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基于XIoT的机器运行数据采集系统

基于XIoT的机器运行数据采集系统

2021/9/26 11:53:14

需求概述

获取工厂大车间、小车间,各类机加、焊接、喷涂等机器的运行数据上传到企业MES,或另建一套机器运行数据分析管控平台,对获取的数据进行更高层级的分析及机器生产运行管理。

需求的机器运行数据如下:

  • 运行状态及时间数据:实时运行状态、开机时间、关机时间、报警监控(故障时间)、运转时间、空转时间;

  • 工艺参数:电流、电压、角度、转速、压力、气体流量、速度;

  • 环境、安全:烟雾报警、可燃气体、粉尘监测,环境温、湿度

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运行数据获取方案

  • 以一台/套机器设备为数据采集对象;

  • 从提供的现场设备资料,从原控制系统(PLC、PC)内读取数据的可能性比较小,本方案设计的数据采集方式是,增加采集装置及相应的传感器、监测仪表,从机器设备上采集信号,生成设备运行数据;

  • 开机时间、关机时间、报警监控、状态显示、运转时间、空转(载)时间:直接从机器设备上采集信号,计算、判断、统计,获取相所需的数据;

  • 电流、电压:安装电流互感器、电压变送器,采集机器人工作时间的焊接电流、电压数据;

  • 气体流量:安装微型气体流量计,采集气体流量数据;

  • 配置压力、差压传感器,监测、记录设备运行过程中的压力、差压数据;

  • 配置烟雾传感器获取烟雾报警记录;

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  • 待料时间:根据物料的摆放位置配置接近,光电或位移等类型传感器,获取待料时间;

  • 转速:加装转速传感器,获取转速信号;

  • 进给量:根据设备的进给料操作,加装位移传感器,获取进给量数据;

  • 角度监测:配置角度传感器监测角度数据;

  • 配置气体传感器,检测气体浓度数据,根据现场要求,可选可燃气体或其它有害的气体种类传感器;

  • 配置视觉传感器,检测产品加工工艺是否达到质量工艺要求;

  • 检测是否输入固定值参数:配置位移等相关功能的传感器,获取实际的输入值,是否是设定的输入参数;

  • 安装粉尘传感器,监测PM2.5、PM10;

  • 安装温度传感器,采集、记录设备工作过程中的温度变化数据;

  • 频率监测:根据要求从变频器采集频率数据,或是加装传感器机器设备运转往复的频率

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采集装置选型及配置方案

  • 以一台机器设备为一个数据采集对象,每台设备配置1台XL87智能采集终端;

  • 设备运行状态数据(启动、停止、运行、待机、故障、试机):XL87智能数据采集终端,配置有I/O,直接从机器设备的控制系统,采集运行信号,进行分析判断、计算统计,获取设备开机时间、停机时间、运转时间、空转时间、异常故障报警、显示实时运行状态,按班、开、周、月时段,统计各状态的持续时间,计算、分析设备的时间利用、设备性能、产品品质及设备的综合效率,生成用户需要的生产技术指标数据

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工艺参数采集方案示意

  • XL87智能采集终端,配置有 DI/AI/DO/AO,Ethernet,LoRa(无线),RS485、CAN、USB等等接口,通过各种功能的传感器采集设备运行工艺数据;

  • 通过I/O接口和相应的传感器,采集发那科、龙门等机器人的焊接电流、电压数据;

  • 通过RS485通信口和相应的仪表,采集气体消耗量、砂量,角度、转速等数据;

  • 通过RS485通信口和位移传感器,采集进给量、待料时间,输入是否是固定值参数;

  • 预留有它通信接口,用于接入其它功能的传感器、仪表

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  • XL87智能采集终端,配置一路LoRa无线通信接口,用于采集无线传感器的数据。对于大型的机器设备,如数控等离子火焰切割机、烘干房、龙门机器人、喷漆房、试压等等设备,选择无线传感器,将采集的工艺数据无线上传至XL87智能采集终端

  • 压力、压差、烟雾传感器,温度、可燃气体、有毒有害气体、粉尘、风速、温湿度、压缩空气含水量等参数,都配置无线传感器进行采集

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视觉检测配置方案

  • XL87智能采集终端,配置有Ethernet,RS485、USB等等接口,支持多种通信协议,可直接采集视觉传感器的信号或是读取视觉传感器的数据;

