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基于SUB-GHz无线通信技术的车间数据采集系统

更新时间:2009-03-28

0 引 言

国家确定了通过信息化带动工业化的国策,推动制造企业实施制造业信息化[1]。制造执行系统(MES)是面向车间层的管理信息系统,是企业信息化中必不可少的环节。而采集车间生产数据的数据釆集系统是则是执行制造系统底层的基础系统,拥有性能稳定的数据釆集系统对于企业信息化升级的实施具有关键作用[2-3]

脑卒中是一种临床常见病,具有较高发病率、致残率、致死率,近年来,随着我国人们生活方式、环境的不断变化,该病的发生率有了明显增加迹象,加重了社会以及家庭负担,现已引起临床的高度重视[1]。目前临床普遍认为,动脉粥样硬化是引发心脑血管疾病的重要原因,其中不稳定斑块脱落、破裂是引发脑卒中的重要因素,及早的对患者病情做出诊断,对于降低脑卒中发生率具有价值[2]。鉴于上述研究背景,本文选定2018年8月1日—2018年8月31日本院收治的212例颈动脉超声检查对象研究,旨在于为脑卒中筛查患者提供一种有效、准确、安全的诊断方法,做出如下报道。

由于数据采集技术是MES系统的基础,相关技术得到了广泛的研究。曹伟等[4]基于离散制造车间的特点,提出一种基于无线射频识别技术的离散制造车间实时数据采集和可视化监控方法,并开发了原型系统;任工昌等[5]提出一种基于RFID和OPC技术相结合的数据采集方法及通信网络集成方案,实现了上层与车间高效、准确的数据传输;鲁瑶瑶等[6-7]针对国内某压铸企业信息滞后的问题,设计出一种基于嵌入式Linux系统及Qt_Embedded的数据采集监控系统,有效提高了企业信息管理水平。

浙江衢州某大型轴承制造企业,车间占地面积大,共有240条产线,采集点数量多分布广。当前产能及设备运行状态皆由人工统计及汇报,工作量较大,容易出错,实时性欠佳。因此,企业希望系统能实时监测设备运行状态,自动统计汇总产能情况,将采集到的产能信息以现场看板的形式展示于车间内部,设置汇总看板供管理人员掌握实时产能情况,作出相应生产调整。同时,企业希望也能通过电脑及手机等终端设备访问查询相关数据,以便高层管理人员能更快捷地了解当前生产情况。

本文根据企业要求,搭建无线数据采集系统,设计开发现场生产看板及配套Web服务器。

培育壮大新动能有利于推进经济转型升级。经济转型升级主要表现在产业转型升级和排放结构转型升级(绿色发展)两个方面。产业转型升级主要表现在产业的高端化、集群化、品牌化、信息化和智能化等方面,排放结构转型升级主要表现在绿色化、低碳化、循环化等方面。培育壮大新动能,特别是培育新制度、新要素(含新技术等)、新市场、新产业、新业态、新模式、新企业等,无疑将推动产业转型升级和排放结构转型升级。

1 技术方案选择

工业数据采集系统的传输通信方式可分为有线和无线两种[8]。将无线技术引入工业数据采集领域,可以解决某些不便布线环境下的数据采集问题,克服有线网络布线麻烦和维护困难的缺点,提高采集系统的适应性[9]。故本次选择无线通信作为基本传输通信方式。

现在主流的无线传输方案中WiFi、Zigbee以及SUB-GHz都是候选技术。它们有着不同的优点和劣势。对于本文目标企业,厂区分布广,单个厂房占地面积大,生产设备摆放相对分散且难以移动,导致采集点数量多、分布广。在这种情况下,WiFi通讯距离有限,穿墙能力弱,远距离传输需要布置中继放大器,且WiFi功耗较大,需要在车间内布置电源接入点,布置实施成本高。而对于Zigbee,功耗较小,但穿墙能力及传输距离仍旧不足,远距离通信情况下也需要布置中继节点。在采用星形网络结构时,节点数量少,覆盖范围小;采用树形结构时,单一节点的故障将影响关联节点,在节点数量多的情况下稳定性欠佳;而对于网状结构,节点数量的增加会加大通信开销,需要复杂的软件程序支持,才能获得较强的性能与可靠性[10-14]

