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南潮物联:浅谈工业设备数据标准化采集及数字化管理

2021-04-16 15:25
来源: 南潮物联

不管是工厂客户还是OEM设备厂商客户,在面临业务数字化的宏图愿景时,必然面临的首要任务就是设备底层数据的采集以及设备数据的数字化管理,通俗来说,就是底层的设备实时数据是数字化工厂及设备远程管理的基础要素。

而随着工业物联网解决方案的大规模落地,如何快速实现工业设备数据的标准化采集及数字化管理,已然成为工厂及软件系统集成商所面临的的首要问题。

■ 设备数据采集的核心硬件设备——工业网关

在设备数据采集层,一般会遇到四种情况的数据采集:

1) 设备具备通讯接口直接与系统对接:对于生产设备信息化程度较高的数据采集来说,设备自有的通讯接口协议如串口、以太网等,可实现与上位机通讯并实时采集数据,在不添加中间设备参与的情况下,直接与局域网及系统平台打通,实现实时通讯;

2) 工业网关直接采集设备数据:目前大多数的PLC/CNC设备均采取网关采集为主,因为这类设备不具备以太网通信接口模块,也不支持二次增加以太网通信,因此通过工业网关与设备485/232接口连接,实现设备数据的采集及上报;

3) 通过IO模块进行数据采集:对于传统陈旧的物理设备来说,可通过IO模块与设备联网,采集设备的相关参数数据,再将参数数据转换为网络数据,通过网络实时上传至系统平台;

4) 安装传感器实现数据采集:针对一些特别陈旧的设备来说,既没有接口也没有自动化采集条件,则可以利用外装传感器的方式,实现数据采集,再通过网关设备进行统一汇总上报至平台系统。

图示:南潮物联Ruff IoT平台设备接入界面

以PLC设备数据采集为例,不同的工厂所使用的设备型号及品牌也不同,如何利用网关设备实现便捷高效的标准化数据采集,是工厂客户最为关心的重点。

首先从网关的跨协议兼容层来说,基于市面上目前主流的品牌型号及设备类型,一个高级版本的工业网关需要支持包括西门子、施耐德、罗克韦尔、三菱、brother、发那科、欧姆龙、松下、通用电气、台达等数十种品牌型号,其次对于一些电力光伏领域的客户来说,网关还需要能支持逆变器、电表等多种类型品牌型号,最后在农业、地质灾害领域,网关还会面对多种传感器类型,也需要网关能实现数据的直接采集及上报。

图示:南潮物联Ruff IoT平台设备标准化接入架构图

其次,针对数据的采集频率来说,对于一些连续型工厂来说,设备的实时数据处理频率会达到毫秒级,在设备的数据采集层,则需要网关可以支持秒级到毫秒级的高频采集,这对于网关的性能及稳定性要求都需要达到较高水平。

最后,当设备中大量的裸数据通过网关采集上报时,其中有一大部分数据需要做本地过滤及边缘计算,以达到降低带宽压力和成本的目的,因此网关是否具备边缘计算能力也十分重要。

当网关达到以上的要求时,基本上可实现不同工厂中的PLC/CNC设备数据的标准化采集要求。同时也有一些网关(比如Ruff 5110工业网关)可支持客户的二次开发需求,满足客户低成本低门槛的实现物联网应用的开发部署。

■ 设备数字化管理的核心需求:可视化及自定义看板

设备数据被标准化采集出来只是第一步,到了平台层,数据将面临如何可视化及分析管理的重要环节。

对于工厂客户来说,设备数字化管理的核心诉求一般集中在两个层面:可视化和自定义看板。

可视化意味着工厂内所有的设备通过联网,将设备的实时状态数据全部集成在平台系统内,可供客户实时查看及远程监控管理。

图示:南潮物联Ruff IoT平台设备实时数据可视化界面

而自定义看板则是针对不同类型的工厂所面临的相同的需求,即根据自身的业务结构和需求,将核心的设备效率数据、生产统计数据、故障预警数据等,自定义展示在看板上,并且在实现方式上,更为灵活及低代码实现。

图示:南潮物联Ruff IoT平台自定义看板界面

以南潮物联工业物联网平台Ruff IoT为例,其提供的设备数字化管理平台主要聚焦在设备数据可视化管理及自定义看板两块:

如上图,在设备数据可视化管理方面,平台主要提供了设备远程实时监控和运维保养管理两个模块的功能,包括设备实时监控、异常告警、历史数据分析、运行情况分析、运维保养工单等;在自定义看板方面,则支持运维工作看板自定义、运维效率分析、看板自定义及客户基于业务需求所要求的自定义报表及统计类看板。

■ 案例分享:泡沫塑料生产流程设备数字化改造

以泡沫塑料生产的工厂为例,在生产数字化的要求下,将会面临生产设备的底层数据采集及数字化管理,如下图所示:

图示:工厂生产线的数字化生产流程

在泡沫塑料数字化生产的过程中,需要历经蒸汽发泡、料仓存储、蒸汽处理、PLC注塑机塑形、自动码垛、自动传送、AGV小车自动运输等环节,那么在这样的生产过程中,设备数据标准化采集就会涉及到多种类型设备,包括蒸汽发泡设备的电量参数联网,从而获得电量总消耗;空压机电耗数据;PLC设备电耗数据等;

而在料仓设备的数据联网采集方面,则可以获取料仓使用及空置数量、存储时长、库存量以及温湿度等数据。以上设备的数据联网均属于特地细分行业的设备数据采集及联网,针对一些物理设备,还需要外加传感器的方式实现部分数据的采集获取。

在PLC注塑机环节的设备数据采集环节,相对就比较标准化了,PLC设备将会提供统一的接口,包括485/232等专用接口,通过工业网关设备实现数据的标准化采集,包括运行状态参数、预警电压电流、模具参数及生产统计等数据。而负责采集数据的网关将通过MQTT的上报协议,将数据上传到指定的SaaS平台,做设备及生产过程的数字化管理。

图示:南潮物联Ruff IoT平台架构图

当生产线的各个环节被统一联网采集之后,数据将在平台层实现可视化,从而使得客户对工厂的设备和生产过程实现透明化管理,包括对产量、模具参数、实时生产统计等数据进行7*24小时监控统计。

对于泡沫塑料生产的工厂来说,能耗管理是其重点关注的部分,因为在蒸汽发泡环节,会消耗大量的电能和水量,因此所有环节数字化管理之后,客户可通过对耗电量设备的实时监控和对比,改善工厂的耗电量及蒸汽使用量,降低能耗成本。

当前,设备数据采集及数字化管理已经成为越来越多客户的普遍需求,而过去由于采集工序复杂,成本较高,一直阻碍客户工厂及设备的快速联网数字化,随着物联网网关的不断成熟和运用,类似于南潮物联的工业物联网平台将会受到越来越多工厂和OEM设备厂商的青睐。

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