一種制造環(huán)境下遠(yuǎn)程可配置的大數(shù)據(jù)采集器及其運(yùn)行方法與流程

本發(fā)明涉及智能大數(shù)據(jù)采集設(shè)備，尤其涉及一種制造環(huán)境下遠(yuǎn)程可配置的大數(shù)據(jù)采集器及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

數(shù)據(jù)采集是利用某些采集裝置，從外部制造環(huán)境中采集數(shù)據(jù)的過程。得到的數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行分析處理，制造過程離不開生產(chǎn)車間數(shù)據(jù)的支撐。

傳統(tǒng)制造環(huán)境下數(shù)據(jù)采集方式基本都是固定的，工人按照生產(chǎn)的要求以及傳感器各自的功能來部署傳感器并安排其采集任務(wù)，傳感器按任務(wù)要求對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。當(dāng)采集任務(wù)發(fā)生變化時(shí)，我們需要改變傳感器節(jié)點(diǎn)的采集參數(shù)，如重新配置采集周期，變更采集時(shí)間等。

生產(chǎn)線上制造設(shè)備及接線眾多，傳感器分布情況也非常復(fù)雜。傳統(tǒng)的靜態(tài)配置方法是利用配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和節(jié)點(diǎn)組合,但系統(tǒng)在掉電后其內(nèi)部配置數(shù)據(jù)將會(huì)丟失，下次配置時(shí)要在制造現(xiàn)場(chǎng)對(duì)需要重新配置的節(jié)點(diǎn)逐一輸入配置數(shù)據(jù)，這會(huì)增加工作量，且效率低下。在含有微處理芯片的系統(tǒng)中,也可以使用微處理器產(chǎn)生配置時(shí)序,將配置數(shù)據(jù)置入傳感節(jié)點(diǎn)，完成配置過程，但這只能在本地進(jìn)行配置，滿足不了遠(yuǎn)程配置的需求。而且，一旦配置數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤，難以對(duì)配置執(zhí)行情況進(jìn)行檢查，這將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)采集造成很大影響，不利于生產(chǎn)。由于制造現(xiàn)場(chǎng)各節(jié)點(diǎn)分布散亂，沒有統(tǒng)一的管理界面，配置難以實(shí)現(xiàn)對(duì)配置節(jié)點(diǎn)的集成管理和配置實(shí)時(shí)性需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種制造環(huán)境下遠(yuǎn)程可配置的大數(shù)據(jù)采集器及其運(yùn)行方法。旨在能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)配置采集節(jié)點(diǎn)，滿足生產(chǎn)過程對(duì)數(shù)據(jù)的需求。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種制造環(huán)境下遠(yuǎn)程可配置的大數(shù)據(jù)采集器，該大數(shù)據(jù)采集器由部署在制造現(xiàn)場(chǎng)的嵌入式智能采集單元和遠(yuǎn)程操作終端組成；

嵌入式智能采集單元包括：微控制器、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)交互模塊、無線網(wǎng)接收器、串口和傳感器插板等輔助模塊；

遠(yuǎn)程操作終端包括：人機(jī)交互模塊、設(shè)置配置文件項(xiàng)；用戶根據(jù)生產(chǎn)需求，通過遠(yuǎn)程人機(jī)界面編寫配置文件，智能終端將配置文件下發(fā)，通過無線網(wǎng)接收器接收后立即存儲(chǔ)，然后通過微控制器讀取后進(jìn)行處理，生成配置序列下發(fā)至需要配置的傳感器，完成配置過程。

人機(jī)交互界面，用戶根據(jù)采集需求在界面上編寫配置文件；

配置文件分四部分：文件地址段、節(jié)點(diǎn)編號(hào)段、配置功能段、配置數(shù)據(jù)段；

文件地址段是為了使特定的配置命令能發(fā)送至特定的節(jié)點(diǎn)并執(zhí)行，防止配置亂序；

節(jié)點(diǎn)編號(hào)段是傳感器節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，利用字母和數(shù)字組合，方便對(duì)傳感器的集中管理；

配置功能段是對(duì)節(jié)點(diǎn)的工作選擇如開始采集、中斷采集和修改采集等；

配置參數(shù)段包括選擇節(jié)點(diǎn)的采集周期和總的采集時(shí)間；該節(jié)點(diǎn)執(zhí)行命令后，配置參數(shù)會(huì)被記錄，生成報(bào)表保存下來，在人機(jī)交互模塊的界面上實(shí)現(xiàn)對(duì)該配置節(jié)點(diǎn)的查詢與實(shí)時(shí)監(jiān)控。

