智能工厂大数据采集系统网络解决方案

1、工厂数据采集系统现状 

近几年“智能制造”、“工业4.0”和“工业互联网”等概念被广泛宣传，国家也在积极制定相关产业政策和推动我国制造业向更高水平发展。制造企业的数字化转型已经成为行业共识，并认为是当前首先要解决的问题。数字化工厂建设的第一步就是要部署工厂大数据采集系统，能够将工厂内各种环境数据和生产数据实时采集、传输、处理和分析，并能将结果反馈，指导生产和提高生产效率。

如图1所示，对于采集点数不多（一般小于5000点）且采集点较为集中的小型工厂，系统网络采用环形拓扑结构。接入层用串口服务器，中间层用工业交换机，环网下行连接串口服务器，上行连接数据采集服务器，数据采集软件采用轮询的方式和下面每个串口通信完成数据采集。

 如图2所示，对于采集点数上万甚至几万的工厂大数据采集系统，串口服务器不再适用，需要采购大量的通讯管理机。每台通讯管理机有6条串口链路，可以接入100个左右的传感器。不同地理位置的通讯管理机会向上接入工业交换机组成的环网中，大数据采集平台通过环网管理每个通讯管理机完成数据采集。

2、现有解决方案的不足

（1）串口服务器和通讯管理机存在单点故障，接入层无冗余

（2）两种方案均采用轮询方式，大规模数据采集周期较长

（3）通讯管理机价格较贵，大规模数据采集设备采购成本高

（4）数据采集无时间标签，数据采集软件只能记录时序

（5）采集点扩容时需要停工且需要重新配置数采软件

（6）现场需大量布置上行链路网线

3、NE6000总线交换机

总线交换机可以将CAN和RS485/232信号转成标准以太网信号，首次把“总线信号”纳入到以太网中实现数据“交换”。总线交换机为卡轨式，有6个下行串口和2个上行百兆电口，直流24V供电，采用双电源无风扇设计。

如图3所示，总线交换机具有自组网功能。单台可以通过上行双链路独自接入到EOE网，多台也可以彼此之间成链连接后再接入到EOE网，多台还可以将下行串口总线“冗余”连接后再接入EOE网。

4、大数据采集系统网络解决方案

 如图4所示，整体网络架构以总线交换机为接入核心，EOE网可以为总线数据提供快速、零自愈、多冗余和高可靠的通信，大数据采集服务器负责将所有采集到的数据进行存储和分析。

EOE“以太总线”通信方式，非常适合用于工厂大规模数据采集。通过总线交换机，EOE网络实现了总线到总线、总线到网络的无缝融合。网络以全双工的方式（虚拟总线）模拟传统的铜线通信，使不同类型和不同波特率的总线设备可以在一条虚拟总线上通信，任何网络设备都可以加入预定义的虚拟总线进行监听和通信。

以太总线使用单播来模拟传统的现场总线，实现多个目标同时通信。当数据采集服务器下发指令需要采集“1号虚拟总线”上的实时数据，这时已加入1号虚拟总线的所有总线交换机的对应串口上都会收到指令，然后向所在总线传递信号，总线上挂接的所有仪表在收到指令后会即时同时向EOE网中传递数据，实现了高并发的高效数据采集。

大数据采集系统网络方案能够弥补现有数据采集方案的所有不足，EOE网络的可观察性使用户可以快速判断网络故障点，让整个数据采集平台实现可视化。新方案的挑战在于大数据采集软件需要开发“双层地址解析”功能，以精准识别不同仪表的ID和物理位置。