产线数据采集系统建设全流程方案

现如今AI发展迅速很多企业工厂都在想如何结合AI为企业赋能AI再厉害也要有基础数据所以前期要实现数字化数字化的前提要实现数据采集今天就来学习下数字化的源头先实现数据采集。工厂要实现数据采集系统的建设该如何开展一、系统整体设计1.1 设计原则实用性优先满足产线核心生产数据采集需求避免过度设计可靠性采用工业级设备支持 7×24 小时不间断运行扩展性预留接口和点位支持未来产线升级和设备新增安全性实现生产网与办公网物理隔离保障数据安全易用性提供直观的可视化界面和标准化的操作流程1.2 系统总体架构三层架构plaintext┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │ 应用层 │ │ 数据监控 报警管理 报表分析 生产追溯 系统管理 │ └───────────────────┬─────────────────────────────────┘ │ ┌───────────────────┴─────────────────────────────────┐ │ 网络层 │ │ 工业以太网 无线通信 工业网关 交换机 防火墙 │ └───────────────────┬─────────────────────────────────┘ │ ┌───────────────────┴─────────────────────────────────┐ │ 感知层 │ │ PLC 传感器 仪表 扫码枪 RFID 智能设备 │ └─────────────────────────────────────────────────────┘很多工厂是具备一定的数字化基础的比如具有单个产线的DCS系统这时候数据采集一般通过OPC采集DCS中的数据不需要重复建设重复安装传感器1.3 数据采集范围与指标数据采集范围与指标常规有如下几项行业不同企业不同根据各自生产特性及需求做调整数据类型采集内容采集频率设备运行数据运行状态、启停时间、转速、温度、压力、电流、电压、振动100ms~1s生产过程数据工单编号、产品批次、产量、不良品数、工序完成时间事件触发质量检测数据尺寸精度、外观缺陷、理化指标、检测结果事件触发环境数据车间温度、湿度、粉尘浓度、噪音1min~5min能源数据用电量、用水量、用气量1min~15min1.4 网络架构设计生产控制网采用工业以太网独立网段与办公网物理隔离设备接入网根据设备类型采用有线或无线方式接入核心交换层部署工业级核心交换机支持冗余备份边界防护在生产网与办公网之间部署工业防火墙无线覆盖在移动设备和难以布线区域部署工业无线 AP1.5 数据存储与处理架构实时数据库存储高频设备运行数据支持毫秒级查询关系数据库存储生产工单、质量数据、人员信息等结构化数据时序数据库存储环境、能源等时间序列数据数据备份采用本地备份 异地备份相结合的方式二、硬件采购清单2.1 数据采集与控制设备数据采集需要采购哪些硬件设备需根据工厂的自动化程度查漏补缺补充必须采集但当前无法采集数据所需设备传感器。设备名称推荐型号数量用途工业网关西门子 SCALANCE M874、研华 EKI-1524按产线数量协议转换、数据采集PLC 模块西门子 S7-1200/1500、三菱 FX5U按需逻辑控制、IO 采集远程 IO 模块西门子 ET200SP、欧姆龙 NX-IO按需分布式数据采集RTU 终端研华 ADAM-4000 系列、摩莎 ioLogik按需模拟量 / 开关量采集2.2 传感器与仪表设备名称推荐型号数量用途温度传感器PT100 铂电阻、热电偶按需设备温度、环境温度压力传感器罗斯蒙特 3051、西门子 SITRANS P按需管道压力、液压流量传感器电磁流量计、涡街流量计按需水、气、液体流量振动传感器本特利 3500、施耐德 XPS按需电机、泵体振动监测电流电压传感器霍尔传感器、电流互感器按需设备用电监测光电传感器欧姆龙 E3Z、西克 WTB4按需工件计数、位置检测2.3 网络设备设备名称推荐型号数量用途工业核心交换机华为 S5735-L、思科 IE-33001~2 台核心网络交换工业接入交换机研华 EKI-7712、摩莎 EDS-408A按区域设备接入工业无线 AP华为 AP6750、思科 IW6300按覆盖范围无线设备接入工业防火墙山石网科 SG-6000、启明星辰天清汉马1 台网络边界防护光纤收发器烽火、瑞斯康达按需长距离传输2.4 服务器与存储设备设备名称配置要求数量用途实时数据库服务器2_Intel Xeon Gold 5318Y/64GB/2_480GB SSD4*2TB