嵌入式智能采集單元，通過無線網(wǎng)接收器，時(shí)用戶在遠(yuǎn)程終端可通過3g/4g/wifi方式與嵌入式智能采集單元通信。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊由用戶設(shè)定的新的配置文件被接收后保存在flashprom中，初始配置信息保存在e²prom內(nèi)，當(dāng)配置任務(wù)執(zhí)行后，e²prom內(nèi)的信息自動(dòng)更新，替換該節(jié)點(diǎn)原來的初始配置信息。

制造環(huán)境下遠(yuǎn)程可配置的大數(shù)據(jù)采集器的運(yùn)行方法，包括如下步驟：

步驟一：在生產(chǎn)過程中，用戶通過終端在遠(yuǎn)程向采集單元發(fā)送配置文件，文件內(nèi)容包含節(jié)點(diǎn)編號(hào)、配置功能和配置參數(shù)；

步驟二：采集單元收到命令后將文件存儲(chǔ)，并傳輸至微控制器進(jìn)行處理；

步驟三：文件被處理后生成節(jié)點(diǎn)能識(shí)別的配置時(shí)序，通過接口下發(fā)至將要被配置的采集節(jié)點(diǎn)；

步驟四：節(jié)點(diǎn)收到其配置時(shí)序后開始執(zhí)行，調(diào)整其配置參數(shù)，完成遠(yuǎn)程配置過程。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

1、本發(fā)明可以針對(duì)車間采集數(shù)據(jù)的需求，動(dòng)態(tài)修改節(jié)點(diǎn)的采集參數(shù)，具有很大的靈活性。

2、本發(fā)明通過無線網(wǎng)在遠(yuǎn)程下達(dá)配置命令，能實(shí)現(xiàn)對(duì)采集節(jié)點(diǎn)的集成管理，提高了配置效率，滿足配置實(shí)時(shí)性要求。

3、本發(fā)明在不改變采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的情況下，通過實(shí)時(shí)配置，合理分配了采集資源，提高了采集節(jié)點(diǎn)的利用率。

4、本發(fā)明操作起來簡(jiǎn)單，不需要編程，只需查詢傳感器功能參數(shù)文檔即可配置。

5、本發(fā)明對(duì)設(shè)備硬件要求低，基于模塊化設(shè)計(jì)，容易易于擴(kuò)展和修改，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

附圖說明

圖1本發(fā)明配置流程圖。

圖2本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖3本發(fā)明配置文件格式圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。

圖1至圖3；為本發(fā)明總體構(gòu)成：包括部署在制造現(xiàn)場(chǎng)的智能采集單元和遠(yuǎn)程操作終端；智能采集單元(嵌入式)將采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)交互模塊傳輸至服務(wù)器，服務(wù)器是數(shù)據(jù)處理的核心組件，處在工業(yè)制造系統(tǒng)的頂層，可以通過無線網(wǎng)或者工業(yè)以太網(wǎng)和采集單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

采集的數(shù)據(jù)在服務(wù)器中進(jìn)行分析處理后，得到結(jié)果和信息會(huì)傳輸至人機(jī)交互界面，用戶會(huì)根據(jù)這些結(jié)果來決策和定義需要重新配置某些數(shù)據(jù)，是重要、易變的數(shù)據(jù)還是普通數(shù)據(jù)。

如在平穩(wěn)環(huán)境下，某些數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)過程沒有影響或者影響不大，可以中斷采集這些數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，或者較少其采集時(shí)間，可以節(jié)省傳感器能源，延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)工作壽命。

而對(duì)于某些易變的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為了保障整個(gè)制造系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要快速做出反應(yīng)并及時(shí)處理調(diào)整，可以增加其采集節(jié)點(diǎn)數(shù)、增大采樣頻率采集時(shí)間長(zhǎng)度，保證采集信息的精確性和有效性。

通過軟件定義和配置，用戶能夠合理分配和利用有限的采集設(shè)備資源、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的帶寬資源以及服務(wù)器運(yùn)算處理資源，使得資源的使用得到最優(yōu)化，提高數(shù)據(jù)采集和處理的效率。

用戶通過人機(jī)交互界面在節(jié)點(diǎn)信息庫(kù)內(nèi)查詢采集這些數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)信息，確定配置功能和參數(shù)后，開始編寫配置文件。

結(jié)合圖3，配置文件中，一條文件對(duì)應(yīng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，文件分四塊：地址段、編號(hào)段、配置功能段、配置數(shù)據(jù)段。

