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。

智能工厂大数据采集系统网络解决方案
图1  工厂小规模数据采集系统

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。

智能工厂大数据采集系统网络解决方案
图2  工厂大规模数据采集系统

 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

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。

智能工厂大数据采集系统网络解决方案
图3 总线交换机组网方式

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。

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图4  大数据采集系统

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