设备底层数据采集系统

数据采集方案目录一、工业环境背景 (2)1.基于“工业4.0”及“中国智造2025”的智慧化工业环境 (2)2.控制/执行层所需要的最优化的支撑环境 (2)二、智能控制过程中三大模块在MES/ERP的架构中的作用 (3)1.工业软件模块 (4)2.执行设备模块 (4)3.工业通讯路由控制器 (5)三、工业现场信息数据的采集方式 (9)1.传感器信息数据采集 (10)2.标准通信接口信息数据采集 (10)3.视觉识别信息数据采集 (11)四、基于SartAgent系统环境的信息数据采集架构 (11)1.解决方案宗旨： (11)2.信息数据采集系统整体架构 (12)1）一站式智能装备生态系统 (12)2）控制系统解决方案特点 (13)3）系统整体架构拓扑图 (13)4）采用DW系列信息数据采集模式 (15)（1）通过标准通信接口获取信息数据 (15)（2）通过传感器获取信息数据 (15)（3）通过视觉识别获取信息数据 (16)3.系统构成 (17)1)Smart Agent统一开发平台 (17)2)SmartAgent支持的工业网络协议 (19)3)SmartAgent控制器 (20)（1）DW-59一体化控制系统 (20)a.参数配置 (20)b.编程环境支持 (21)c.应用场景 (23)d.优势 (23)（2）DW-79一体化控制系统 (24)a.参数配置 (24)b.编程环境 (25)c.应用场景 (26)d.优势 (27)（3）DW-28系列工业协议路由器 (28)a.参数配置 (28)b.编程环境支持 (29)c.应用场景 (29)d.优势 (30)一、工业环境背景1.基于“工业4.0”及“中国智造2025”的智慧化工业环境➢制造业从数字化到智慧化是发展趋势--智慧化和网络化是工业4.0的未来发展方向➢智慧工厂是工业4.0的最终形态--实现智慧工厂的前提是数字化工厂，而数字化车间是数字化工厂为基础➢数字化工厂的层次架构--大致可以分成5个层次：分别是企业层、管理层、操作层、控制层和现场层,各个层次之间通过工业通讯网络连接。

因为制造企业有大量的生产设备，并且生产设备的品牌和种类也比较多，通信方法多样，数据采集量大，使印刷企业MES系统的数据采集变得十分复杂，针对不同设备会对接多个不同接口，造成数据转换繁琐，信息交换延迟。

MES生产管理系统采集数据有主动式和交互式，主动式是MES系统自己访问PLC的CPU相关内存M （该内存区经双方沟通作为数据存储器），另一种是MES系统发送数据沟通请求, PLC按照规定格式把数据发送给MES系统。

1、MES系统直连设备PLC数据采集MES系统与设备直连，首先确认设备是否具备条件，对于具备网络接口的自动化生产线或设备MDC （无数据控制器），系统直接通过网络与设备的PLC （可编程逻辑控制器）进行数据交换，可以采集到生产线或设备的工作状态（运行和停止等）。

同时上层生产管理实现对底层设备的监控，使车间管理透明化，获得相关生产信息，如：生产数量、速度、停机次数及时间等，可以形成直观形象的图形界面，为管理人员提供现场实时信息，为维修工程师快速定位和分析现场故障、确定解决方案提供有效的帮助。

2、MES系统通过设备加装（传感器+悟联网关）数据采集不能连接PLC的设备，采集运行状态需要加装速度、数量传感器。

印刷生产环境对温度、湿度等有严格要求，其采集模式主要为温、湿度传感器，设备辅助采集需要加装润版液PH值、导电率传感器等。

无线数据采集卡、悟联网关等采用的传感器一般是反射式红外线传感器或对射式红外传感器。

3、MWS接收条码扫描枪或RFID发送的数据（在WIFI网络环境下）条码扫描一般在仓储管理使用较多，生产物料的管理如品名、数量、批次、生产日期、货仓位置等使用较多；RFID 一般用在场内物流管理，如半成品数量、成品仓储位置、半成品名称、加工物料编号、半成品货位、开始时间、结束时间等。

