离不开车间生产数据的支撑。在制造过程中，数控机床不仅是生产工具和设备，更是车间信息网络的节点，通过机床数据的自动化采集、统计、分析和反馈，将结果用于改善制造过程，将大大提高制造过程的柔性和加工过程的集成性，从而提升产品生产过程的质量和效率。

生产数据及设备状态信息采集分析管理系统MDC（ManufacturingDataCollectjon&StatusManagement）主要用于采集数控机床和其他生产设备的工作和运行状态数据，实现对设备的监视与控制，并对采集的数据进行分析处理，也可为MES和ERP等其他软件提供数据专持。MDC系充是机床数据采集系统充和机床数据分析处理系统的集成，是具有数据来集，机床监控，数据分析处理，报表输出等功能的车间应用管理和决策支援系统。生产数据

MDC通过与数控系统、PLC系统、以及机床电控部分的智能化集成，实现对机床数据采集部分的自动化执行，不需要操作人员的手动输入，这样保障了数据的实时性和准确性。在采集数据的挖掘方面，MDC为企业提供了更为专业化的分析和处理，个性化的数据处理和丰富的图形报表展示，对机床和生产相关的关键数据进行统计和分析，如开机率、主轴运转率、主轴负载率、NC运行率、故障率、设备综合利用率（OEE）、设备生产率、零部件合格率、质量百分比等。精确的数据及时传递并分散到相关流程部门处理，实时引导、响应和报告车间的生产动态，极大提升了解决问题的能力，推进了企业车间智能制造的进程。数据采集的过程

采用数据采集系统进行数据采集的流程如图8-1-2所示。数据采集过程的原始数据是反映试验结构或试件状态的物理量，如力、温度、线位移、角位移和应变等。这些物理量通过传感器，被转换成为电信号；通过数据采集仪的扫描采集，进入数据采集仪，再通过A/D转换，变成数字量。通过系数换算，变成代表原始物理量的数值，然后把这些数据打印输出、存入磁盘，或暂时存在数据采集仪的内存；通过连接采集仪和计算机的接口，存在数据采集仪内存的数据进入计算机，计算机再对这些数据进行计算处理，如把位移换算成挠度、把力换算成应力等。计算机把这些数据存入文件、打印输出，并可以选择其中部分数据显示在屏幕上，如位移与荷载的关系曲线等。数据采集的过程数据采集系统架构分为设备层、采集层、存储层、应用层。设备层为生产车间的常见自动化设备及仪器仪表等，如PLC、机床控制器、传感器、仪表等；采集层为与设备对接的数据采集接口，如以太网模块、变送器、串口转网口、IOTGateWay软件网关；存储层为采集数据的存储区域，分为实时存储与持久性数据存储，实时数据存储采用Redis实时存储数据库，主要存储实时性数据。持久数据存储采用MongoDB数据库，可存储数据量庞大的历史运行数据。应用层为最终的功能体现，实现功能的应用，包括设备管理配置、数据处理展示、消息推送等应用。数据采集的过程数据采集过程是由数据采集程序控制的，数据采集程序主要由两部分组成，第一部分的作用是数据采集的准备，第二部分的作用是正式采集。程序的运行有六个步骤，第一步为启动数据采集程序，第二步为进行数据采集的准备工作，第三步为采集初读数，第四步为采集待命，第五步为执行采集（一次采集或连续采集），第六步为终止程序运行。数据采集过程结束后，所有采集到的数据都存在磁盘文件中，数据处理时可直接从这个文件中读取数据。数据采集的过程软件架构数据采集软件包含设备层、采集层、存储层、应用层四个标准层级架构软件架构1、设备层系统设备层包括PLC、机床控制器、传感器、仪表等硬件设备。这些设备需本身自带网口，或增加网络模块，才能支持网络数据采集。常见的网络附加模块包括PLC以太网口模块、FanucPCMCIA转以太网模块、串口转网口模块、串口转WiFi模块等。2、采集层系统采集层包括依据设备自身网络通信协议进行数据交互的软件采集功能模块。网络协议包括Modbus/Profinet/MQTT/OPC-UA/MTConnect等。软件采集功能模块将采集的实时秒级数据转发给IOTGateWay网关，由网关向存储层提供数据。3、存储层存储层提供设备定义与数据配置信息。将实时数据先存入Redis缓存系统，经过实时数据清洗、计算后，将有效数据存入持久化的MongoDB数据库。4、应用层应用层通过与Redis、MongoDB数据库的对接，使用WEB服务获取设备与数据信息，向上支持网页端的设备管理、数据展示、消息推送等功能。网络架构检测报告采集检测报告采集包括采集一些检测设备的检测数据以及人工质检信息等。检测数据例如第五章介绍的三坐标检测仪、粗糙度检测仪、视觉影像检测仪等，都属于常见的检测设备。这类设备检测后，都会生成一个检测报告，检测报告的格式根据不同的检测设备及设置方式有不同的形式，例如word、pdf、excel、txt等格式。检测报告采集数据通信接口获取：有些设备的检测结果会直接保存至系统控制器内，可以根据设备的通信协议开发对应的接口，获取其检测报告。例如机床在线测量头，在测量结束后，会将测量结果保存至机床控制器宏程序内，只要读取对应地址的数据，即可获取检测结果。检测报告采集人工填写表单：对于一些人工手动检测的报告，可由质检人员手动通过MDC网页端填写相应的质检信息。对于人工手动填写的质检信息，需要按照系统给定填写模板进行填写，方便后期的数据统计及管理。检测报告采集人工填写表单：对于一些人工手动检测的报告，可由质检人员手动通过MDC网页端填写相应的质检信息。对于人工手动填写的质检信息，需要按照系统给定填写模板进行填写，方便后期的数据统计及管理。设备闭锁控制设备闭锁控制是指对于一些关键设备，只允许某一固定人员或具有特殊订单时才可以开启生产，否则无法启动。这类功能常出现在军工企业以及一些对生产控制较为严格的企业当中。具体控制流程为：当具有特殊生产订单时，通过管理员，将订单派发至指定设备和人员；人员登录系统，选择订单；服务器远程解锁该设备；指定人员开启设备并开始加工；机床运行参数实时监控；加工结束，指定人员报工注销并离开；服务器远程锁定设备；加工结束，释放设备。设备闭锁控制环境数据采集环境数据包括温度、湿度、落尘等，对于此类环境数据采集，需要增加相应的温湿度传感器、落尘传感器。通过传感器采集车间的环境数据，