SUB-GHz是指频率在1GHz以下的无线通信技术[15-16]。相对于2.4GHz上的WIFI,Zigbee等,有着更少的干扰,更大的覆盖范围,更强穿墙能力,同时能保证较低的功耗。在要求大范围覆盖的场景下,不需要额外的硬件支持,或是搭建复杂的组网结构,保证了较低的搭建成本。因此,对于当前考察到企业的实际情况,SUB-GHz在保证了一定的传输速度及稳定性的前提下,提供了最广的覆盖范围,同时保证了较低的成本,是最佳的选择。

(1)矿床赋存于新太古代泰山岩群山草峪组中上部,严格受山草峪组地层控制,具有明确的含矿岩系,主要为(黑云)角闪变粒岩、角闪岩、角闪片岩及磁铁石英岩,含矿建造主要为条带状磁铁石英岩、磁铁角闪岩及角闪磁铁石英岩。

观察组:出现PIC窗后,将气管插管拔出,并给予无创双水平正压通气,将通气方式改为S/T模式,逐渐增大吸气压力至19 cm H2O,使患者感觉舒适,将潮气量维持于8~12 ml/kg,呼吸末正压维持于5~8 cm H2O,氧浓度维持于30%~50%,将患者呼吸频率维持于13~18次/min,使患者血气分析等相关指标均在正常范围内。

针对企业外部访问数据的诉求,考虑到开发成本,以及多端访问的要求,本研究选择基于B/S模式。

观察组治疗后不良反应发生率为35.0%,而对照组治疗后不良反应发生率为87.5%;观察组不良反应发生率明显低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表2

本文选用基于SUB-GHz的MBT4050-C6-SP03无线开关量计数器作为采集设备,通信频率433 MHz,通信距离可达1 500 M,运行功耗0.3 W,工作电压DC12 V,可由机床直接取电,搭配FZ110SP03无线网关作为星形架构中的AP设备,每台最多可链接32个开关量采集器,满足系统指标需求。

系统整体架构如图1所示。

  

图1 系统整体架构

2 采集设备的选型与验证

因此,本文在底层现场采集上选择了基于SUB-GHz通信的无线开关量计数器及无线网关,服务端采用Python脚本语言整理数据并储存至数据库,前端采用现场看板及Web网页应用两种展示形式,搭建了一个完整的车间数据采集系统。

经济发展日渐迅速,这样的背景之下技术给该金融业的发展带来了巨大的变化。因为技术对金融创新来说是最基本的前提,也是最重要的辅助力量,技术越先进金融发展越快,由此创新保证了金融工具的发展,使得一些金融机构不断涌现。技术成熟的国家金融机构由市场来主导,技术不成熟的国家金融由银行来主导。另外技术的进步也促进了人们对于技术的接受能力,使得需求不断上升,由此促进该结构的演变。最后因为技术发展需要进行不断创新,但是创新本身的风险比较高,而这种风险一般银行是无法进行承担的,所以这就促进该结构不断向市场主导的方向发展。

经过现场实际测试,在各终端启动时间同步之后,根据数据时间戳对比,通讯延迟大致在1 ms~8 ms之间,通信效果良好。

3 系统软件开发

每当一个班次结束,每条产线实时数据停止记录,并自动生成一条历史数据,确认历史数据储存成功后,开始下一个班次生产数据的记录。

用Python语言实现数据采集脚本的处理流程,如图2所示。

每台采集器有6路开关量干/湿节点,3路计数器通道。采集器与网关之间采用Modbus通信协议通信。开关量采集器挂至机床配电箱外部,直接从配电箱取电,节点与机床现有PLC相连。无线网关布置于车间2楼机房,每台网关下接20台采集器,网关将其下采集器数据汇总后,上传至数据采集PC处理。由于现场传输的都是继电器的计数数据,且网关之上采用以太网通讯,同时网关轮询间隔设置为0.5 s,即使是微型轴承加工周期也在1 s~2 s左右,因此,可以满足通讯需要。