MES系统与设备对接，使生产过程更加透明化，管理人员根据生产状态能够及时优化生产, 使生产效率得到很大提升。

SoMat数据采集系统eDAQ是新一代的测试系统，它能有效地从车辆数据网络系统中采集数据并能结合应变、模拟、数字信号测试。

eDAQ对批量、样板测试及长时间无人监控的测试很理想。

其主要性能包括以下：·eDAQ是一个模块化数据采集系统，它允许用户根据数据采集需要建立一个自定义体系·车辆网络选项允许用户快速地获得从车辆总线中提供的信息。

eDAQ支持可扩充的车辆网络接口，如：CAN，J1850 PWM，J1850 VPW，和SAE 1939等·通过结合模拟，数字化，应力，热电偶和脉冲等计算数据获得车辆网络数据·4MB SRAM的数据存储量·支持PC机存储卡容量最多到1G·以太网（300Kb/S）连网，通过网络允许用户控制测试和下载数据·可以通过以太网，访问互连网存取测试数据·抗冲击指标为50G·能抵抗连续20G的快速正玄波振动并正常工作·紧凑尺寸：267mm×231mm·构造：铝壳密封，能防潮、防腐蚀和防尘·睡眠模式下耗电低·继电器可以保护系统电力的瞬间断电·工作温度：-20~65℃·取样速率：最高到10,000/秒/通道·电流：1~5A·标准输入电压：10~30V；内置电池为eDAQ及时提供低电压（冷启时）·可编程的传感器激发和标定中的两级优化的放大器增益设置，保证了数据精度·深度睡眠模式电流：16~20mA·16-bit ADC·程序过滤器·预先设置选项允许用户用掌上电脑控制和观测实际数据·数据100% 与nCode软件兼容·简单易用的Windows测试控制软件，TCE-创建测试设置文件用来确定和校准传感器通道-确定数据模式和计算的通道，用来在线数据计算和分析-为测试数据采集设置触发条件-用TCE实时显示检测试验数据-包括频率在内的实时显示-在数据采集过程中检测测试和内存状况-初始化、启动、停止、重启和结束测试-上传测试数据eDAQ是个模块化系统，它很容易调整，以最佳适应用户数据采集需要。

生产执行系统(MES)入门介绍第1章概述简介生产执行系统，英文是Manufacturing Execution System，简称MES。

本处采用了中国仪器仪表学会的译法，也被译作“制造执行系统”。

MES系统处于三层体系结构的中间层，主要面向下面各制造工厂（车间）级，因此工艺特点非常明显。

它根据ERP系统下达的生产订单或者长期计划，通过作业计划编制、作业调度、物料平衡、成本核算、质量管理的过程来组织生产,呈报ERP系统数据。

《MES系统》遵从国际MES行业标准ANSI/ISA-S95，以及制造执行系统(MES)规范SJZ 11362-2006国家标准。

具有12项功能，15个模块，实现了企业内部生产过程管理的信息化，对提高管理效益、改善管理活动、完善管理考核具有非常重要的意义。

通过系统的实施，生产方式实现了五个方面的转变：1. 生产从被动指挥向实时调度转变2. 质量从事后抽检向在线控制转变3. 资源从被动供应向主动供应转变4. 成本从事后核算向过程控制转变5. 管理从粗放型向质量型转变该方案将办公自动化的工作流技术引入MES系统，因此MES系统不仅完成传统的生产监控和数据统计、报表输出功能，而且成为生产管理的活动平台，各种生产管理活动都可以通过该平台实现在线办公、在线调度、在线协调、在线管理，大大提高了生产管理的效率。

第2章系统功能系统从底层数据采集开始,到过程监测和在线管理,一直到成本相关数据管理,构成了完整的生产信息化体系。

系统各功能模块提供了由底层接近于自动化系统的监控过程逐渐过渡到成本管理的经营层，可以满足企业在信息化生产管理领域不同规划阶段的要求，在继承的基础上实现信息化过程的平稳过渡、逐步提高。

MES系统平台的核心是一个工厂建模环境，它通过类似搭积木的方式将不同的应用功能组合在一起来定义执行逻辑。

根据物理模型（实际的设备、区域、管线等）和逻辑模型（业务流程），基于国际MES行业标准ANSI/ISA-S95的工厂模型层次来完成工厂模型的创建，为业务模块提供基础数据支撑。

1概述1.1.浙江中烟工业有限责任公司宁波制造部卷接包数据采集系统是信息化建设重要内容之一，本系统在宁波制造部卷包车间进行。

卷包数据采集系统是联系卷包自控层与MES系统的枢纽，对提高管理部门与生产执行部门之间的协同工作能力，保证生产全过程的协调运转，改善车间的生产管理水平，实现生产过程的快速反应与敏捷制造，具有重要作用。

1.2.卷接包数据采集系统其主要使用对象是卷接包车间和相关职能部门的管理人员，该系统要求实现卷包车间各类设备的数据采集功能、中控室监视预警、统计分析、现场作业确认或查询等功能，同时集成相关的其他系统。

