一种工业设备数据采集方法及装置与流程

本发明涉及一种设备数据采集装置及方法，特别是涉及一种工业设备数据采集方法及装置。

背景技术：

随着大规模工业生产的演进，生产设备上监控技术的重要性逐步被人们认知，而无论是生产管理、零件管理、设备管理、订单管理、还是企业决策，都离不开对现场生产情况的及时把握。

中小企业，由于生产设备本身的通讯限制，反映生产情况的传统方式还是通过人工记录、汇报和整理来完成；同时，电脑管理的手段，也往往因为相互通讯规格不完善或不匹配等原因，造成相同数据的反复输入输出，导致时效性不强、人力和财力的双重浪费。

在大型的制造企业，车间里分布大量的CNC机床用于日常生产。但一旦生产过程中出现异常问题，不易被发现解决；而且每台机床的利用率不容易统计，从而导致成本控制不易。不仅如此，厂区的视频监控存在带宽紧张的问题，在线加工时担心数据断续造成加工失败。因此，如何对大量的数控机床进行有效监控成为摆在管理层面前的一个问题。

传统的解决方式是将CNC通过PLC连接至CNC Server，但这样存在一些问题，例如实时性差，因为PLC采用轮询机制。轮询带来的另一个问题可能导致生产成本有所上升，因为轮询容易造成网络拥塞，会造成在线加工失败。此外，网络PLC自身的成本也很高，用在该系统中会很昂贵。

客户希望找到一种性价比更高、更灵活的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工业设备数据采集方法及装置，本发明提供了一种数据采集、分析与展示的智能方法及装置，通过光感、振动、温度、电压电流等手段获取工业设备运行数据；通过智能网关将采集到的数据加密上传至云端服务器；云服务器的数据经过分析处理后以web方式供调度监测管理，其实现了工厂加工设备的智能化，增强工业设备与生产管理人员的信息交互。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种工业设备数据采集方法，所述方法包括以下过程：

不破坏工业设备表面的情况下，将数据采集终端箱体固定在工业设备上；将互感模块通过线缆引至工业设备配电箱中，使配电箱中供电线缆的三相分别穿过互感线圈；将振动传感模块以强磁性方式吸附在工业设备表面，以检测设备振动频率；将色度传感器模块平行竖立与指示灯柱旁，以检测不同的指示灯动作；振动传感模块通过振动频率检测工业设备的起停状态，互感模块通过供电线缆检测工业设备的电压电流信息，色度传感模块通过指示灯柱状态反馈工业设备即时状态信息；所有的用于检测工业设备状态的模块预留接口，并即插即用，这些模块包括但不限于检测工业设备的起停状态、电压电流、功耗、报警状态；数据采集终端与智能网关之间依靠无线网络进行数据传输，包括但不限于zigbee组网方式；智能网关与后台云服务器依靠网络进行数据传输，包括但不限于GPRS方式。

所述的一种工业设备数据采集方法，所述数据采集终端实时采集工业设备状态信息，并实时将数据通过无线局域网上传至智能网关，智能网关根据配置的时间参数，定期将工厂数据通过无线网络上传至后台云服务器。

所述的一种工业设备数据采集方法，所述后台云服务器通过对设备状态数据的收集与分析，提供现场管理者通过web方式访问监测画面，实现调度监控管理。

一种工业设备数据采集装置，所述装置包括单一或多个数据采集终端、智能网关、后台云服务器、手持终端；数据采集终端作为工业设备数据的主要输入节点，具有多个模拟数字端口；数据采集终端除了中央处理单元外，还包括采集设备电压电流值的互感模块，采集设备工作状态的振动模块，采集报警信息的灯光色度传感模块，采集环境温度的温度模块、以及无线通讯模块；数据采集终端物理上分为主控板、互感线圈装置、色度传感装置、振动检测装置、温度检测装置、连接线缆；智能网关作为数据中转装置，将局域网内各个数据采集终端的实时数据通过TCP/IP或GPRS加密上传至远程云服务器；云服务器汇总各节点设备数据，经过分析处理后供客户调度监测管理；手持终端作为数据采集器及网关的人机交互界面，具备调试及参数配置功能；数据采集器的手持终端自带液晶显示屏、通讯接口，以有线的方式接入设备；智能网关的手持终端即为装载有配置APP的安卓手机，以蓝牙方式接入设备。

所述的一种工业设备数据采集装置，所述数据采集终端各模块之间通过即插即用连接方式形成物理可分离结构；数据采集终端带有处理器单元的控制电路板、外接电池和天线，控制电路板的控制电路分别与外接电池、天线及其接口连接。

所述的一种工业设备数据采集装置，所述数据采集终端设有一个或多个扩展接口，一个或多个扩展接口与控制电路板的控制电路连接；数据采集终端扩展接口连接有扩展模块，扩展模块包括但不限于振动模块、色度识别模块、互感器模块、TCPIP网络模块、WIFI模块、GPRS模块、蓝牙模块。

所述的一种工业设备数据采集装置，所述智能网关带有处理器单元的控制电路板、外接电池和天线，控制电路板的控制电路分别与外接电池、天线及其接口连接；智能网关连接有扩展模块，包括但不限于TCPIP网络模块、、WIFI模块、GPRS模块和蓝牙模块。

