基于“不需要點(diǎn)表的工業(yè)網(wǎng)關(guān)”上PLC、CNC、SCADA 數(shù)據(jù)采集解決方案

一、解決方案概述

本解決方案旨在利用深控技術(shù)研發(fā)的 “不需要點(diǎn)表的工業(yè)網(wǎng)關(guān)”，實(shí)現(xiàn)對(duì) PLC（可編程邏輯控制器）、CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床）和 SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的監(jiān)控、管理和優(yōu)化提供有力支持。該工業(yè)網(wǎng)關(guān)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠自動(dòng)識(shí)別設(shè)備的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，無(wú)需繁瑣的點(diǎn)表配置，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集的過(guò)程，提高了系統(tǒng)的部署效率和穩(wěn)定性。

二、實(shí)現(xiàn)方式

（一）PLC 數(shù)據(jù)采集

連接方式

通過(guò)以太網(wǎng)、串口等常見(jiàn)的通信接口將 “不需要點(diǎn)表的工業(yè)網(wǎng)關(guān)” 與 PLC 設(shè)備進(jìn)行物理連接。確保連接穩(wěn)定可靠，通信線路符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，以防止數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的干擾和丟失。

自動(dòng)識(shí)別與適配

工業(yè)網(wǎng)關(guān)啟動(dòng)后，會(huì)自動(dòng)掃描并識(shí)別所連接的 PLC 型號(hào)及其通信協(xié)議。利用其內(nèi)置的智能算法，無(wú)需人工設(shè)置點(diǎn)表，即可快速適配 PLC 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì) PLC 內(nèi)部各種數(shù)據(jù)寄存器（如輸入寄存器、輸出寄存器、中間繼電器、數(shù)據(jù)寄存器等）的自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)傳輸

采集到的 PLC 數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加密處理后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（有線或無(wú)線）傳輸?shù)街付ǖ?a target="_blank">上位機(jī)系統(tǒng)或數(shù)據(jù)中心。支持實(shí)時(shí)傳輸和定時(shí)批量傳輸兩種模式，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)及時(shí)性和帶寬資源的要求。

（二）CNC 數(shù)據(jù)采集

接口對(duì)接

對(duì)于具備以太網(wǎng)接口的 CNC 設(shè)備，直接使用網(wǎng)線將工業(yè)網(wǎng)關(guān)與 CNC 設(shè)備相連。對(duì)于一些老舊型號(hào)僅支持串口通信的 CNC 設(shè)備，可通過(guò)串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊將其轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口后再與工業(yè)網(wǎng)關(guān)連接。

協(xié)議解析

工業(yè)網(wǎng)關(guān)針對(duì)常見(jiàn)的 CNC 通信協(xié)議，如 Fanuc FOCAS、Siemens Sinumerik 840D 等，進(jìn)行內(nèi)置協(xié)議解析。能夠自動(dòng)識(shí)別 CNC 設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、加工參數(shù)（如切削速度、進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速等）、刀具信息、工件坐標(biāo)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，無(wú)需人工干預(yù)點(diǎn)表配置，實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)整合與傳輸

將采集到的來(lái)自不同 CNC 設(shè)備的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其符合統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。然后通過(guò)可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到上層的生產(chǎn)管理系統(tǒng)或數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，以便進(jìn)行進(jìn)一步的加工分析和決策支持。

（三）SCADA 數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)集成

將 “不需要點(diǎn)表的工業(yè)網(wǎng)關(guān)” 作為 SCADA 系統(tǒng)與底層設(shè)備（包括 PLC、CNC 等）之間的中間橋梁進(jìn)行集成。工業(yè)網(wǎng)關(guān)通過(guò)與 SCADA 系統(tǒng)的通信接口（如 OPC UA、Modbus TCP 等）進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

數(shù)據(jù)匯聚與轉(zhuǎn)發(fā)