2.2.1.系统所需的硬件及软件：列出本项目所需工控机和服务器数量（目前巻接包机组共有16台西门子工控机和16台研华工控机）、型号；系统软件；数据库服务器和数据库软件统一由MES项目确定，本项目硬件报价按工控机6台、PC服务器2台以及其他相关硬件设备。

2.2.2.卷接机、包装机、封箱机、成型机以及其他设备的数据采集；其他设备的数据采集包含但不限于以下设备：成型发射机（需控制改造）、缺包检测、条包美容器，CCD(视频成像检测)、缺条检测、条烟输送等。

详细设备范围见本招标文件第3条款。

需要采集数据的设备和系统3.1 成型机系列:上海烟草机械厂KDF2(三菱FX2N－80MT/西门子S7-300) 7台。

HAUNI KDF4 1台。

3.2卷接机PROTOS系列ZJ17（鸿捷源SRM）卷接机组5台其电器控制系统采用S7-400 PLC控制，其设备操作终端具备以太网口，安装了WINDOWS系统，运行由鸿捷源公司开发的终端程序，具有完整的数据采集功能。

德国原装进口的PT 70（SRM90）卷接机组10台。

其SRM系统中具有较为完善的数据采集功能。

设备操作终端通过RS232接口与SRM系统相连，实时显示各种现场报告数据和设置工艺控制参数。

德国原装进口的PT 80E（重量控制系统SRM）卷接机组3台。

SMT设备数据采集SEMI通讯指令介绍⽬录1.SECS/GEM总框架介绍 (2)2.SECS-II消.息分类及功能 (4)3.SML语⾔ (5)4.HSMS介绍 (7)3.1.HSMS报⽂格式 (8)3.2.HSMS的状态 (14)3.3.HSMS的通信流程以及超时处理 (15)5.GEM标准模型介绍 (18)5.1.GEM通信状态模型 (19)5.2.GEM定义的⽣产设备能⼒ (23)5.2.1.状态参数收集 (24)5.2.2.事件报告收集 (24)5.2.3.报警管理 (29)5.2.4.远程控制 (32)6.指令集 (33)6.1.建⽴连接 (33)6.2.获取⽣产设备的状态参数 (33)6.3.报警信息 (33)6.4.在线模式 (34)6.5.离线模式 (34)1/342/341.SECS/GEM 总框架介绍SEMI 通信标准模型SECS/GEM 定义了半导体⽣产设备与主机之间、各⽣产设备之间的通信规范。

其中SECS-I 与HSMS 处于模型的最底层，提供了半导体⽣设备通信的链路层规范，SECS-I 协议是基于R232串⾏链路，HSMS 是基于TCP/IP(261:SECS-II 定义了半导体⽣产设备与主机之间消息的通信格式、规范与内容；GEM 则定义了半导体⽣产制造过程中的通⽤情景下的交互⾏为整个标准型如图2-1所⽰，这些标准为别定义在E4、E5、E30、E37的SEMI标准编号中SECS-I 基于串⾏链路的半导体⽣产设备点对点通信标准，定义了包括物理连接，传输包格式，传输速率等物理层和数据链路层特性。

SECS-II，定义了半导体⽣产设备通信会话与消息的数据格式以及通信内容。

其中通信内容包括设备状态、设备控制、物料状态、物料控制、过程处理、配⽅管理、报警事件处理等。

GEM，定义了⽤户应⽤层的通⽤设备模型，该模型基于SECS-II 消息，它定义了⼀套通⽤的半导体⽣产设备⾏为、交互机制和典型的应⽤情景。

在矿山中采矿设备智能运维管理系统的运用分析摘要：通过对采矿移动设备智能运维系统的研究、开发与运用，打破了采矿设备底层数据采集技术壁垒，实现了工况数据在线采集、实时监测、故障预警、智能维护管理、综合数据集成及决策支持等先进功能。

