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华龙讯达Ceres数据采集系统平台

2017/9/14    来源:华龙讯达    作者:e-works整理      
关键字:Ceres  数据采集  华龙讯达  
    Ceres数据采集系统通过部署简单的硬件和软件部署就可以把工业现场的设备连接到系统上。Ceres数据采集系统为连接各类设备提供统一接口,实现不同设备之间的互联互通,通过即插即用的数据采集网关,以安全的方式从工业现场设备里实时获取数据,并把数据安全的传送到云端。系统在数据传输过程中严格遵守高标准的安全传输协议HTTPS,确保端到端的数据安全。
 
    Ceres数据采集系统广泛应用于烟草、机械加工、汽车、风电、化工等行业,支持Profibus-DP、EtherCAT、CanBus、Modbus等通用数据总线,提供OPCSERVER、TCP/IP SERVER等通用数据接口。
  
    数据采集总体架构设计采用了5层模式,分别为设备层、数据采集层、数据交互层、数据存储层、数据运用层。
ceres数据采集框架图
图1 CERES数据采集架构图
 
    设备层:根据数据采集需求对自动化设备进行改造,以此满足业务对设备数据采集的需要。根据数据采集对象的不同又可以划分为三个层面:设备层、控制层、监控层。设备层主要包括卷烟机设备、包装机设备、成型机设备以及外挂设备等自动化机械;控制层主要包括西门子S5 /S7 PLC系列、AB PLC、Micro II 、BECKHOFF PLC系列等自动化控制系统;监控层主要包括IFIX、HMI、WINCC、INTOUCH等集控监控平台。
 
    数据采集层:从控制器源程序进行数据采集,采用TCP/IP、OPC Service,PLC控制器、数据库等通用技术进行数据采集,以保证采集数据的准确性。数据采集是针对设备层不同的设备进行数据采集,实现数据采集为数据预处理提供实时数据。数据预处理具备数据清洗、数据编码、数据分类、数据断点续传和数据本地保存功能,每个功能流程都将数据进行规划。采集频率具备可调控模式,范围在1s≤n≤10s/次,根据设备生产需求进行调节,初始频率为2s/次。
  • 数据清洗:对数据进行重新审查和校验的过程,目的在于删除重复信息、纠正存在的错误,并提供数据一致性。对数据进行重新审查和校验的过程,目的在于删除重复信息、纠正存在的错误,并提供数据一致性。发现并纠正数据文件中可识别的错误的最后一道程序,包括检查数据一致性,处理无效值和缺失值等。
  • 数据分类:对清洗过的数据进行分类,使数据的类别清晰、明确。数据分类主要包括以下原则:现实性原则、稳定性原则、持续性原则、均衡性原则、揭示性原则、规范性原则、系统性原则、明确性原则、扩展性原则。
  • 数据编码:将不同的信息记录采用不同的编码,一个码点可以代表一条信息记录。由于计算机要处理的数据信息十分庞杂,有些数据库所代表的含义又使人难以记忆。为了便于使用,容易记忆,常常要对加工处理的对象进行编码,用一个编码符合代表一条信息或一串数据。对数据进行编码在计算机的管理中非常重要,可以方便地进行信息分类、校核、合计、检索等操作。人们可以利用编码来识别每一个记录,区别处理方法,进行分类和校核,从而克服项目参差不齐的缺点,节省存储空间,提高处理速度。
  • 断网补偿:无论是工业网络还是Internet网络,普遍存在网络不稳定的状况。整个数据采集方案支持断网补偿功能——当系统检测到网络异常后,系统自动将数据存储到本地,同时系主动请求远程服务器,重新建立连接。当网络恢复系统连接成功,会将本地数据发送至WEB Service服务器,保证数据不丢失。
    数据交互层:上对业务应用提供数据,下为终端显示提供数据,同时可对外提供包括TCP/IP Service、OPC Service、WEB Service服务形式在内的多种接口方式。
 
    数据存储层:数据存储层分为实时数据库、内存数据库和历史数据库,为生产人员实时查看现场工况和历史工况提供支撑。
  • 实时数据库:在线存储每个工艺过程点采集到的实时数据,可以提供清晰、精确的操作工况画面,生产人员既可以查看工厂当前实时地生产情况,也可以回顾过去的历史生产记录。
  • 内存数据库:一种将全部内容存放在内存中而外部存储器中的数据库。内存数据库指的是所有的数据访问控制都在内存中进行,这是与磁盘数据库相对而言的,磁盘数据库虽然也有一定的缓存机制,但都不能避免从外设到内存的交换,而这种交换过程对性能的损耗是致命的。
  • 历史数据库:用来存储历史数据,提供丰富的客户端分析工具,方便客户制作周期性报表,历史数据库内置了SQL,从SCADA和其它系统采集存储数据,提供了很好的自动化系统与企业其它信息的解决方案。
    数据应用层:对采集来的数据根据需求进行运用,实时数据运用主要体现于生产看板、终端显示等。历史数据主要运用于数据查询、生产报表、数据分析等。
 
