數(shù)字化工廠建設(shè)之物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集

“ 隨著科技的飛速發(fā)展，我們已然由工業(yè)1.0時(shí)代進(jìn)入到工業(yè)4.0時(shí)代。在工業(yè)4.0時(shí)代，由于需求的快速變動(dòng)以及人力成本上升，企業(yè)需要通過(guò)搭建數(shù)字工廠實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、處理和分析，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果制定生產(chǎn)策略并下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的智能化生產(chǎn)。那么，什么是數(shù)字工廠？”

數(shù)字工廠是在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式，在組成上主要分為設(shè)備層、執(zhí)行層和決策層三個(gè)部分。設(shè)備層中的傳感器、智能儀表等設(shè)備負(fù)責(zé)提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為決策層制定生產(chǎn)策略提供數(shù)據(jù)來(lái)源；設(shè)備層中的PLC等控制器負(fù)責(zé)執(zhí)行決策層和執(zhí)行層分發(fā)的生產(chǎn)計(jì)劃，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)控制。執(zhí)行層中的SCADA系統(tǒng)負(fù)責(zé)設(shè)備層數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，MES系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)工廠的生產(chǎn)管理以及調(diào)度執(zhí)行。決策層中的仿真系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)負(fù)責(zé)根據(jù)分析和優(yōu)化后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)制定生產(chǎn)策略。

在數(shù)字工廠中，為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)的智能化生產(chǎn)，往往需要基于設(shè)備層提供的數(shù)據(jù)源，對(duì)工廠的整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行模擬，并將結(jié)果反饋給相關(guān)系統(tǒng)驗(yàn)證其可行性，進(jìn)而優(yōu)化工廠生產(chǎn)過(guò)程，協(xié)助決策者制定最佳的生產(chǎn)策略。因此，設(shè)備層數(shù)據(jù)的采集對(duì)數(shù)字工廠至關(guān)重要。

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集難題

在數(shù)字工廠的建設(shè)過(guò)程中，往往需要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集工廠中各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備數(shù)據(jù)，并將這些物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)匯聚于終端，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。然而，由于我國(guó)工業(yè)數(shù)據(jù)的發(fā)展還處于起步階段，工廠中還存在很多信息孤島，使得工廠物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集變得非常困難，其中主要存在以下幾個(gè)難題：
1協(xié)議多樣性由于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要以及后期的產(chǎn)線(xiàn)升級(jí)，客戶(hù)往往需要購(gòu)買(mǎi)西門(mén)子、三菱、歐姆龍等不同品牌的PLC，以及支持Modbus、OPC DA、OPC UA等不同協(xié)議的傳感器設(shè)備來(lái)保證生產(chǎn)工作的正常運(yùn)行。設(shè)備協(xié)議的多樣性使得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的聯(lián)系不夠緊密，進(jìn)而增加現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通的難度。
2老舊設(shè)備數(shù)據(jù)的采集隨著工業(yè)4.0的快速推進(jìn)以及科技的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)逐漸應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中。為了保證市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)必然需要淘汰一些老舊設(shè)備，引入一些新設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線(xiàn)的升級(jí)。在升級(jí)改造過(guò)程中，如果繼續(xù)使用老舊設(shè)備，那么將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)額外的維護(hù)成本；如果直接淘汰老舊設(shè)備，那么企業(yè)將會(huì)面臨巨大的開(kāi)銷(xiāo)和折舊費(fèi)用；如果混合使用新舊設(shè)備，那么由于新舊設(shè)備之間協(xié)議的不兼容，導(dǎo)致新舊設(shè)備無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，企業(yè)難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理。
3OT和IT的融和在OT領(lǐng)域，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備支持的協(xié)議大部分都是Modbus、OPC、Profibus、EtherCAT等工業(yè)協(xié)議。但是在IT領(lǐng)域，IOT平臺(tái)和云平臺(tái)等平臺(tái)支持的是HTTP、MQTT等協(xié)議，協(xié)議的不一致性使得企業(yè)難以實(shí)現(xiàn)OT和IT的融和。

各類(lèi)數(shù)據(jù)的采集方案

為了解決物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的難題，虹科提供了一系列的數(shù)據(jù)采集解決方案，幫助用戶(hù)高效、快速、可靠地實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)備互聯(lián)以及信息共享。

01

PLC和傳感器數(shù)據(jù)的采集

面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)支持多種協(xié)議類(lèi)型的PLC和傳感器等設(shè)備，如何采集這些設(shè)備的數(shù)據(jù)并匯聚于管理終端？虹科多功能物聯(lián)網(wǎng)HMI/網(wǎng)關(guān)幫您實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)PLC和傳感器等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與傳輸。

在數(shù)據(jù)采集和傳輸方面，虹科物聯(lián)網(wǎng)HMI/網(wǎng)關(guān)支持200+通訊協(xié)議，包括主流PLC協(xié)議以及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，支持同時(shí)運(yùn)行8種通訊協(xié)議，而且最多支持10000萬(wàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)，最大程度地幫助用戶(hù)采集現(xiàn)場(chǎng)多種類(lèi)型設(shè)備數(shù)據(jù)；支持MQTT和OPC UA（客戶(hù)端和服務(wù)器）協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PLC和傳感器等設(shè)備和云平臺(tái)、IOT平臺(tái)以及SCADA之間的數(shù)據(jù)交互；支持MySQL、PostgreSQL、MariaDB以及ODBC驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和統(tǒng)籌管理。