HDD1 台实时数据存储与处理应用服务器2_Intel Xeon Silver 4314/32GB/2_480GB SSD1 台应用程序部署数据库服务器2_Intel Xeon Silver 4314/64GB/2_480GB SSD6*4TB HDD1 台关系数据库部署存储阵列12*8TB SAS 硬盘 / 双控制器1 台数据备份与归档UPS 电源10kVA / 在线式 / 续航 2 小时1 台服务器断电保护2.5 辅助设备工业机柜42U 标准机柜按需配置电源模块24V DC 工业电源线缆工业以太网电缆、屏蔽双绞线、光纤接线端子、线槽、桥架等安装材料三、实施清单按阶段划分3.1 前期准备阶段1~2 周需求调研与分析与生产、设备、质量等部门沟通明确采集需求现场勘查产线布局、设备分布和网络环境梳理现有设备接口和通信协议形成《需求规格说明书》方案设计与评审制定系统总体设计方案绘制网络拓扑图、系统架构图编制硬件采购清单、软件采购清单和预算组织内部和外部专家进行方案评审招投标与合同签订编制招标文件组织供应商投标和评标与中标供应商签订合同3.2 硬件采购与到货验收阶段2~4 周硬件采购供应商按照合同要求采购设备跟踪设备生产和发货进度协调设备运输和到货时间到货验收检查设备包装是否完好核对设备型号、数量和配置进行设备通电测试签署《设备验收单》3.3 现场施工与硬件安装阶段2~3 周现场准备清理施工区域确保施工安全铺设桥架、线槽和线缆安装机柜和电源系统硬件安装安装服务器、交换机、防火墙等网络设备安装工业网关、PLC 和 IO 模块安装传感器和仪表进行设备接线和接地网络调试配置交换机 VLAN 和 IP 地址调试无线 AP 和网络覆盖测试网络连通性和带宽配置防火墙规则3.4 软件部署与配置阶段2~3 周软件安装安装服务器操作系统部署实时数据库和关系数据库安装数据采集软件和应用系统这里数据采集软件我用到过的有KingIOServer、杰控软件数据采集配置配置工业网关与设备的通信建立数据点表和采集通道测试数据采集的准确性和实时性配置数据存储和转发规则系统功能开发开发数据监控界面配置报警规则和通知方式开发生产报表和数据分析功能实现与 MES、ERP 等系统的接口3.5 系统联调与测试阶段1~2 周单体测试测试每个设备的数据采集功能测试每个功能模块的运行情况记录并修复发现的问题集成测试测试系统各模块之间的集成测试系统与外部系统的接口进行压力测试和稳定性测试用户验收测试组织用户进行系统功能测试根据用户反馈进行调整和优化形成《测试报告》3.6 试运行与人员培训阶段2~4 周系统试运行系统投入试运行运行时间不少于 2 周安排专人 24 小时监控系统运行状态及时处理试运行期间出现的问题人员培训对系统管理员进行系统管理和维护培训对生产操作人员进行系统使用培训对技术人员进行故障排查培训发放系统操作手册和维护手册3.7 正式上线与验收阶段1 周系统正式上线完成系统最终配置和数据初始化切换到正式运行模式制定系统运行应急预案项目验收整理项目文档包括设计文档、测试报告、操作手册等组织项目验收会议签署《项目验收报告》3.8 后期运维与优化阶段长期日常运维定期检查系统运行状态进行数据备份和系统维护及时处理系统故障系统优化根据用户反馈优化系统功能根据生产需求扩展采集点位定期进行系统性能优化四、成本估算参考项目类别占比说明硬件设备50%~60%包括采集设备、网络设备、服务器等软件费用15%~25%包括数据库、采集软件、应用系统等实施费用15%~20%包括施工、安装、调试、培训等其他费用5%~10%包括设计费、监理费、运维费等五、风险控制技术风险选择成熟稳定的技术和产品提前进行技术验证进度风险制定详细的项目计划明确各阶段时间节点和责任人质量风险严格执行设备验收和系统测试流程安全风险加强网络安全防护定期进行安全漏洞扫描人员风险提前进行人员培训确保系统顺利交接六、验收标准数据采集准确率≥99.9%系统可用性≥99.5%数据实时性≤1s系统响应时间≤2s所有功能模块正常运行文档齐全且符合要求七、后记数据采集是很多系统和平台的基础很多系统平台的功能都依赖基础数据是否完善以前在一家环保公司做组态工程师负责数据采集和终端组态在一些自动化程度比较高的企业可以通过DCS系统或PLC内采集数据像一些自动化程度比较低的会采取增加电流环采集设备电流这里会使用采集模块将4-20mA信号转换为ModbusRTU将采集到的数据汇接入杰控组态软件通过杰控组态软件将采集到的数据按HJ212环保协议上传环保平台平台拥有了采集上来的基础数据进而才能实现一些监测分析、甚至接入大模型基于历史数据实现智能分析和趋势预测。而这一切的基础都依赖于数据采集。