所述的一种工业设备数据采集装置，所述手持终端带有处理器单元的控制电路板、外接电池、显示器，控制电路板的控制电路分别与外接电池、显示器及其接口连接；手持终端连接有扩展跟踪调试模块，扩展模块包括但不限于串行232模块、串行485模块、JATG模块；手持终端显示器部分，包括但不限于LCD、LED、VFD等。

所述的一种工业设备数据采集装置，所述控制电路板的控制电路上设有辅助电路模块，辅助电路模块包括无线收发电路模块，时钟电路模块、存储电路模块，无线收发电路模块与天线连接。

所述的一种工业设备数据采集装置，所述处理器单元选自微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、可编程控制器等构成的组合中的任一个。

本发明的优点与效果是：

1.本发明解决了生产情况大多通过人工记录、汇报和整理，造成相同数据的反复输入输出，时效性不强、人力和财力双重浪费的问题；

2.本发明解决了工业设备尤其是老版本的工业设备，不能实时提取运行数据的问题；

3.本发明解决了工厂调度监控管理中数据生动化展示的问题；

4.本发明解决了工业场景数据采集成本高昂、配置不灵活的问题；从而实现了工厂加工设备的智能化、数据化管理，提高了工作效率，降低了生产成本，增强了工业设备与生产管理人员的信息交互。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明提出了一种应用于工业设备数据采集的智能方法，包括：不破坏工业设备表面的情况下，将数据采集终端箱体固定在工业设备上；将互感模块通过线缆引至工业设备配电箱中，使配电箱中供电线缆的三相分别穿过互感线圈；将振动传感模块以强磁性方式吸附在工业设备表面，以检测设备振动频率；将色度传感器模块平行竖立与指示灯柱旁，以检测不同的指示灯动作；

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能方法，进一步地，还包括：振动传感模块通过振动频率检测工业设备的起停状态，互感模块通过供电线缆检测工业设备的电压电流信息，色度传感模块通过指示灯柱状态反馈工业设备即时状态信息。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能方法，进一步地，还包括：所有的用于检测工业设备状态的模块可预留接口，并可即插即用，这些模块包括但不限于检测工业设备的起停状态、电压电流、功耗、报警状态等。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能方法，进一步地，还包括：数据采集终端与智能网关之间依靠无线网络进行数据传输，包括但不限于zigbee组网方式；智能网关与后台云服务器依靠网络进行数据传输，包括但不限于GPRS方式。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能方法，进一步地，所有的数据采集终端实时采集工业设备状态信息，并实时将数据通过无线局域网上传至智能网关，智能网关根据配置的时间参数，定期将工厂数据通过无线网络上传至后台云服务器。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能方法，进一步地，后台云服务器通过对设备状态数据的收集与分析，提供现场管理者通过web方式访问监测画面，实现调度监控管理。

本发明还提出一种应用于工业设备数据采集的智能装置，包括：单一或多个数据采集终端、智能网关、后台云服务器、手持终端。

数据采集终端作为工业设备数据的主要输入节点，具有多个模拟数字端口。除了中央处理单元外，包括采集设备电压电流值的互感模块，采集设备工作状态的振动模块，采集报警信息的灯光色度传感模块，采集环境温度的温度模块、以及无线通讯模块等。该数据采集终端物理上分为主控板、互感线圈装置、色度传感装置、振动检测装置、温度检测装置、连接线缆。

智能网关作为数据中转装置，将局域网内各个数据采集终端的实时数据通过TCP/IP或GPRS加密上传至远程云服务器。

云服务器汇总各节点设备数据，经过分析处理后可供客户调度监测管理。

手持终端作为数据采集器及网关的人机交互界面，具备调试及参数配置功能。数据采集器的手持终端自带液晶显示屏、通讯接口，以有线的方式接入设备；智能网关的手持终端即为装载有配置APP的安卓手机，以蓝牙方式接入设备。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能装置，进一步地，数据采集终端各模块之间通过即插即用连接方式形成物理可分离结构。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能装置，进一步地，数据采集终端带有处理器单元的控制电路板、外接电池和天线，控制电路板的控

制电路分别与外接电池、天线及其接口连接。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能装置，进一步地，数据采集终端设有一个或多个扩展接口，一个或多个扩展接口与所述控制电路板的控制电路连接。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能装置，进一步地，数据采集终端扩展接口连接有扩展模块，扩展模块包括但不限于振动模块、色度识别模块、互感器模块、TCPIP网络模块、WIFI模块、GPRS模块、蓝牙模块。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能装置，进一步地，智能网关带有处理器单元的控制电路板、外接电池和天线，控制电路板的控制电路分别与外接电池、天线及其接口连接。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能装置，进一步地，智能网关连接有扩展模块，包括但不限于TCPIP网络模块、、WIFI模块、GPRS模块和蓝牙模块。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能装置，进一步地，手持终端带有处理器单元的控制电路板、外接电池、显示器，控制电路板的控制电路分别与外接电池、显示器及其接口连接。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能装置，进一步地，手持终端连接有扩展跟踪调试模块，扩展模块包括但不限于串行232模块、串行485模块、JATG模块。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能装置，进一步地，手持终端显示器部分，包括但不限于LCD、LED、VFD等。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能装置，进一步地，控制电路板的控制电路上设有辅助电路模块，辅助电路模块包括无线收发电路模块，时钟电路模块、存储电路模块，无线收发电路模块与天线连接。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能装置，进一步地，处理器单元选自微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、可编程控制器等构成的组合中的任何一个。