在數(shù)據(jù)可視化和遠(yuǎn)程監(jiān)控方面，虹科物聯(lián)網(wǎng)HMI/網(wǎng)關(guān)預(yù)置2000+現(xiàn)代風(fēng)格控件，支持趨勢(shì)、警報(bào)、配方、報(bào)表以及調(diào)度器等功能，幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)可視化界面的繪制；內(nèi)置Web、VNC、SSH以及SNMP等服務(wù)器，用戶(hù)通過(guò)Web瀏覽器以及VNC客戶(hù)端等工具實(shí)現(xiàn)可視化界面的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

在設(shè)備控制方面，虹科物聯(lián)網(wǎng)HMI/網(wǎng)關(guān)集成了CODESYS PLC Runtime，通過(guò)擴(kuò)展I/O模塊和通信模塊實(shí)現(xiàn)軟PLC功能，幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的邏輯控制。

在邊緣計(jì)算方面，虹科物聯(lián)網(wǎng)HMI/網(wǎng)關(guān)支持JavaScript腳本編寫(xiě)，預(yù)置豐富的函數(shù)庫(kù)，幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)KPI和OEE分析。

虹科物聯(lián)網(wǎng)HMI不僅僅是HMI，更是一款集數(shù)據(jù)采集和傳輸、數(shù)據(jù)可視化、邊緣計(jì)算以及軟PLC等功能于一體，具有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)功能的HMI。同時(shí)，虹科物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)也具有HMI畫(huà)面，為客戶(hù)提供全面、可靠、高性?xún)r(jià)比的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

02

OPC數(shù)據(jù)的采集

上世紀(jì)九十年代，傳統(tǒng)OPC通信技術(shù)的誕生為不同生產(chǎn)商的工業(yè)設(shè)備通訊建立一整套開(kāi)放的接口、屬性和方法標(biāo)準(zhǔn)集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了不同協(xié)議設(shè)備和上位機(jī)之間的通訊。盡管隨著OPC UA的快速發(fā)展，傳統(tǒng)OPC技術(shù)處于逐漸被淘汰的階段，但是企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中仍然有很多支持傳統(tǒng)OPC技術(shù)的設(shè)備，需要對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。為此，虹科提供了一種采集OPC數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)的解決方案——OPC Easy Archiver軟件，軟件整體架構(gòu)如下圖所示。

在數(shù)據(jù)采集方面，虹科OPC Easy Archiver支持OPC DA、OPC HDA和OPC AE等規(guī)范，進(jìn)而幫助用戶(hù)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；支持連接本地或遠(yuǎn)程O(píng)PC服務(wù)器，并且支持同時(shí)連接多個(gè)OPC服務(wù)器，幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)多設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。

在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，虹科OPC Easy Archiver支持MySQL、SQL Server、Oracle、PostgreSQL，以及ODBC、OLEDB驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，最大程度地滿(mǎn)足客戶(hù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求；支持OPC服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸，而且支持網(wǎng)絡(luò)中斷后的重新連接以及數(shù)據(jù)恢復(fù)，防止出現(xiàn)由于通訊故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。

在數(shù)據(jù)管理方面，虹科OPC Easy Archiver支持用戶(hù)自定義規(guī)則，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵標(biāo)簽以及OPC服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)通信狀態(tài)的監(jiān)控，并支持郵件通知、數(shù)值覆蓋以及軟件服務(wù)啟停等執(zhí)行動(dòng)作，進(jìn)而滿(mǎn)足客戶(hù)在實(shí)際應(yīng)用中的多樣化需求。

通過(guò)虹科OPC Easy Archiver軟件，用戶(hù)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)支持OPC協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理，以及整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)統(tǒng)籌管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
03

OPC UA數(shù)據(jù)的采集

傳統(tǒng)OPC通信是基于Windows系統(tǒng)的COM/DCOM技術(shù)，無(wú)法應(yīng)用于Linux系統(tǒng)中，存在一定的局限性。此外，在通信前還需要對(duì)OPC客戶(hù)端和服務(wù)器進(jìn)行復(fù)雜的DCOM配置，而且通信容易受到其他應(yīng)用的影響，使得通信不穩(wěn)定。為了傳統(tǒng)OPC存在的問(wèn)題，OPC基金會(huì)開(kāi)發(fā)出新一代OPC技術(shù)——OPC UA。隨著OPC UA技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備支持OPC UA，而且大量的OPC UA數(shù)據(jù)正在不斷產(chǎn)生。為了安全有效地存儲(chǔ)、檢索和管理OPC UA數(shù)據(jù)，越來(lái)越多的企業(yè)采用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)OPC UA數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)和管理。為此，虹科提供了一種采集OPC UA數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)的解決方案——Ogamma Visual Logger for OPC軟件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)OVL），軟件整體架構(gòu)如下圖所示。