关键词：设备管理；数字化；数据采集；数据分析；智能运维1智能运维管理系统设计1.1系统架构系统由终端硬件、软件平台构成。

硬件终端安装在设备上，能实时采集设备工况数据，并通过无线网络传输至本地系统平台。

系统中，所有数据终端通过CPE连接矿山4G基站，实现数据实时上传。

平台基于B/S架构设计，用户可通过浏览器查看管理平台信息，也可通过APP实现信息查询、录入及处理。

1.2技术路线智能运维系统是一套综合性设备管理系统，建立在数据采集与分析的基础之上，主要依托的数据包括设备油耗数据、生产产量数据、维护保养数据及设备运行数据。

目前，矿山已经构建了多种专业化子系统，已完成多种重要数据采集，针对既有数据，系统只需通过API接口读取集成即可。

针对无法直接集成信息，系统则需要通过技术手段进行单独收集。

矿山已经建成卡调系统，设备产量数据通过卡调系统读取。

矿山已经建成IC卡加油系统，加油数据可通过加油管理系统后台数据库读取。

钻机产量数据可通过钻机产量APP后台数据库实时读取。

通过对设备电路原理研究，结合现场信号测试与解析，最终确定了设备数据实时采集方案。

每台设备都有多个ECU，他们通过数据总线互连。

在设备开机后，ECU 之间通过总线实时交换传感器数据及控制命令，从而实现设备状态监测与调控。

为实时采集系统工况数据，现研制一种专用数据终端，使其能有效地接入设备总线系统，并从总线系统提取所需的关键数据。

终端具备丰富的总线接口，同时还支持多路模拟量采集（外接传感器信号），满足宽压供电，且具备高防护等级。

由于全部目标设备的控制总线均采用了CAN-bus或J1708，所以只需在每台设备上安装终端，并以相应接口与车辆控制总线连接即可获取总线数据。

数据采控知识讲解一、采样定理1.采样采样就是将时间和幅值连续的信号如图1（a）变成时间不连续的离散信号。

这个过程是通过模拟开关来实现的。

模拟开关每隔一定的时间间隔T(称为采样周期)闭合一次，一个连续信号通过这个开关，变为一系列脉冲信号，称为采样信号。

采样过程如图1所示。

图1理想采样是抽取模拟信号的瞬时函数值。

时间是离散的，而信号依然是模拟的称为离散（对时间）的模拟信号。

c图数字信号V1是指量化的离散模拟信号，即V1不仅在时间上离散的，而且在数值上也是离散的。

量化精度取决于最小的量化单位，称量化当量Δ，它是二进制数码最低有效位所对应的模拟信号数值。

例如Δ=100mV，即数字量的最低有效位对应100mV时，量化取值通常采用最近的量化电平，显然当量越小，A/D转换的精度越高。

2.采样定理采样定理：设连续信号X(t)的最高频率分量为fc，以等时间间隔Ts（Ts称采样间隔，fs=1/Ts 称为采样频率）对X(t)进行采样，得到Xs(t)。

如果fs>=2fc，则Xs(t)保留了X(t )的全部信息，即从Xs(t)可以不失真地恢复出X(t)。

由采样定理可见，为了避免迭混以便采样后仍能准确地恢复原信号，采样频率fs必须大于信号最高频率fc的两倍，即fs＞2 fc。

在实际工作中，一般采样频率应选为被处理信号中最高频率的2.56倍。

fs称为采样频率或奈魁斯特频率。

如图2所示，当采样频率fs＞2 fc时，可以真实还原出被采样信号，反之就会造成被采样信号的失真。

图23.数据采集系统在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。

它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。

一个最简单的数据采集系统典型的硬件结构如下：传感器将被测量的温度、压力、位移等各种物理信号转换为电信号；信号调理器对电信号进行放大、调零、滤波、隔离等预处理；数据采集设备主要功能是将模拟信号转换为数字信号，此外还有放大、采样保持、多路复用等功能。

数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际的问题要解决。

魁塑龃基于C A N总线的数据采集与分析系统田茂刘海洲潘永才(湖北大学物理学与电子技术学院，湖北武汉430062)[摘要】如何将采集到的数据实时、正确传送给数据监控和处理系统成了这方面运用中要解决的首要翔题。

C A N(Cont rol l erA r eaN et—w o鼬总线作为一个现场总线，具有通信速率高、可靠性强、连接方便、性能价格比高等诸多优点，被广泛用于工业控制系统。

一联犍词]C A N总线；数据采集；LPC2119；通信控制在一些工业现场，设备长时间运行容易出现故障，为了监控这些设备，通常利用数据采集装置采集它们运行时的数据，并将数据送给后台监控和处理系统，通过对这些数据进行分析，以此判断当前运行设备的状况，进而采取相应措施。

如何将采集到的数据实时、正确传送给数据监控和处理系统成了这方面运用中要解决的首要问题。

C A N (Cont r ol l e r A r e a N e t w or k)总线作为一个现场总线，具有通信速率高、可靠性强、连接方便、性能价格比高等诸多优点，被广泛用于工业控制系统。

