基于工业大数据的设备状态监测应用场景
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毋庸置疑，在数字化转型过程中，企业会获得越来越多的数据，传统制造业正面临着这些大数据的冲击，在产品研发、工艺设计、质量管理、生产运营等各方面都迫切期待着有创新方法的诞生。如何让这些“大”数据产生价值，从而更好地服务于我们的企业，是摆在制造业人面前的重要课题。 比较乐观的是，随着IOT、AI、5G等技术的普及，更多的基于工业大数据的应用场景日渐呈现在我们面前，并且这些应用在实践中不断地完善和迭代，从而形成最佳实践。 今天就来谈谈其中一些比较成熟的应用：基于工业大数据的设备状态监测解决方案。 首先，需要呈现给大家关于这一应用的基本架构，以便有个全局的概念。 基于工业大数据的设备状态监系统架构 在这个参考架构中，会使用到的网络通讯协议汇总如下： 在这个架构中，另外一个重要的设备，也必须要解释清楚，那就是网关。 网关： 网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同大数据监测，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。 网关功能： -协议转换能力 从不同的感知网络到接入网络的协议转换、将下层的标准格式的数据统一封装、保证不同的感知网络的协议能够变成统一的数据和信令；将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信令和控制指令。 -可管理能力 首先要对网关进行管理，如注册管理、权限管理、状态监管等。网关实现子网内的节点的管理，如获取节点的标识、状态、属性、能量等，以及远程实现唤醒、控制、诊断、升级和维护等。由于子网的技术标准不同，协议的复杂性不同，所以网关具有的管理性能力不同。 -广泛的接入能力 目前用于近程通信的技术标准很多，现在国内外已经在展开针对物联网网关进行标准化工作，如3GPP、传感器工作组，实现各种通信技术标准的互联互通。 -数据过滤功能 传感器/设备会产生大量的数据，会对系统造成很大压力，并且传输和存储成本也会相应提高。通常在这种情况下，只有一小部分数据是有价值的其余的过滤掉。 网关分类： -协议网关 协议网关通常在使用不同协议的网络区域间做协议转换。这一转换过程可以发生在OSI参考模型的第2层、第3层或2、3层之间。 -应用网关 主要将某个服务的一种数据格式转化为该服务的另外一种数据格式，从而实现数据交流。这种网关常做为某个特定服务的服务器，但是又兼具网关的功能。应用网关也可以用于将局域网客户机与外部数据源相连，这种网关为本地主机提供了与远程交互式应用的连接。 -安全网关 最常用的安全网关就是包过滤器，实际上就是对数据包的原地址，目的地址和端口号，网络协议进行授权。通过对这些信息的过滤处理，让有许可权的数据包传输通过网关，而对那些没有许可权的数据包进行拦截甚至丢弃。 数据如何获得？传感器是“刚需”。 传感器 GB7665-87对传感器的定义：“能感受规定的被测量并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置。 -传感器构成： 敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号；转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号；变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制；转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。 -传感器分类： 不过回头来看，在整个系统架构中，我们不难看出，最具挑战性和技术难度的不是如何获取数据，而是如何正确、有效地使用数据。也就是如何构建“机理模型和数据算法”。坦白讲，目前我们在这方面还有很大的发展空间。 以下介绍到的应用场景权当抛砖引玉，更多的大数据应用场景亟待我们去开发和完善。 场景一：生产设备状态监控 采集参数： 设备状态信息：运行、待机、故障、停机 设备运行参数：如电流、温度、压力、其它特殊的如流量、转速、气体浓度、PH值、粘度等等 采集系统： 传感器/控制器+（有线/无线）+采集器+（有线/无线）+智能网关+（有线/无线）+云监控系统+MES/ERP 通信协议： 支持无线/有线方式通讯协议。 