  

图2 数据处理流程

其中,数据库设计主要考虑将实时数据与历史数据分开储存,分别为实时展示与后续分析提供数据,方便后续服务调用,同时将读写压力分散到多张数据表,降低数据库延迟。

针对不确定环境下的应急群决策问题,考虑群体意见冲突与评估指标关联,本文提出一种新的基于语义信息的应急群决策模型,并以某高铁站应对大量旅客滞留突发事件为例,验证所提模型的有效性与科学性。总结以上研究,本模型具有以下创新之处:

bcnow表为实时数据表,主要记录了产线名称,班次信息,设备状态,当前产量,更新时间等数据。其字段详情如表1所示。

bchistory表为历史数据表,记录着班次号,本班开始,结束时间,本班总产量,同时记录了一个班次内,产线每种运行状态的持续时间,以及每小时的平均产量。其字段详情如表2所示。

 

表1 bcnow实时数据表设计

  

字段名称字段类型解释IDXINT主键LNVARCHAR(255)产线名称BCDATE班次日期STDATETIME本班开始时间SININT本班开始时投料数SOTINT本班开始时产出数NOSINT当前运行状态NOININT当前产出数NOOTINT当前产出数BCIDXINT班次编号UDTDATETIME数据更新时间

 

表2 bchistory历史数据表设计

  

字段名称字段类型解释IDXINT主键LNVARCHAR(255)产线名称BCDATE班次日期STDATETIME本班开始时间ETDATETIME本班结束时间SININT本班开始时投料数SOTINT本班开始时产出数EININT本班结束时投料数EOTINT本班结束时产出数TININT本班总投料TOTINT本班总产出BCIDXINT班次编号SDVARCHAR(255)每种运行状态持续时间EDVARCHAR(255)每小时平均产量

采集软件主要需要实现以下几个功能:(1)显示实时产能及设备运行状态,将数据同步至数据库;(2)对采集上来计数器的数据按所属产线分别累加,并按班次生成历史记录储存于历史数据库中;(3)实现车间现场看板的展示;(4)实现云端Web服务器,可由移动设备访问查看。

关于数据展示方面,车间现场展示看板之一如图3所示。

  

图3 车间现场看板

[6] 鲁遥遥,胡战虎,汪 暾,等.基于Linux及Qt Embedded的压铸车间数据采集系统设计[J].自动化与仪表,2016,31(10):57-61.

Web网页界面如图4所示。

  

图4 Web应用界面

Web服务器基于Flask框架开发,Flask是由Python实现的轻型web框架,可以让开发者专注于系统逻辑,快速实现Web应用[15]。Web应用架设于云服务器,减轻了企业的硬件维护成本。整个Web系统可实现查看当前所有采集节点工作情况,查询历史产能数据等功能,并能在电脑、手机等多端进行访问。同时考虑到数据安全,Web系统实现了用户权限模块,针对不同权限级别的用户,开放不同的数据访问接口。

4 结束语

[3] 吴宏超,刘治红,吴 跃.面向军工装备制造企业的生产现场数据采集与智能监控系统[J].兵工自动化,2017,36(1):22-27.

南翔馒头的改造,邀请了香港著名设计师陈幼坚亲自操刀,这位善于糅合东方文化与西方美学的设计师,在设计中凸显海派文化情怀,如引入了中国版画手工艺术、剪影效果、书法笔触等设计手法以及丰子恺经典绘画中等不同元素,呈现出独特的现代感和丰富的文化内涵。老店还有了全新品牌标志,品牌图案上是两个小朋友抬着冒着热气的南翔馒头,很是讨喜。

目前,系统已在目标企业小规模上线使用,通过对当前企业实际运行情况分析,无线数据采集系统运行稳定,大大减轻了过去人工统计汇总的工作量,能完成实时产能的汇总。整套系统基本满足了企业信息化升级要求。

后续可以考虑增加采集数据种类,加大采集范围,扩展Web系统的功能,并对累计储存的历史数据进行分析,计算OEE(设备综合效率)等,通过对效率损失的分析及对应的生产调整,解决影响设备效率的因素,以降低过程损失和成本。

参考文献(References):

[1] 实现智慧工厂的两大条件:生产自动化和信息化[J].工具技术,2016,50(2):6.