C A N总线已经成为工业中数据采集领域中的首选总线。

同时，A R M处理器以其高处理速度、低功耗和低成本的优势被广泛运用于工业控制，为数据采集和通信控制提供了高性能的综合'-T-台。

1系统的整体设计和组成本系统核心是A R M7M C U和C A N B U S在线。

整个系统设计由两大部分组成，数据采集与通信控制部分和数据监控与处理部分。

其中数据采集与通信控制部分由数据采集节点和通信控制节点构成。

数据监控与处理部分主要由PC机和其上运行的软件构成(以下简称为上位机)。

如图1所示为整个系统的组成结构框图。

下面将对各部分进行介数据般控与处理了C通信控制节点j亡oA N B U Sj亡{王数据采集节点．数据采集节点图1系统框图1．1数据监控与处理部分数据监控与处理部分(上位机)由硬件和软件两部分组成。

一、用电信息采集系统1.用电信息采集系统主站接口设计用电信息采集系统与电能质量监测系统接口采用数据中心结合数据交换的集成架构模式，实现系统之间横向数据交互需求。

这种方式适用于大数据量（百万条级）的接入方式。

通过基于SOA架构的企业服务总线实现电能质量监测系统与用电信息采集系统间的交互，主站系统的相关接口服务采用动态封装方式在企业服务总线（ESB）中注册成Web service服务，以便用电信息采集主站灵活便捷地在服务总线中获取相关资源信息，总线的代理服务通过调用已注册的用电信息采集主站接口服务，实现电能质量判定数据的传送。

2.电能质量数据采集数据采集是用电信息采集系统的重要功能。

采集对象包括专、公用变压器与居民用户表的用电信息，采集数据包括底码、增量、费率电量等电能数据和电压、电流、有功、无功等负荷数据、采集终端工况数据。

近年来随着用电信息采集技术的快速发展，数据采集功能得到了较大提升，其采集数据积分周期可达15min，同时通过通信通道将采集数据定时返回主站，提供的Web数据查询、统计分析、运维管控及计量设备在线监测等功能为管理部门带来了用电计量专业的管理创新。

依据国家标准的电能质量指标，对监测点进行高频度采集，为电能质量的判断提供数据分析基础。

二、采集方法1.远程抄表。

电量计量与远程集中抄表是现代电力营销系统的一个重要环节。

采用远方集中抄表技术、银行划拨收费的方式完成抄表、收费工作，给供电企业和广大用户提供了简捷、准确的收缴电费手段。

抄录数据的准确性和同时性，又给用电管理、分析、监察、线损计算提供了有效依据，提高了用电管理水平。

随着技术的进步和经济的发展，远方集中抄表系统将进一步为需求侧管理提供良好的技术手段。

用电信息采集系统通过多种自动化手段，能减少误差的形成，提高准确性，将抄表、核算到电费的发行自动化，缩短了抄表周期，提高了工作效率。

也减少了人际关系之间的摩擦和矛盾的产生。

用电信息采集系统能对用电客户用电异常进行检测管理，以防用户表计电量数据出现偏差，信息采集系统也保证了能及时的对欠费用户实行计划催款，实行用户用电具体情况的全面管理。

数据采集的方法有哪些数据采集的方法可以根据采集数据的类型进行分类，主要方式包括传感器采集、爬虫、录入、导入和接口等。

传感器监测数据是通过传感器和物联网技术将传感器监测到的数据传至系统中进行采集使用。

新闻资讯类互联网数据可以通过编写网络爬虫进行有目标性的爬取数据。

已有的批量的结构化数据可以通过开发导入工具将其导入系统中。

API接口可以将其他系统中的数据采集到本系统中。

大数据技术的数据采集可以分为离线采集和实时采集。

离线采集主要通过ETL工具进行数据的提取、转换和加载，同时也需要针对具体业务场景对数据进行治理。

实时采集主要用在流处理的业务场景中，可以通过Flume/Kafka工具进行处理。

互联网采集可以使用Crawler、DPI等工具进行网络内容和流量的采集。

除了以上方法，还有其他数据采集方法。

我们采用底层IO请求与网络分析等技术，获取软件系统的数据交换和网络流量包。

通过将数据转换和重新结构化，我们能够实时采集目标软件产生的所有数据，并输出到新的数据库，供软件系统调用。

我们的技术有以下特点：首先，无需原软件厂商的配合；其次，实时数据采集，数据端到端的响应速度达到秒级；第三，兼容性强，可采集汇聚Windows平台各种软件系统数据；第四，输出结构化数据，作为数据挖掘和大数据分析应用的基础；第五，自动建立数据间关联，实施周期短、简单高效；第六，支持自动导入历史数据，通过I/O人工智能自动将数据写入目标软件；最后，配置简单，实施周期短。

我们的底层数据交换的数据直接采集方式，摆脱了对软件厂商的依赖。

因此，我们不需要软件厂商配合，也不需要投入大量的时间、精力和资金。

此外，我们也不用担心系统开发团队解体、源代码丢失等原因导致系统数据采集成死局。