场景二：工厂能源监控系统 采集参数：工厂能源消耗数据，水、电、气、汽、冷等消耗量。 其中电能：采集产线、机台、设备的电能、电流、功率、功率因数等用电数据； 流量（水电气汽冷）：采集产线、机台、设备的水、汽、气、冷的消耗量和水泵、锅炉、空压、空调等设备的产量； 采集系统： 电能：智能电表+（有线/无线）+采集器/转换器+（有线/无线）+网关+（有线/无线）+云监控系统+MES/ERP 流量：流量表+（有线/无线）+采集器+（有线/无线）+网关+（有线/无线）+云能源监控系统+MES/ERP 通信协议： 支持无线/有线方式通讯协议。 场景三：工厂环境、危险源监控解决方案 监控目标： 实时监测车间环境参数，有毒有害气体浓度，工厂危险源状况。监测参数发现异常，或出现险情时，发出声光报警信号，采取紧急措施，发出紧急控制指令。 采集参数： -监测车间光照、噪音、粉尘、温湿度、洁净度、大气压，等环境参数； -监测车间生产过程产生的有毒有害、腐蚀性气体的浓度； -监测工厂是否有气体泄漏； -监测化学品库的可燃气体、温湿度； -监测仓库环境的空气成分、温湿度 系统构成： 传感器/采集器+有线/无线+网关+有线/无线+云监控系统+MES/SCADA 系统要求： -监控系统具备数据趋势分析、安全隐患预警并消息推送功能 -操作人员可通过手机、电脑实时查看数据 -具备远程开启或关闭设备功能 -系统数据可以和MES/GIS系统对接 通信协议： 支持无线/有线方式通讯协议。 场景四：注塑机系统监控方案 采集数据： -采集操作人员基本信息：身份信息、上下班时间 -采集注塑机的工艺数据，温度、压力； -采集注塑机的工作电流、电压 -采集注塑机运行状态：停止、待机、运行、故障、检修等等，以及发生的时间、持续的时间； -采集注塑机生产信息：产品批次、生产时间、生产数量、不合格品数量 -采集注塑机的用电参数及电能消耗； 系统构成： 采集终端+有线/无线+（路由器）+有线/无线+网关+有线/无线+云监控系统+MES 系统要求： -系统计算、统计每班产量、设备效率、生产效率等指标； -系统实示展示注塑机的工作状态及运行参数； -系统生成各种记录、分析报表，曲线等； -授权人员可通过电脑、手机，实时查看、浏览数据； -与MES/ERP系统数据交换 通信协议： 支持无线/有线方式通讯协议。 场景五：通用、辅助设备系统监控技术方案 工厂通用、辅助设备主要包括工厂配电、空压、制冷、供水、供汽等系统，以及大型旋转设备的运行。 空压机系统 采集参数： -空压机状态参数：停止、待机、运行、故障、检修等等，以及发生时间、持续时间 -空压机用电参数：电流、电压、功率、功率因数、电能 -空压机运行参数：温度、油位、振动、气体压力 系统配置：空压机控制器+传感器+有线+采集器+有线/无线+网关+云监控平台 其中， -开关量输入，采集空压机运行状态； -开关量输出，用于驱动声光报警器，或输出紧急停机信号； -传感器：用于空压机温度、湿度、压力、油位、振动 -电力仪表：监测空压机电流、电压、功率等用电数据 冷却塔系统 采集参数： -冷却系统运行状态：停止、待机、运行、故障、检修等等，以及发生时间、持续时间 -冷却塔运行参数：水温、循环水进水温度、流速、PH值 -冷却塔用电参数：电流、电压、功率、功率因数、电能 系统配置：冷却塔控制器+传感器+有线+采集器+有线/无线+网关+云监控平台 其中， -开关量输入，采集冷却塔运行状态； -开关量输出，用于驱动声光报警器，或输出紧急停机信号； -传感器：用于冷却塔温度、流速、PH值 -电力仪表：监测冷却塔电流、电压、功率等用电数据 电机、泵等旋转设备 采集参数： -设备运行状态：停止、待机、运行、故障、检修等等，以及发生时间、持续时间 -设备运行参数：水温、循环水进水温度、流速、PH值 -设备用电参数：电流、电压、功率、功率因数、电能 系统配置：设备控制器+传感器+有线+采集器+有线/无线+网关+云监控平台 其中， -传感器：用于设备温度、振动、转速； -电力仪表：监测设备电流、电压、功率等用电数据 近期会分享更多关于工业大数据应用实践，敬请期待。 （编辑：温州站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
