數字化車間工業物聯網應用的數據采集技術分析

隨著工業物聯網的發展，DNC數據采集的內涵和功能不斷擴大，開始著眼于制造車間的信息集成，針對制造車間的生產計劃、技術準備、加工操作等基本作業進行集中監控與分散控制，把生產任務通過局域網分配給各個加工單元，并使之信息相互交換。

DNC數據采集系統是企業數字化車間的基礎，在網絡DNC通信模塊本身內置了串口采集功能，支持如FANUC、Mitsubishi、HAAS等具有串口反饋功能系統的機床數據采集以及串口條碼掃描采集，此技術在數控機床聯網通訊中已得到廣泛應用。

具有以太網數據采集功能的數控機床或需要硬件采集的各類設備，包含普通非數控類設備，這些設備的數據采集目前應用還不普遍，而DNC監測數據采集模塊，主要針對這類設備的數據采集，具有非常直觀的車間布局圖顯示，每臺設備的開/關機狀態、是否報警？以及是否在加工？甚至設備的實時視頻都可以一目了然；除此之外，對于網卡數控機床它還支持實時坐標狀態、進給速度、主軸轉速、倍率、負荷、加工程序號、執行狀態（編輯、MDI、自動等）、報警號等顯示。

對于硬件采集，根據使用硬件和采集方式不同，可實時采集到設備的負荷（如主軸負荷、各軸負荷、總耗電量）、各軸轉速、溫度、壓力、各顯示表頭數據。其實時采集顯示方式不僅有數字、文字的顯示，針對主軸負荷、轉速、進給等連續變化量，還可以用實時曲線圖形進行顯示。DNC監測數據采集模塊提供給客戶實時數據的同時，也具備數據庫寫入能力。如果和統計分析模塊配合使用，就能夠調用數據庫記錄的數據了。

通常根據數控設備聯網系統及接口的不同，匹配以不同的數據采集方式，采集不同方面的數據，企業數字化車間數據采集支持多種采集方式，可分為自動采集和手動采集兩大類，手動采集與通用MES采集類似，而自動采集方式可以通過網卡采集、宏程序法采集和加裝硬件采集，所有數據的采集都是由系統控制自動進入企業的采集數據庫，保證了數據的真實、可靠性。

生產狀態信息：指加工程序名稱、加工時間、工序名稱、工序加工數量；手動采集時生產狀態信息還可以包括零件名稱、加工起始時間、操作人員編號、工裝準備及卸活時間、合格數量、報廢數量、返工數量等。

設備狀態信息：指設備開關機時間、設備加工起/終止時間、設備報警時間、設備待機時間、設備電流/電壓曲線、主軸負荷曲線、其它關鍵點狀態（溫度、壓力、電平等）。

生產狀態信息主要是記錄設備生產日志，統計加工零部件數量，為生產部門排產提供參考依據；設備狀態信息主要是記錄設備狀態日志，統計設備利用率，為設備管理人員提供遠程監測手段。

1、自動數據采集

自動數據采集是將企業數控設備的生產及工作狀態通過相關硬件和軟件的配合自動采集到網絡DNC的數據庫中，可以分為：網卡采集、宏程序法采集和加裝硬件進行采集。

網卡進行數據采集，這種采集方式主要針對企業中SIEMENS 840D(帶硬盤、網卡)控制系統等型號的機床，該種數控機床的通信，可以直接連接到網絡上，通過DNC系統進行各種數據采集，可以監測到機床的各種信息，包括基本信息（系統類型、版本號、最大軸數、轉軸數量、幾何軸數、輔助軸數、機床報警數、當前報警、最高級報警）、軸坐標信息（絕對坐標、機床坐標）、加工信息（程序加工狀態、程序文件名、工件名稱、執行行號、進給速度、主軸轉速、主軸負荷、進給倍率、主軸倍率）等，這些信息是由機床系統自動反饋回來。機床設備通過網卡連接到車間網絡上就可在電腦上獲得數據，得到反映。

網卡采集的優點：可以在PC端獲得完美的數據，采集的數據和實際現場看到的完全一致。機床聯網簡單，無需添加任何硬件設備，只需完成網絡部分建設即可。采用網卡方式進行數據采集，可按要求采集到：機床上電、斷電時間；程序加工開始、結束時間；標稱和實際主軸轉速；標稱和實際加工進給值；報警編號和報警說明；位置信息、剩余移動量；進給速度、程序運行段；操作履歷；機床負荷信息，特別強調CAXA是唯一能采集到機床負荷的DNC廠家。

宏程序法數據采集，針對沒有網卡的設備，如FANUC系統等串口機床支持宏B功能，可以采用宏程序的方法進行采集。由于在中航數控機床聯網項目中，數控機床系統條件具備，不采用此方式就不詳述了。

加裝硬件進行采集，對于沒有網卡或無法通過網卡采集的機床，可以采取加裝硬件傳感器的方式進行數據采集。針對Siemens 802D數控系統，采用了添加硬件傳感器/數據采集器的方法對生產中產生的數據進行采集。通過機床反饋回的信號，傳感器/采集器可以將電信號轉換成數字信號發送給DNC系統進行數據的采集。

其它傳感器：還有很多種類的傳感器都可以使用，如壓力傳感器、液面傳感器、扭力傳感器、流量傳感器等等，這樣根據傳感器的不同可以得到不同的采集數據。通過硬件采集方式可采集的數據：開機/關機；循環啟動/循環停止；報警/正常；機床工作狀態（編輯、自動運行等）；主軸負載情況（運轉、停機）。

2、手動數據采集

手動數據采集分為：條形碼掃描采集、計算機終端采集、手持PDA終端采集和機床終端手動反饋。企業數字化車間手動數據采集技術與通用MES的采集方式相仿。

針對使用硬件傳感器對生產信息的采集不是很詳盡的情況，可以采用手動數據采集的方式進行補充，如在安裝硬件傳感器的每臺設備上再輔助安裝一個條碼掃描設備，通過操作員將工單上的條碼在掃描儀上進行掃描操作收集各種信息，可以自定義條碼格式及內容，通過條碼打印機統一輸出。通過手動采集方式可采集的數據：員工信息；報警信息；加工的程序名/圖號；加工的開始/結束時間；生產準備的各種狀態記錄；其他生產信息。

無論采用自動采集還是手動采集，或者通過串口代碼反饋進行機床設備數據采集，都可以將采集到的數據寫入統一數據庫并在計算后提供給MES等其他系統使用。針對數字化車間進行的機床設備數據采集，可以將生產信息和設備信息的相關數據傳入到數據管理平臺，與基于這個數據平臺上的各個單元模塊和其他管理系統共同組成完整的企業信息化系統。

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