數字化工廠建設之物聯網數據采集

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隨著科技的飛速發(fā)展，我們已然由工業(yè)1.0時代進入到工業(yè)4.0時代。在工業(yè)4.0時代，由于需求的快速變動以及人力成本上升，企業(yè)需要通過搭建數字工廠實現現場設備數據的采集、處理和分析，根據數據分析結果制定生產策略并下發(fā)到現場設備，從而實現企業(yè)的智能化生產。那么，什么是數字工廠？

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數字工廠是在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式，在組成上主要分為設備層、執(zhí)行層和決策層三個部分。設備層中的傳感器、智能儀表等設備負責提供生產數據，為決策層制定生產策略提供數據來源；設備層中的PLC等控制器負責執(zhí)行決策層和執(zhí)行層分發(fā)的生產計劃，對現場設備進行生產控制。執(zhí)行層中的SCADA系統(tǒng)負責設備層數據的采集和監(jiān)控，MES系統(tǒng)負責整個工廠的生產管理以及調度執(zhí)行。決策層中的仿真系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)負責根據分析和優(yōu)化后的生產數據制定生產策略。

在數字工廠中，為了實現企業(yè)的智能化生產，往往需要基于設備層提供的數據源，對工廠的整個生產流程進行模擬，并將結果反饋給相關系統(tǒng)驗證其可行性，進而優(yōu)化工廠生產過程，協(xié)助決策者制定最佳的生產策略。因此，設備層數據的采集對數字工廠至關重要。

物聯網數據采集難題

在數字工廠的建設過程中，往往需要通過物聯網技術采集工廠中各個生產環(huán)節(jié)的設備數據，并將這些物聯網數據匯聚于終端，進而實現整個工廠數據的互聯互通。然而，由于我國工業(yè)數據的發(fā)展還處于起步階段，工廠中還存在很多信息孤島，使得工廠物聯網數據的采集變得非常困難，其中主要存在以下幾個難題：

1

協(xié)議多樣性

由于現場的實際需要以及后期的產線升級，客戶往往需要購買西門子、三菱、歐姆龍等不同品牌的PLC，以及支持Modbus、OPC DA、OPC UA等不同協(xié)議的傳感器設備來保證生產工作的正常運行。設備協(xié)議的多樣性使得現場設備之間的聯系不夠緊密，進而增加現場數據的互聯互通的難度。

2

老舊設備數據的采集

隨著工業(yè)4.0的快速推進以及科技的飛速發(fā)展，越來越多的新技術逐漸應用于工業(yè)現場中。為了保證市場的競爭力，企業(yè)必然需要淘汰一些老舊設備，引入一些新設備來實現產線的升級。在升級改造過程中，如果繼續(xù)使用老舊設備，那么將會給企業(yè)帶來額外的維護成本；如果直接淘汰老舊設備，那么企業(yè)將會面臨巨大的開銷和折舊費用；如果混合使用新舊設備，那么由于新舊設備之間協(xié)議的不兼容，導致新舊設備無法進行數據交互，企業(yè)難以實現數據的統(tǒng)籌管理。

3

OT和IT的融和

在OT領域，現場設備支持的協(xié)議大部分都是Modbus、OPC、Profibus、EtherCAT等工業(yè)協(xié)議。但是在IT領域，IOT平臺和云平臺等平臺支持的是HTTP、MQTT等協(xié)議，協(xié)議的不一致性使得企業(yè)難以實現OT和IT的融和。

各類數據的采集方案

為了解決物聯網數據采集的難題，虹科提供了一系列的數據采集解決方案，幫助用戶高效、快速、可靠地實現工廠設備互聯以及信息共享。

01

PLC和傳感器數據的采集

面對現場支持多種協(xié)議類型的PLC和傳感器等設備，如何采集這些設備的數據并匯聚于管理終端？虹科多功能物聯網HMI/網關幫您實現現場PLC和傳感器等設備的數據采集與傳輸。

在數據采集和傳輸方面，虹科物聯網HMI/網關支持200+通訊協(xié)議，包括主流PLC協(xié)議以及現場總線協(xié)議，支持同時運行8種通訊協(xié)議，而且最多支持10000萬點數據，最大程度地幫助用戶采集現場多種類型設備數據；支持MQTT和OPC UA（客戶端和服務器）協(xié)議，實現PLC和傳感器等設備和云平臺、IOT平臺以及SCADA之間的數據交互；支持MySQL、PostgreSQL、MariaDB以及ODBC驅動的數據庫，實現數據的存儲和統(tǒng)籌管理。