实施例

下面提供参考附图的下面描述以帮助全面理解本发明的示范性实施例。其包括各种细节以助于理解，而应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，省略了对公知功能和结构的描述。

图1是本发明公开的一种应用于工业设备数据采集的智能装置及方法的结构示意图。如图1所示，根据本发明的系统包括：单一或多个数据采集终端100，智能网关200，手持终端300，后台云服务器400。图1中只显示出一个数据采集终端100的实施例，其中，每个数据采集终端100包括但不限于中央处理单元110、灯光色度传感模块120、电流电压互感模块130、振动探测模块140、线缆150、线缆160；智能网关200包括通讯端口210~240、天线250；手持终端300包括显示器310、通讯端口320。

数据采集终端100用于检测工业设备的运行数据。其中，中央处理单元110

作为主控制单元，提取各个检测模块实时上报的数据，并以设定的时间单位将采集数据发送给智能网关200。中央处理单元110包括CPU最小系统111，用于指令的发送及数据的存储；天线112，用来发射或接收电磁波；输入输出端口113，是灯光色度传感模块120、电流电压互感模块130与中央处理单元110的数据通道；输入输出端口114，是电流电压互感模块130与中央处理单元110的数据通道；网络端口115是工业以太网接口，作为接入局域网或广域网的数据通道；通信端口116是RS232/ RS485接口，作为调试或者数据传输通道；端口117是JTAG/SWD接口，作为程序下载、程序调试、功能测试端口。

灯光色度传感模块120用于检测设备报警灯柱的动作情况，进而得知设备运行状态。三个或多个色度传感器121分别检测报警灯柱常用的红黄绿三种报警色。

电流电压互感模块130用于检测设备动力电的即时值。将设备的电力线通过互感线圈131，依据电磁感应原理，即可检测电流值。

振动探测模块140用于采样工业设备的振动频率。

从上面的描述可以看出，每个数据采集终端100是由中央处理单元110与通过线缆150、线缆160接入它的灯光色度传感模块120、电流电压互感模块130和振动探测模块140相组合匹配的。

智能网关200将局域网内各个节点的实时数据加密上传至远程云服务器。其中，通讯模块210作为与局域网连接的数据通道，收集多个数据采集终端100的数据，该通信包括但不限于Zigbee传输方法；通讯模块220作为与广域网连接的数据通道，将收集进来的数据上传至后台云服务器400，该通信包括但不限于GPRS传输方法；通讯模块230用于客户现场人员配置智能网关200的数据通道，用于无线远距离配置与调试，该通信包括但不限于蓝牙传输方法。通讯模块240提供了另外一个配置智能网关200的数据通道，即用有线的方式配置与调试，该通信包括但不限于CAN或RS485传输方法；天线250，用来发射或接收电磁波。

后台云服务器400汇总各节点设备数据，经过分析处理后可供客户进行调度监测管理。

进一步地，天线112和天线250可以包括但不限于板载天线、吸盘天线、棒状天线、陶瓷天线等。

进一步地，后台云服务器400下发的控制指令，通过智能网关200转发到数据采集终端100，可以对数据采集终端100进行远程参数配置与调控。

进一步地，后台云服务器400通过智能网关200间歇性发送询问指令，数据采集终端100进行实时应答，将数据采集终端100接入的灯光色度传感模块120、电流电压互感模块130或振动探测模块140的设备信息予以上报，可以有效的对设备进行管理。

图2是本发明公开的一种应用于工业设备数据采集的智能方法的流程图。

在步骤1中，将数据采集终端100的中央处理单元110固定于工业设备上。

在步骤2中，将数据采集终端100的灯光色度传感模块120、电流电压互感模块130、振动探测模块140分别固定于工业设备的对应位置上。

在步骤3中，用线缆150、线缆160将数据采集终端100的中央处理单元110与灯光色度传感模块120、电流电压互感模块130、振动探测模块140连接起来。

在步骤4中，将智能网关200吊装于工业车间的顶棚上。

在步骤5中，通过手持终端300对智能网关200和数据采集终端100进行配置。

在步骤6中，数据采集终端100实时采集工业设备数据，通过智能网关200上传数据至后台云服务器400。

根据本发明上述的一种应用于工业设备数据采集的智能方法，进一步地，还包括：将数据采集终端各传感器节点固定在移动的工业设备上，比如生产线、运输线等。

根据本发明的应用于工业设备数据采集的智能装置及方法，通过利用带有传感器的数据采集终端、无线通讯等装置，使得设备数据采集处理操作更简单，操作人员不需经过训练即可操作，降低运营成本。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。