地址段的功能是為了使特定的配置命令能發(fā)送至特定的節(jié)點(diǎn)并執(zhí)行，防止配置亂序，每個(gè)智能采集單元都必須擁有一個(gè)特定的地址。從遠(yuǎn)程發(fā)送的文件必須含有要求訪問的地址，只有擁有此特征地址的采集單元才能執(zhí)行該配置命令。

編號(hào)段是傳感器節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，在傳感器被部署時(shí)根據(jù)其類型就已編好，利用字母和數(shù)字組合，方便傳感器的集中管理。

配置功能段是對(duì)節(jié)點(diǎn)的工作選擇如開始采集、中斷采集和修改采集等，當(dāng)我們終止某些節(jié)點(diǎn)的采集時(shí)，參數(shù)段選擇為空。

當(dāng)選擇修改參數(shù)時(shí)，需要設(shè)置配置參數(shù)段，包括選擇節(jié)點(diǎn)的采集周期和總的采集時(shí)間。

傳感器的各類可供選擇的配置參數(shù)已經(jīng)做成文檔保存在界面內(nèi)，用戶可以直接選擇，省去了查找時(shí)間，以及在對(duì)傳感器參數(shù)性能不熟悉的情況下，參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，使得節(jié)點(diǎn)不能正常工作。這樣使得操作更加簡(jiǎn)單，不需要深入理解傳感器功能參數(shù)即可設(shè)置文件。配置文件寫好后，由實(shí)際情況需要，配置的節(jié)點(diǎn)數(shù)量及其參數(shù)可以逐條發(fā)送，也可以統(tǒng)一發(fā)送，靈活地操控配置工作。而且文件會(huì)被保存，下次需要配置此功能時(shí)可以查詢記錄，選定后直接完成配置，減少了工作量。

結(jié)合圖2；智能采集單元內(nèi)設(shè)無線網(wǎng)收發(fā)器，用于接收命令和發(fā)送執(zhí)行結(jié)果。

由于遠(yuǎn)程終端可以是手機(jī)、平板或pc機(jī)，我們可以通過3g/4g/wifi等方式與采集單元通信，上述通信方式傳輸效率很高。配置文件通過特征地址識(shí)別后被接收，首先保存在flashprom中，flash芯片支持片區(qū)擦除和整片擦除,可以快速緩存與讀寫,初始配置信息保存在e²prom內(nèi)，e²prom也作為現(xiàn)場(chǎng)配置功能保留區(qū)，在遠(yuǎn)程配置出現(xiàn)故障的情況下使用。

微控制器采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，預(yù)置rs-232和rs-485接口通信接口。一個(gè)采集單元通過傳感器插板連接三個(gè)采集節(jié)點(diǎn)，節(jié)省了微控制器等設(shè)備資源，也能很好地完成任務(wù)，微控制器通過外端接口連接其他模塊。由微控制讀取flashprom內(nèi)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的配置數(shù)據(jù)地址，根據(jù)配置功能和參數(shù)，控制通用i/o口產(chǎn)生相應(yīng)的能被傳感器識(shí)別的配置時(shí)序,輸入至配置寄存器中,該傳感節(jié)點(diǎn)接收后開始執(zhí)行配置時(shí)序，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)采集節(jié)點(diǎn)的配置操作。當(dāng)配置執(zhí)行后，e²prom內(nèi)該節(jié)點(diǎn)的配置數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)更新，替換該節(jié)點(diǎn)的初始配置信息。采集單元通過fsmc接口將配置的信息及執(zhí)行狀況生成報(bào)表發(fā)送至人機(jī)交互界面，用戶可以在界面上實(shí)現(xiàn)對(duì)已配置節(jié)點(diǎn)的任務(wù)監(jiān)控，也便于執(zhí)行下次配置任務(wù)。

現(xiàn)以溫度傳感器為例，在制造現(xiàn)場(chǎng)溫度變化很大的區(qū)域，我們要重新配置傳感器參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)性監(jiān)控并處理，防止因溫度變化過大而影響生產(chǎn)設(shè)備。若之前的采樣頻率是10hz，現(xiàn)在的要求采樣頻率增加至50hz。用戶在遠(yuǎn)程界面查找該區(qū)域的對(duì)應(yīng)傳感器的編號(hào)及采集設(shè)備讀取文件的地址，在功能段選擇參數(shù)修改，配置數(shù)據(jù)段選擇采樣頻率，完成配置文件的編寫。接著下發(fā)至采集單元，微控制器對(duì)命令進(jìn)行處理后由傳感器執(zhí)行，完成配置過程。

如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。