[2] 陈德坤.用于MES的无线数据采集设备的研发[D].杭州:浙江大学机械工程学院,2013.

本文根据某轴承制造企业信息化升级的要求,选定了SUB-GHz作为无线采集系统的通信方案,搭建了完整的无线数据采集系统,设计开发了现场生产看板,及配套web服务器。

[4] 曹 伟,江平宇,江开勇,等.基于RFID技术的离散制造车间实时数据采集与可视化监控方法[J].计算机集成制造系统,2017,23(2):273-284.

[5] 任工昌,宜永刚,杨宇龙,等.液力变矩器装配车间数据采集与通信[J].制造技术与机床,2016(9):34-36,81.

看板模块基于Python PyQt开发,包括产线实时进度看板,产线比对看板等多块看板。看板挂置于每条生产线头部,数据每2 s刷新,保证数据实时性。产线实时进度看板可实时展示当前设备状态、产能、生产进度等信息。产线比对看板可按选择展示多条产线的生产完成情况,以及每条产线的平局产量。

[7] 贾振岗,李 炜,陈 川,等.基于数据采集板卡USB-4704和LabVIEW的虚拟仪器测试系统[J].机械,2015(4):66-69.

[8] 工业有线与无线数据采集传输方式的对比分析[EB/OL].[2017-09-04].http://www.sohu.com/a/169449595_388226

[9] 张立立,徐 勇,孙开宇.基于ZigBee技术的无线数据采集系统的研制[J].实验技术与管理,2012,29(5):139-142.

a.根据一致性公式计算最大Eigen值,λmax =(1.53×0.606)+(9×0.103)+(4.33×0.291)=3.114 b.根据一致性比率公式:可算出,表明该判断矩阵的计算结果通过一致性检验。

[10] 吴海龙,鲍 敏,陈 杰.基于ZigBee的生产车间数据采集系统[J].机电工程,2017,34(2):146-149.

[11] 张和平.浅析短距离无线通信技术[J].天津科技,2012(2):53-54.

[12] 徐 林.短距离无线通信技术的研究与实现[D].南京:南京理工大学电子工程与光电技术学院,2003.

(四)旅游线路少,竞争力弱。市中心区的启新1889文化创意产业园和开滦国家矿山公园等旅游景点,近年来主要接待了各级来唐参观的领导,居民和外地游客很少参观游览,叫好不叫座;由于旅游线路少、特色不突出、业态结构简单、再加之运营模式老套、缺乏竞争力,游客参与性不强,旅游收入也不乐观。

[13] 王英洲,方旭明.短距离无线通信主要技术与应用[J].数据通信,2004(4):53-56.

[14] 庞 娜.网状结构ZigBee无线传感器网络研究[D].长春:吉林大学科学与电气工程学院,2010.

资本市场不仅对各产业部门提升效率具有重要意义,对实现整体金融业的高质量发展也极为重要。资本市场效率低下,就会降低自身应对内外部挑战的能力。现在很多人都在谈中国股市发展脱离了经济的基本面,这倒可以反过来问,一个不能反映经济基本面的股市还能叫股市吗?

[15] SUB-GHz缘何成为物联网连接候选技术[EB/OL][2016-08-16].http://www.bonwin.com/bwzx_a/subghzwxss.html.

[16] 吴 桐.基于Flask框架的物资管理系统的设计与实现[D].南京:南京大学软件学院,2016.

 
莫哲萌,鲍敏,章近达,何康余
《机电工程》 2018年第05期
《机电工程》2018年第05期文献

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