在軟件部署方面，虹科OVL軟件支持部署在Windows、Linux、Docker、樹(shù)莓派以及Azure IoT Edge等設(shè)備中，能夠滿(mǎn)足不同客戶(hù)的軟件部署需求。

在數(shù)據(jù)采集方面，虹科OVL軟件同時(shí)連接的OPC UA服務(wù)器數(shù)量無(wú)限制，同時(shí)采集的OPC UA變量數(shù)量無(wú)限制，可以實(shí)現(xiàn)每秒30萬(wàn)點(diǎn)OPC UA數(shù)據(jù)的采集，高效、快速地幫助用戶(hù)完成大量OPC UA服務(wù)器數(shù)據(jù)的采集。對(duì)于支持傳統(tǒng)OPC的設(shè)備，可以使用虹科OPC UA Wrapper軟件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)OPC和OPC UA的轉(zhuǎn)換；對(duì)于既不支持傳統(tǒng)OPC，又不支持OPC UA的設(shè)備，可以使用虹科OPC UA SDK將OPC UA功能集成到設(shè)備中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通過(guò)OPC UA采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，虹科OVL軟件支持MySQL、PostgreSQL、SQL Server等傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，InfluxDB、TimescaleDB、Kafka等時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)，以及微軟、亞馬遜、谷歌等IOT平臺(tái)，滿(mǎn)足客戶(hù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多樣化需求。

通過(guò)虹科OVL軟件，用戶(hù)可以快速完成項(xiàng)目配置，完成現(xiàn)場(chǎng)OPC UA服務(wù)器設(shè)備以及支持其他協(xié)議設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析提供數(shù)據(jù)來(lái)源。

用戶(hù)案例
01西門(mén)子/GE/安川PLC數(shù)據(jù)上傳到IOT平臺(tái)
客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)有西門(mén)子、GE、安川等多種品牌的PLC，客戶(hù)想要將這些PLC數(shù)據(jù)通過(guò)MQTT協(xié)議上傳到客戶(hù)自己開(kāi)發(fā)的IOT平臺(tái)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。考慮到客戶(hù)的實(shí)際需求，我們推薦客戶(hù)使用具有虹科物聯(lián)網(wǎng)HMI/網(wǎng)關(guān)功能的軟件方案——虹科PC Runtime，該方案與虹科物聯(lián)網(wǎng)HMI/網(wǎng)關(guān)（硬件方案）功能相同，部署在客戶(hù)的X86設(shè)備中，快速賦予原有X86設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)HMI/網(wǎng)關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸。

通過(guò)配套的虹科JMobile Studio組態(tài)軟件，客戶(hù)進(jìn)行簡(jiǎn)單配置便完成了PLC協(xié)議和標(biāo)簽參數(shù)配置，以及MQTT數(shù)據(jù)聚合策略和推送策略的制定，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)PLC數(shù)據(jù)和IOT平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互。

02組態(tài)王OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)亞控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)
客戶(hù)上位機(jī)上裝有組態(tài)王軟件，并且已經(jīng)配置好了OPC服務(wù)器功能，客戶(hù)想要把OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到亞控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。考慮到客戶(hù)的實(shí)際需求，我們推薦客戶(hù)使用虹科OPC Easy Archiver軟件。

客戶(hù)首先在軟件上添加組態(tài)王OPC服務(wù)器，然后通過(guò)ODBC或者OLEDB驅(qū)動(dòng)連接客戶(hù)的亞控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)表格映射，最終實(shí)現(xiàn)組態(tài)王OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到亞控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。軟件配置簡(jiǎn)單易上手，而且提供詳細(xì)的說(shuō)明文檔，最快地幫助客戶(hù)實(shí)現(xiàn)軟件功能。

03多個(gè)UA服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)

客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)有幾十臺(tái)OPC UA設(shè)備，現(xiàn)在想要采集這些設(shè)備數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在工控機(jī)中的PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)通過(guò)Grafana軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的可視化。考慮到客戶(hù)的實(shí)際需求，我們推薦客戶(hù)使用虹科OVL軟件。

通過(guò)軟件提供的Web配置界面以及我們提供的詳細(xì)操作文檔，客戶(hù)快速完成了OPC UA服務(wù)器及其數(shù)據(jù)變量的添加、虹科OVL軟件和PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)之間連接，以及Grafana軟件和PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)幾十臺(tái)OPC UA設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和可視化。

總結(jié)

通過(guò)虹科提供的一系列物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方案，不僅可以解決由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備協(xié)議多樣異構(gòu)以及新舊設(shè)備協(xié)議不兼容導(dǎo)致的信息孤島問(wèn)題，還可以將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)、IOT平臺(tái)以及云平臺(tái)，使得IT和OT的數(shù)據(jù)融和成為可能，進(jìn)而幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字工廠中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，推動(dòng)了數(shù)字工廠的建設(shè)以及企業(yè)的智能化生產(chǎn)。10月9日起，【虹科云課堂】數(shù)字化工廠免費(fèi)直播課程即將開(kāi)播，敬請(qǐng)期待！

審核編輯 黃昊宇