  • 选择两种视觉传感器,一种视觉传感器,用于判断分析产品工艺质量;另一种视觉传感器,用于喷漆房,判断工作人员是否戴口罩

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XL87智能采集终端

  • 采集:设备运行状态(启动、停止、待机、故障、试机),设备运行工艺参数(压力、温度、流量、位移),设备能耗(电流、电压、功率、电度、流量);

  • 读取操作人员ID信息,记录操作人员到、离机台时间,统计工作时间;

  • 读取物料编码信息,记录物料加工时间,统计产量;

  • 读取模具编码信息,记录模具上、离机台时间,统计模具冲压次数,模具维修、更换预提醒;

  • 记录、统计、分析:状态变化时间及状态持续时间,产量,设备OEE,各时段能耗,用户需要的其它经济性能指标计算;

  • 生产人员、物料及设备运行状态关联后的数据,并生成历史数据;

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  • 基于ARM Cortex-A8架构工业级处理器;Linux 操作系统;安装My SQL数据库,XL.Smart应用软件;

  • 可选配触摸屏、声光报警器;按现场需求,配置DI/DO/AI/AO模块;

  • 100/1000M双以太网,Wi-Fi(5GHz );

  • 可配LTE通信接口;

  • 可配LoRa无线通讯接口,通讯接口可任意配置为下行、上传通信方式,无线读取传感、采集节点数据或是上传采集的数据;

  • 支持RS485、Profibus/Profinet、CAN、USB等通信接口,读取第三方设备数据;

  • 可选配扫描、读卡等功能,并按用户要求的技术参数供货;

  • 可按设备生产商的通信协议标准,开发相应的通信协议,读取设备数据。

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系统示意图

构建Wi-Fi网络,传输设备运行数据。

系统由数据采集节点装置XL87智能采集终端 、Wi-Fi无线通信网络、监控中心服务器及工厂数字化平台XL.Cloud软件构成。

  • 采集点获取机器运行数据、工艺数据、产量数据、人员ID信息,无线上传至局域网;

  • XL.Cloud平台,通过局域网,获取智能采集终端推送的数据;

  • XL.Cloud和XL87智能采集终端,都可将数据推送至MES、ERP等系统;

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机器运行数据分析

  • 从时间利用、机器性能(生产率)、产品品质等三个方面,计算、分析,从时间稼动率、设备稼动率、品质稼动率,计算设备综合效率OEE;

  • 依据机器的初始性能,正常老化程度系数,以及实际的生产性能,计算、分析,机器的生产性能是否处在正常的标准状态,数据可视化分析、展示机器的性能;

  • 分析机器各状态的占比时间,出现的频次,计算分析操作人员的工作效率,生产计划的优劣,用实际的运行数据可视化展示;

  • 计算、分析总产量,不合格品等数据,可视化展示品质指标;

  • 计算、分析机器综合效率OEE,生成综合可视化数据报告。

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机器运行管理

  • 平台根据不同的机器,构建不同的数据分析模型;

  • 各管理岗位依据数据,从时间利用、机器性能(生产率)、产品品质等方面,采取切实有效的措施,提升机器生产运行效率;

  • 通过持续的改进、优化,让机器各项指标都运行在更好的状态。

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IoT平台XL.Cloud

  • 企业级的工业物联网SaaS云平台;

  • XL.Cloud,是为工业企业用户设计开发,针对 机器、设备运行数据计算分析的管理平台,安装在企业服务器或第三方云服务器上;

  • 中文、英文两个不同的语言版本可选;

  • 支持支持WIN Sever 2008、2012等以上版本操作系统;

  • 支持支持MY SQL、SQL Server数据库;

  • 支持Ethernet、NB-IoT、LTE(4G)等通信方式的接入;

  • 支持MQTT、SOAP,XL/6-IoT、XL/9-DB、XL/9-RDS等等通信协议,并可和第三方数据库,Oracle、SAP等交换数据;

  • 支持10万级采集节点并发。

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审核编辑(
王静
)
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