在數據可視化和遠程監(jiān)控方面，虹科物聯網HMI/網關預置2000+現代風格控件，支持趨勢、警報、配方、報表以及調度器等功能，幫助用戶實現可視化界面的繪制；內置Web、VNC、SSH以及SNMP等服務器，用戶通過Web瀏覽器以及VNC客戶端等工具實現可視化界面的遠程監(jiān)控。

在設備控制方面，虹科物聯網HMI/網關集成了CODESYS PLC Runtime，通過擴展I/O模塊和通信模塊實現軟PLC功能，幫助用戶實現設備的邏輯控制。

在邊緣計算方面，虹科物聯網HMI/網關支持JavaScript腳本編寫，預置豐富的函數庫，幫助用戶實現KPI和OEE分析。

虹科物聯網HMI不僅僅是HMI，更是一款集數據采集和傳輸、數據可視化、邊緣計算以及軟PLC等功能于一體，具有物聯網網關功能的HMI。同時，虹科物聯網網關也具有HMI畫面，為客戶提供全面、可靠、高性價比的物聯網解決方案。

02

OPC數據的采集

上世紀九十年代，傳統(tǒng)OPC通信技術的誕生為不同生產商的工業(yè)設備通訊建立一整套開放的接口、屬性和方法標準集，進而實現了不同協(xié)議設備和上位機之間的通訊。盡管隨著OPC UA的快速發(fā)展，傳統(tǒng)OPC技術處于逐漸被淘汰的階段，但是企業(yè)現場中仍然有很多支持傳統(tǒng)OPC技術的設備，需要對其數據進行采集和存儲。為此，虹科提供了一種采集OPC數據并存儲到數據庫的解決方案——OPC Easy Archiver軟件，軟件整體架構如下圖所示。

在數據采集方面，虹科OPC Easy Archiver支持OPC DA、OPC HDA和OPC AE等規(guī)范，進而幫助用戶采集現場設備中的實時數據和歷史數據；支持連接本地或遠程OPC服務器，并且支持同時連接多個OPC服務器，幫助用戶實現多設備的數據采集。

在數據存儲方面，虹科OPC Easy Archiver支持MySQL、SQL Server、Oracle、PostgreSQL，以及ODBC、OLEDB驅動的數據庫，最大程度地滿足客戶的數據存儲需求；支持OPC服務器和數據庫之間的雙向數據傳輸，而且支持網絡中斷后的重新連接以及數據恢復，防止出現由于通訊故障而導致數據丟失的現象。

在數據管理方面，虹科OPC Easy Archiver支持用戶自定義規(guī)則，實現關鍵標簽以及OPC服務器和數據庫通信狀態(tài)的監(jiān)控，并支持郵件通知、數值覆蓋以及軟件服務啟停等執(zhí)行動作，進而滿足客戶在實際應用中的多樣化需求。

通過虹科OPC Easy Archiver軟件，用戶可以對現場支持OPC協(xié)議的設備進行數據采集和存儲，為后續(xù)的數據分析和處理，以及整個現場設備的數據統(tǒng)籌管理打下堅實的基礎。

03

OPC UA數據的采集

傳統(tǒng)OPC通信是基于Windows系統(tǒng)的COM/DCOM技術，無法應用于Linux系統(tǒng)中，存在一定的局限性。此外，在通信前還需要對OPC客戶端和服務器進行復雜的DCOM配置，而且通信容易受到其他應用的影響，使得通信不穩(wěn)定。為了傳統(tǒng)OPC存在的問題，OPC基金會開發(fā)出新一代OPC技術——OPC UA。隨著OPC UA技術的快速發(fā)展，越來越多的現場設備支持OPC UA，而且大量的OPC UA數據正在不斷產生。為了安全有效地存儲、檢索和管理OPC UA數據，越來越多的企業(yè)采用數據庫進行數據存儲，進而實現OPC UA數據的高效存儲和管理。為此，虹科提供了一種采集OPC UA數據并存儲到數據庫的解決方案——Ogamma Visual Logger for OPC軟件（以下簡稱OVL），軟件整體架構如下圖所示。

