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天虹纺织集团数据采集与监控系统

一、项目概述

天虹纺织在国内华东和越南一共有6大生产基地,当前分布在各地生产运营,由于厂区的分散性,缺乏有效的信息沟通和综合的信息处理能力,而且无法上传有效的现场信息,集团运营中心无法及时正确的获悉所有生产信息,不能有效分析生产数据和诊断相关设备运行情况,这样将造成运营中心无法对集团整体的运营进行正确的评估及决策。很难实时掌握生产设备的运行情况,很难对未来的形势和环境进行准确的评估,因此,建设一个完善的数据采集与监控平台有助于改善集团化企业的管理与运营。 

力控科技数据采集系统针对天虹纺织生产集控管理实际需要,可以成功地将工业自动化、计算机网络、无线通讯、地理信息系统等多项先进技术有机结合在一起,实现对全集团的自动化生产运行管理。系统的主要功能是实时采集远端各纺机设备和生产基地的动力设备的工艺运行参数,实现对设备运行情况进行自动、连续的监视,管理和数据统计,为安全运行提供必要的辅助决策信息。

二、系统设计

2.1 项目建设目标

集团将在上海设立运营中心,建设数据采集与集控平台。按照预测,系统总采集点数将达到300000个。

数所采集系统需要完成对集团所有生产设备的运行数据、能耗数据采集和监视管理任务,将整个数据进行处理、分析、存档并向各基地发送调度及控制指令。同时实现在线模拟、输送计划、故障检测及定位等任务,同时提供开放式数据接口来与MES系统连接。

架构简约化,数据采集集中化,达到节点少,维护方便;

采集科学数据,利用通信网关的断线缓存功能,做到采集数据不丢失,接口可靠、稳定;

数据集中管理,各个厂区分散数据通过实时/历史数据库集中管理,进行统一分析、计算、诊断;

完善的日志系统;

采集数据的有效性诊断;

实现pSpace企业实时/历史数据库的冗余

各生产厂区生产设备数据参数的采集与存储;

各生产厂区生产设备数据参数的统计及分析;

各生产厂区生产设备数据参数的历史归档;

整个系统具有很好的扩展性,伸缩性。使得后期新增站库可以低成本无缝接入;

本平台系统架构设计为负载均衡、故障隔离、快速维护。

2.2.系统设计原则

系统采用成熟、先进技术,符合国际标准,具有前瞻性、高可靠性,支持数据传输方面主流厂商的设计和技术。

可扩

根据工程的实际情况进行系统设计时,充分考虑系统增加容量的可扩充性:系统设计采用模块化星型结构,前端采集设备管理主机均可扩容;系统主机以及传输设备保留充分的设备接口和冗余空间,以备将来扩充。信息中心可与自动化网络连接,在规模上便于扩展,在技术上能兼顾可预见的未来技术,便于以后的升级。

可靠性

可靠性就是要采用成熟和高质量的技术与产品,使系统在外界或内部条件突变时,能经受干扰或冲击,或在尽量短的时间内恢复正常,确保系统在运行期间不间断工作。 系统采用的技术与产品应在行业范围内处于领先状态,这既是保护投资所必须考虑的,同时,当技术发展时,现有系统又保持一定的连续性。因而应在设计时考虑技术的前瞻性。所选用系统与设备经过大量工程实际使用验证的产品。

兼容

系统设计时,所采用的技术手段必须遵循业界标准,提供标准接口,使系统具有较高的灵活性,方便与其它系统互联;同时,标准性也为今后的升级或引进新技术提供了保障。能与现有监控设备纳入建成后的统一系统。

方便

系统运行后,其管理(如设备的维护)是可操作的。这些管理、维护工作应尽可能简单、方便。这要求提供规范的系统与工程程序,提供智能化的软件或硬件模块,将系统发生故障的可能性降到最低。

开放性

设计的现场结构是开放性系统,实现与未来设备的更多互连和操作,且能方便地融于全球信息网络中。

经济性

系统的经济性是一个必须考虑的重要因素,某些情况下经济性可以否定一切,在功能与经济发生矛盾时,可以采用“技术降效”的办法来解决,系统集成商将尽力采用实用的技术和设备达到降低整体工程造价的目标,一定要使自己的“产品”具有好的价格、性能比指标。极其重视经济性指标应该成为智能化建设的一条必须遵循的技术路线来对待。

2.3 系统设计重点

中心设备的先进性和稳定性是总系统运行的保障

前端监测设备的先进性、稳定性决定了整个系统的关键

数据传输模式的稳定性决定了整个系统的效率

前端数据采集的接口类型和已建监测站的数据接口的兼容性

三、系统架构

针对天虹纺织集团各个基地的特点,进行针对性部署,在各个基地安装及配置多台数据采集通信网关,其中数据采集通信网关通过以太网或串口等通讯方式将各个生产线的硬件设备(如PLC,板卡,仪表等)采集到数据采集通信网关,数据采集通信网关通过网口将数据通过集团VPN专网将数据包传送到远端运营中心的通信服务器,通信服务器获得数据包后,将数据实时发送到数据库服务器,由实时数据库对数据进行归档存储。应用服务器将汇集到中心数据进行二次加工及计算,回写数据存储区保存起来。

