基于XIoT的机器运行数据采集系统

需求概述

获取工厂大车间、小车间，各类机加、焊接、喷涂等机器的运行数据上传到企业MES，或另建一套机器运行数据分析管控平台，对获取的数据进行更高层级的分析及机器生产运行管理。

需求的机器运行数据如下：

• 运行状态及时间数据：实时运行状态、开机时间、关机时间、报警监控（故障时间）、运转时间、空转时间；

• 工艺参数：电流、电压、角度、转速、压力、气体流量、速度；

• 环境、安全：烟雾报警、可燃气体、粉尘监测，环境温、湿度。

运行数据获取方案

• 以一台/套机器设备为数据采集对象；

• 从提供的现场设备资料，从原控制系统（PLC、PC）内读取数据的可能性比较小，本方案设计的数据采集方式是，增加采集装置及相应的传感器、监测仪表，从机器设备上采集信号，生成设备运行数据；

• 开机时间、关机时间、报警监控、状态显示、运转时间、空转（载）时间：直接从机器设备上采集信号，计算、判断、统计，获取相所需的数据；

• 电流、电压：安装电流互感器、电压变送器，采集机器人工作时间的焊接电流、电压数据；

• 气体流量：安装微型气体流量计，采集气体流量数据；

• 配置压力、差压传感器，监测、记录设备运行过程中的压力、差压数据；

• 配置烟雾传感器获取烟雾报警记录；

• 待料时间：根据物料的摆放位置配置接近，光电或位移等类型传感器，获取待料时间；

• 转速：加装转速传感器，获取转速信号；

• 进给量：根据设备的进给料操作，加装位移传感器，获取进给量数据；

• 角度监测：配置角度传感器监测角度数据；

• 配置气体传感器，检测气体浓度数据，根据现场要求，可选可燃气体或其它有害的气体种类传感器；

• 配置视觉传感器，检测产品加工工艺是否达到质量工艺要求；

• 检测是否输入固定值参数：配置位移等相关功能的传感器，获取实际的输入值，是否是设定的输入参数；

• 安装粉尘传感器，监测PM2.5、PM10；

• 安装温度传感器，采集、记录设备工作过程中的温度变化数据；

• 频率监测：根据要求从变频器采集频率数据，或是加装传感器机器设备运转往复的频率。

采集装置选型及配置方案

• 以一台机器设备为一个数据采集对象，每台设备配置1台XL87智能采集终端；

• 设备运行状态数据（启动、停止、运行、待机、故障、试机）：XL87智能数据采集终端，配置有I/O，直接从机器设备的控制系统，采集运行信号，进行分析判断、计算统计，获取设备开机时间、停机时间、运转时间、空转时间、异常故障报警、显示实时运行状态，按班、开、周、月时段，统计各状态的持续时间，计算、分析设备的时间利用、设备性能、产品品质及设备的综合效率，生成用户需要的生产技术指标数据。

工艺参数采集方案示意

• XL87智能采集终端，配置有 DI/AI/DO/AO，Ethernet，LoRa(无线)，RS485、CAN、USB等等接口，通过各种功能的传感器采集设备运行工艺数据；

• 通过I/O接口和相应的传感器，采集发那科、龙门等机器人的焊接电流、电压数据；

• 通过RS485通信口和相应的仪表，采集气体消耗量、砂量，角度、转速等数据；

• 通过RS485通信口和位移传感器，采集进给量、待料时间，输入是否是固定值参数；

• 预留有其它通信接口，用于接入其它功能的传感器、仪表；

• XL87智能采集终端，配置一路LoRa无线通信接口，用于采集无线传感器的数据。对于大型的机器设备，如数控等离子火焰切割机、烘干房、龙门机器人、喷漆房、试压等等设备，选择无线传感器，将采集的工艺数据无线上传至XL87智能采集终端；