工業(yè)網(wǎng)關(guān)從底層設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，按照 SCADA 系統(tǒng)要求的格式和協(xié)議進(jìn)行重新封裝后，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給 SCADA 服務(wù)器。同時(shí)，也能夠接收 SCADA 服務(wù)器下發(fā)的控制指令，并將其準(zhǔn)確無(wú)誤地傳送到相應(yīng)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控。

數(shù)據(jù)緩存與斷點(diǎn)續(xù)傳

考慮到網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性可能對(duì)數(shù)據(jù)傳輸造成的影響，工業(yè)網(wǎng)關(guān)具備數(shù)據(jù)緩存功能。在網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，將采集到的數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)在本地緩存中，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，自動(dòng)進(jìn)行斷點(diǎn)續(xù)傳，確保數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性，不丟失任何重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

深控技術(shù)——不需要點(diǎn)表的工業(yè)網(wǎng)關(guān)

三、應(yīng)用案例

案例一：機(jī)械加工車間智能化升級(jí)

項(xiàng)目背景

某機(jī)械加工車間擁有多臺(tái)不同品牌和型號(hào)的 CNC 機(jī)床，以及用于車間設(shè)備控制和管理的 PLC 系統(tǒng)。過(guò)去，車間對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集和管理主要依靠人工記錄和定期巡檢，存在數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不及時(shí)以及無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)等問(wèn)題。為了提高生產(chǎn)效率、降低設(shè)備故障率、優(yōu)化生產(chǎn)工藝，車間決定進(jìn)行智能化升級(jí)，引入數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。

解決方案實(shí)施

在每臺(tái) CNC 機(jī)床和 PLC 設(shè)備處安裝深控的 “不需要點(diǎn)表的工業(yè)網(wǎng)關(guān)”。網(wǎng)關(guān)通過(guò)自動(dòng)識(shí)別和適配設(shè)備的通信協(xié)議，成功采集了 CNC 機(jī)床的加工參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、刀具壽命等數(shù)據(jù)，以及 PLC 系統(tǒng)控制的設(shè)備開(kāi)關(guān)量、模擬量等信息。

將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囬g的本地服務(wù)器上，搭建了一套基于大數(shù)據(jù)分析的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和可視化展示，生產(chǎn)管理人員可以通過(guò)電腦或移動(dòng)終端隨時(shí)查看設(shè)備的運(yùn)行情況、生產(chǎn)進(jìn)度、加工質(zhì)量等關(guān)鍵指標(biāo)。

當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警通知，并通過(guò)短信或郵件的方式推送給相關(guān)維修人員。同時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，為設(shè)備維護(hù)提供預(yù)測(cè)性建議，提前安排設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，減少設(shè)備突發(fā)故障對(duì)生產(chǎn)的影響。

應(yīng)用效果

實(shí)現(xiàn)了對(duì)車間設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)備故障率降低了 [X]%。通過(guò)對(duì)加工參數(shù)的實(shí)時(shí)優(yōu)化，產(chǎn)品加工精度提高了 [X]%，廢品率降低了 [X] 個(gè)百分點(diǎn)。生產(chǎn)管理人員能夠根據(jù)準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，車間整體生產(chǎn)效率提高了 [X]%。

案例二：自動(dòng)化生產(chǎn)線的高效運(yùn)維

項(xiàng)目背景

一家電子制造企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線由多個(gè)環(huán)節(jié)組成，每個(gè)環(huán)節(jié)都配備了 PLC 控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行，同時(shí)生產(chǎn)線還配備了 SCADA 系統(tǒng)用于對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控和管理。然而，由于生產(chǎn)線中設(shè)備種類繁多，通信協(xié)議不一致，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)集成難度大，SCADA 系統(tǒng)無(wú)法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲取設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，影響了生產(chǎn)效率和質(zhì)量的提升。

解決方案實(shí)施

在生產(chǎn)線的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署深控的 “不需要點(diǎn)表的工業(yè)網(wǎng)關(guān)”。網(wǎng)關(guān)自動(dòng)識(shí)別并連接了不同品牌和型號(hào)的 PLC 設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的快速采集和整合。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)有的 SCADA 系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接口將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給 SCADA 服務(wù)器。