数据采集通信网关具有断线缓存功能,当于中心网络断开后会自动进行数据缓存,等网络恢复后自动将缓存数据传至中心服务器,保证数据的连续性。中心实时数据库设计点数30,布置2台实时数据库服务器(1套磁盘阵列)、2台通讯服务器(普通服务器)、2台应用服务器。采用冗余结构保证系统的稳定性。

3.1实时通讯部分

运营中心前端采用两台通讯服务器来接收远程传输过来的数据,考虑到系统的稳定性及可靠性,特设置了一对冗余的服务器来完成实时数据处理的任务,无论哪一台服务器出现故障,另外一台服务器都可以在很短的时间内切换到工作状态。

3.2数据存储部分

数据存储部分由两部分组成,数据实时处理及数据存储。主要实现将实时通讯服务器上从各个基地采集的数据长期的,永久的保存起来。

数据集中服务器采用2台高性能服务器,具有很高的性能和稳定性,用来满足系统长时间运行的需求及用于处理各个生产控制系统集中后的海量数据,再利用pSpace的二级压缩算法,将数据存储到存储设备上。

3.3应用展示部分

应用服务器负责实时监控并设备集团所有生产设备的运行情况和参数的设定。运营中心操作人员可以直接直观的看到现场所有机台的运行情况,并可以进行参数的设定、自动生成报表及故障查询等。

四、系统功能

4.1 数据集中汇总

天虹的现状是各基地生产线由多个不同系统设备提供商采用不同种类厂家的自动化设备进行控制,导致设备种类多、通信协议繁杂,这是整个集团的信息化工作开展最大的障碍,数据是信息化的根本,数据采集的不稳定不准确就导致后面的各个信息化系统都无法发挥各自的功能。

   力控华康工业通信网关pFieldComm全系列采用高性能嵌入式计算平台,内嵌通信采集规约库和转发规约库。可以实现采集多个不同子系统的数据,进行数据集中汇总、分类和预处理,并对多个上级调度等平台系统进行数据转发。本系统利用数据采集通信网关pFieldComm,对天虹集团内各个分散厂区内的PLC系统、相关设备和仪表进行数据采集,通过协议转换后打包发给数据中心实时/历史服务器上,同时也接受中心数据库系统下发的命令和数据。

4.2 数据安全性

为了防范黑客及恶意代码等底层生产网络的攻击侵害及由此引发的生产事故,保障生产系统的安全稳定运行,需要建立生产系统安全防护体系,系统安全防护工作应当坚持安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证的原则,保障底层生产系统的安全。系统对数据采集终端的接入作了严格的身份认证,杜绝系统安全隐患。另外在数据传输和处理过程中采用校验和加密算法保证数据的准确性和安全性。

4.3 在线监测

全面监测功能,在一台电脑上便可浏览所有装置的设备运行状况、生产数据信息等。

4.4 实时报警

当数据采集通信网关发生故障,通信通信网关无法与其建立数据传输链路时;或者在线监测仪表发生故障时,自动引发故障报警。其中故障报警分为以下几种类型:

网络故障:通信通信网关和纺机设备无法建立数据传输链路。

严重数据错误:数据异常,不能通过系统的合法性校验。

在线监测设备故障:安装在现场的在线监测设备发生故障,监测数据输出异常或中断。

故障报警功能使工作人员坐在电脑前即可掌握各个监测点的设备运行情况,避免了因为各种故障导致监测数据大量缺失的现象。

报警方式设置:可对超标报警、故障报警的报警方式进行设置。

发光报警:报警监测点的图标红、绿交替闪烁。

声音报警:可以为不同监测点分别设定报警声音。

短信报警:将报警的详细信息通过短信发送给相关管理人员。

4.5 统计分析管理

系统智能分析公司生产运作情况,自动生成报表,供管理分析使用,对公司的整体运营情况做到了如指掌,给决策者提供有力的数据支持。

以图标、表格、图形等丰富多样的形式实时展现各监测点设备的运行状况等信息,以及发展趋势与动态。

五、项目总结

系统投运后远程各生产基地纺纱设备数据、现场工艺数据等与控制中心数据库平台通讯,并且通过科学的优化设计能够稳定高效将数据传输至集团运营中心,与MES系统无缝集成。整套系统通过先进的软、硬件技术和控制理论,提高了工作效率,使得运维人员能迅速快捷的了解设备的实时运转状况,提高了突发故障的排查速度,加快了纺织两化融合的进度。