• 压力、压差、烟雾传感器，温度、可燃气体、有毒有害气体、粉尘、风速、温湿度、压缩空气含水量等参数，都配置无线传感器进行采集。

视觉检测配置方案

• XL87智能采集终端，配置有Ethernet，RS485、USB等等接口，支持多种通信协议，可直接采集视觉传感器的信号或是读取视觉传感器的数据；

• 选择两种视觉传感器，一种视觉传感器，用于判断分析产品工艺质量；另一种视觉传感器，用于喷漆房，判断工作人员是否戴口罩。

XL87智能采集终端

• 采集：设备运行状态（启动、停止、待机、故障、试机），设备运行工艺参数（压力、温度、流量、位移），设备能耗（电流、电压、功率、电度、流量）；

• 读取操作人员ID信息，记录操作人员到、离机台时间，统计工作时间；

• 读取物料编码信息，记录物料加工时间，统计产量；

• 读取模具编码信息，记录模具上、离机台时间，统计模具冲压次数，模具维修、更换预提醒；

• 记录、统计、分析：状态变化时间及状态持续时间，产量，设备OEE，各时段能耗，用户需要的其它经济性能指标计算；

• 生产人员、物料及设备运行状态关联后的数据，并生成历史数据；

• 基于ARM Cortex-A8架构工业级处理器；Linux 操作系统；安装My SQL数据库，XL.Smart应用软件；

• 可选配触摸屏、声光报警器；按现场需求，配置DI/DO/AI/AO模块；

• 配100/1000M双以太网，Wi-Fi（5GHz ）；

• 可配LTE通信接口；

• 可配LoRa无线通讯接口，通讯接口可任意配置为下行、上传通信方式，无线读取传感、采集节点数据或是上传采集的数据；

• 支持RS485、Profibus/Profinet、CAN、USB等通信接口，读取第三方设备数据；

• 可选配扫描、读卡等功能，并按用户要求的技术参数供货；

• 可按设备生产商的通信协议标准，开发相应的通信协议，读取设备数据。

系统示意图

构建Wi-Fi网络，传输设备运行数据。

系统由数据采集节点装置XL87智能采集终端 、Wi-Fi无线通信网络、监控中心服务器及工厂数字化平台XL.Cloud软件构成。

• 采集点获取机器运行数据、工艺数据、产量数据、人员ID信息，无线上传至局域网；

• XL.Cloud平台，通过局域网，获取智能采集终端推送的数据；

• XL.Cloud和XL87智能采集终端，都可将数据推送至MES、ERP等系统；

机器运行数据分析

• 从时间利用、机器性能（生产率）、产品品质等三个方面，计算、分析，从时间稼动率、设备稼动率、品质稼动率，计算设备综合效率OEE；

• 依据机器的初始性能，正常老化程度系数，以及实际的生产性能，计算、分析，机器的生产性能是否处在正常的标准状态，数据可视化分析、展示机器的性能；

• 分析机器各状态的占比时间，出现的频次，计算分析操作人员的工作效率，生产计划的优劣，用实际的运行数据可视化展示；

• 计算、分析总产量，不合格品等数据，可视化展示品质指标；

• 计算、分析机器综合效率OEE，生成综合可视化数据报告。

机器运行管理

• 平台根据不同的机器，构建不同的数据分析模型；

• 各管理岗位依据数据，从时间利用、机器性能（生产率）、产品品质等方面，采取切实有效的措施，提升机器生产运行效率；

• 通过持续的改进、优化，让机器各项指标都运行在更好的状态。

IoT平台XL.Cloud

• 企业级的工业物联网SaaS云平台；

• XL.Cloud，是为工业企业用户设计开发，针对 机器、设备运行数据计算分析的管理平台，安装在企业服务器或第三方云服务器上；

• 中文、英文两个不同的语言版本可选；

• 支持支持WIN Sever 2008、2012等以上版本操作系统；

• 支持支持MY SQL、SQL Server数据库；

• 支持Ethernet、NB-IoT、LTE(4G)等通信方式的接入；

• 支持MQTT、SOAP，XL/6-IoT、XL/9-DB、XL/9-RDS等等通信协议，并可和第三方数据库，Oracle、SAP等交换数据；

• 支持10万级采集节点并发。