在 SCADA 系統(tǒng)中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步的分析和處理，開(kāi)發(fā)了一系列的監(jiān)控界面和報(bào)表功能。生產(chǎn)管理人員可以直觀地了解生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備性能指標(biāo)、生產(chǎn)產(chǎn)量等信息，并能夠根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)和優(yōu)化生產(chǎn)流程。

通過(guò)工業(yè)網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程管理功能，技術(shù)人員可以在遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，能夠快速定位故障原因并進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和修復(fù)，大大縮短了設(shè)備停機(jī)時(shí)間，提高了生產(chǎn)線的整體運(yùn)維效率。

應(yīng)用效果

解決了生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)集成的難題，SCADA 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性得到了顯著提高。設(shè)備停機(jī)時(shí)間減少了 [X] 小時(shí) / 月，生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率提高了 [X]%。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的深度分析，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品質(zhì)量合格率提升了 [X] 個(gè)百分點(diǎn)，為企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

案例三：能源管理與優(yōu)化的工業(yè)應(yīng)用

項(xiàng)目背景

某工業(yè)園區(qū)內(nèi)有多家企業(yè)，涉及多種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，包括機(jī)械制造、化工、食品加工等。園區(qū)內(nèi)的企業(yè)普遍存在能源消耗大、能源管理粗放的問(wèn)題，缺乏對(duì)能源數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，難以實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化利用和成本控制。為了提高園區(qū)的能源管理水平，降低能源消耗成本，決定建立一套能源管理系統(tǒng)。

解決方案實(shí)施

在園區(qū)內(nèi)各企業(yè)的主要能源消耗設(shè)備（如電機(jī)、變壓器、鍋爐等）上安裝 PLC 控制器，并通過(guò) “不需要點(diǎn)表的工業(yè)網(wǎng)關(guān)” 將其接入能源管理系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)自動(dòng)采集 PLC 控制器中的能源數(shù)據(jù)，包括電能消耗、用水量、燃?xì)庥昧?、蒸汽壓力和溫度?a target="_blank">參數(shù)。

對(duì)于一些具有智能通信接口的能源計(jì)量?jī)x表（如智能電表、水表等），工業(yè)網(wǎng)關(guān)也能夠直接與之通信，獲取更加準(zhǔn)確和詳細(xì)的能源數(shù)據(jù)。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)將采集到的能源數(shù)據(jù)上傳到園區(qū)的能源管理中心服務(wù)器，搭建了基于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析的能源管理平臺(tái)。

在能源管理平臺(tái)上，對(duì)園區(qū)內(nèi)各企業(yè)的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和統(tǒng)計(jì)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)能源消耗的高峰時(shí)段和低谷時(shí)段，以及能源浪費(fèi)的環(huán)節(jié)和原因。根據(jù)分析結(jié)果，為企業(yè)制定了個(gè)性化的能源優(yōu)化策略，如調(diào)整設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、加強(qiáng)能源設(shè)備的維護(hù)管理等。

應(yīng)用效果

實(shí)現(xiàn)了園區(qū)內(nèi)能源數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和集中管理，企業(yè)對(duì)能源消耗情況有了更加清晰的認(rèn)識(shí)。通過(guò)能源優(yōu)化策略的實(shí)施，園區(qū)整體能源消耗降低了 [X]%，能源成本節(jié)約了 [X] 萬(wàn)元 / 年。同時(shí)，企業(yè)的環(huán)保意識(shí)和能源管理水平得到了顯著提高，為可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過(guò)以上三個(gè)應(yīng)用案例可以看出，深控技術(shù)研發(fā)的 “不需要點(diǎn)表的工業(yè)網(wǎng)關(guān)” 在 PLC、CNC、SCADA 數(shù)據(jù)采集中具有顯著的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景，能夠?yàn)椴煌袠I(yè)的工業(yè)企業(yè)提供高效、可靠的數(shù)據(jù)采集解決方案，助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展。

審核編輯 黃宇