    数据采集平台根据企业制定的数据采集需求来获取数据,采集的数据包括生产车间的自动化设备和生产线的实时设备数据、生产数据、质量数据、物料数据、传感器数据以及人工录入数据,并将数据发送至数据采集服务器。数据采集服务器负责接收数据并且将接收后的数据储存到数据采集平台的存储解决方案中。
 
(一) 主要特色与先进性
 
    高可用的负载均衡设计:数据采集服务器具备高可用的负责均衡解决方案,系统需要高性能,可增加相应服务器进行数据采集的负载均衡。通过两台负载均衡服务器来代理用户的数据收集请求,后台有多台数据采集服务器组成。负载均衡服务器将根据负载算法将访问用户分配给其中一台数据采集服务器进行处理。并且负载均衡服务器采用一用一备的形式,当一台服务器出现故障,另一台服务器会自动启用。以此来保证整个方案的高可用。
高可用负载均衡示意图
图2高可用负载均衡示意图
 
    这种架构方式,可支持数以万计的并发连接,和处理大量的数据请求。同时可以保护数据采集服务器不被暴露到网络上,也提升了系统安全。
 
    断网补偿设计:无论是工业网络还是Internet网络,普遍存在网络不稳定的状况。整个数据采集方案支持断网补偿功能——当系统检测到网络异常后,系统自动将数据存储到本地,同时系主动请求远程服务器,重新建立连接。当网络恢复,系统连接成功,会将本地数据发送数据采集平台,保证数据不丢失。
断网补偿示意图
图3 断网补偿示意图
 
    数据编码转换:数据采集平台具备可扩展及整合的弹性,能够集成众多的应用系统。因此在数据处理层面,支持数据自动编码转换。可在系统内部设定编码规则,接口获取数据后系统将自动转换成外部系统或接口可识别的编码。
编码转换示意图
图4 编码转换示意图
 
(二) Ceres数据采集系统功能模块
 
    数据采集模块:Ceres数据采集系统的采集模块采用工业自动化技术从所有类型控制设备采集实时数据,并发送存储在实时数据库中,供MES、ERP 其他功能模块和系统调用处理;通过现场的数据收集与各种设备进行集成,建立起工单、物料、设备、人员、工具、质量、半成品、成品之间的关联关系,保证信息的继承性与可追溯性,快速建立一体化和实时化的信息体系;既可以向生产管理人员提供车间作业和设备的实际状况,也可以向业务部门提供客户订单的生产情况,还能够根据实际生产的情况计算出直接物料耗用成本产量、剔除、设备故障、消耗等。
 
    数据推送模块:Ceres数据采集系统的数据推送模块以先进的通讯技术为主要手段,搭建数据推送平台,为企业提供精准的消息推送功能,将需要处理的数据、作业等相关信息推送到相关部门相关的员工,进行相应的业务处理,实现数据实时监控、流程以及异常快速响应等,建立准确实时信息推送机制。
 
    数据管理模块:Ceres数据采集系统的数据管理模块实现工业企业数据管理科学化,数据分析智能化以及信息查询的快速及时,以利于实现工业企业作为现代化企业的资源优化和科学管理,具有排产管理、生产调度、生产管理、设备管理质量管理、安全管理、人员管理、环境管理、成本及物料管理等数据管理功能。
 
    数据存储模块:Ceres数据采集系统的数据存储模块采用外部存储作为虚拟化平台数据的存放介质,为了更好的利用外部存储介质需要设计存储的配置。另通过备份存储的设计应用于存储备份数据,保证数据的安全性。
 
    数据预警模块:Ceres数据采集系统的数据预警模块以数据采集为基础,分层次(工序、单元、机台)实时监控各工序/设备( 车间、班组) 的生产进度,实时监控各生产设备运行状态,实时监控各生产环节加工质量及在线工艺控制水平,发现异常,及时报警。数据预警模块以设备图形、表格、分析图形、实时异常报警等形式表现。
 
    数据分析模块:Ceres数据采集系统的数据分析模块结合生产管理需求,建立车间设备管理,绩效管理,质量管理,消耗管理分析模型,通过先进的数据挖掘和商业智能技术,构建生产统计和决策支持体系,提供生产数据统计分析、生产设备统计分析、质量数据统计分析、设备绩效数据统计分析等功能,以持续提升车间的生产管理水平。
 
    数据展示模块:Ceres数据采集系统的数据展示模块根据数据分析模块提供机台生产、设备、质量、消耗等指标数据的统计、汇总、比较、分析,所有统计分析结果可以采用表格、柱形图、饼状图等方式生成相应结果并可形成报表导出打印。
 
    数据接口模块:Ceres数据采集系统的数据接口模块根据设备自动化控制层通讯介质的差异,量身定制不同通讯协议的接口模块,实现自动化控制层与采集层的通讯无缝集成。
 
    数据处理模块:Ceres数据采集系统的数据处理模块以从设备自动化层控制器上获取的原始数据为基础,通过对数据进行解析、分类和组织处理,最终形成各种有效、准确的现场数据
责任编辑:张荷芳
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