在軟件部署方面，虹科OVL軟件支持部署在Windows、Linux、Docker、樹莓派以及Azure IoT Edge等設備中，能夠滿足不同客戶的軟件部署需求。

在數據采集方面，虹科OVL軟件同時連接的OPC UA服務器數量無限制，同時采集的OPC UA變量數量無限制，可以實現每秒30萬點OPC UA數據的采集，高效、快速地幫助用戶完成大量OPC UA服務器數據的采集。對于支持傳統(tǒng)OPC的設備，可以使用虹科OPC UA Wrapper軟件實現傳統(tǒng)OPC和OPC UA的轉換；對于既不支持傳統(tǒng)OPC，又不支持OPC UA的設備，可以使用虹科OPC UA SDK將OPC UA功能集成到設備中，進而實現通過OPC UA采集現場設備數據。

在數據存儲方面，虹科OVL軟件支持MySQL、PostgreSQL、SQL Server等傳統(tǒng)關系型數據庫，InfluxDB、TimescaleDB、Kafka等時間序列數據庫，以及微軟、亞馬遜、谷歌等IOT平臺，滿足客戶存儲數據的多樣化需求。

通過虹科OVL軟件，用戶可以快速完成項目配置，完成現場OPC UA服務器設備以及支持其他協(xié)議設備的數據采集和存儲，為后續(xù)的數據處理和分析提供數據來源。

用戶案例

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西門子/GE/安川PLC數據上傳到IOT平臺

客戶現場有西門子、GE、安川等多種品牌的PLC，客戶想要將這些PLC數據通過MQTT協(xié)議上傳到客戶自己開發(fā)的IOT平臺中，進而實現設備狀態(tài)參數的遠程監(jiān)控?？紤]到客戶的實際需求，我們推薦客戶使用具有虹科物聯網HMI/網關功能的軟件方案——虹科PC Runtime，該方案與虹科物聯網HMI/網關（硬件方案）功能相同，部署在客戶的X86設備中，快速賦予原有X86設備物聯網HMI/網關功能，實現數據采集和傳輸。

通過配套的虹科JMobile Studio組態(tài)軟件，客戶進行簡單配置便完成了PLC協(xié)議和標簽參數配置，以及MQTT數據聚合策略和推送策略的制定，實現了現場PLC數據和IOT平臺的數據交互。

02

組態(tài)王OPC服務器數據存儲亞控數據庫

客戶上位機上裝有組態(tài)王軟件，并且已經配置好了OPC服務器功能，客戶想要把OPC服務器數據存儲到亞控數據庫。考慮到客戶的實際需求，我們推薦客戶使用虹科OPC Easy Archiver軟件。

客戶首先在軟件上添加組態(tài)王OPC服務器，然后通過ODBC或者OLEDB驅動連接客戶的亞控數據庫，并進行數據庫表格映射，最終實現組態(tài)王OPC服務器數據存儲到亞控數據庫。軟件配置簡單易上手，而且提供詳細的說明文檔，最快地幫助客戶實現軟件功能。

03

多個UA服務器數據存儲PostgreSQL數據庫

客戶現場有幾十臺OPC UA設備，現在想要采集這些設備數據并存儲在工控機中的PostgreSQL數據庫中，同時通過Grafana軟件實現數據庫數據的可視化?？紤]到客戶的實際需求，我們推薦客戶使用虹科OVL軟件。

通過軟件提供的Web配置界面以及我們提供的詳細操作文檔，客戶快速完成了OPC UA服務器及其數據變量的添加、虹科OVL軟件和PostgreSQL數據庫之間連接，以及Grafana軟件和PostgreSQL數據庫的連接，實現了現場幾十臺OPC UA設備數據的采集、存儲和可視化。

總結

通過虹科提供的一系列物聯網數據采集方案，不僅可以解決由于現場設備協(xié)議多樣異構以及新舊設備協(xié)議不兼容導致的信息孤島問題，還可以將現場設備數據上傳到數據庫、IOT平臺以及云平臺，使得IT和OT的數據融和成為可能，進而幫助用戶實現數字工廠中物聯網設備的數據采集，推動了數字工廠的建設以及企業(yè)的智能化生產。