你想降低企业生产成本吗？

你想提高企业市场竞争力吗？

你是否找到合适的方法与途径？

或许

加强实时设备效率管理

提高企业装备素质和设备利用率

是一条很好的途径

其中

计算OEE和稼动率是一种好的专业的方法

传统的OEE解决方案

传统的OEE解决方案，主要有以下两种方式：

1.人工统计、人工计算。

通过人工对设备停机和报警数据进行抄表和采集。但是这种方式容易造成数据不准确，不及时，最后还需要人工计算OEE，人工生成统计报表，工作量巨大。

2.投资昂贵、复杂的MES系统

这种方式花费的成本高昂，耗费时间长，需要数月的时间去准备、导入系统，可能还存在系统导入失败的风险。

传统的OEE解决方案让很多企业望而却步，如果选择方式一，巨大的工作量需要你投入更多的用人成本，最后的结果还并不一定准确有参考价值；选择方式二，高昂的投入，让没有多余预算与时间的你，只能选择放弃；即使最终投资上了一套MES系统，实施过程漫长，还要承担上线失败的风险。

测个OEE，怎么就这么难？

难道就没有一个投入成本低、能快速部署、快速上线的解决方案，帮助我们的企业加强设备效率管理，提高企业竞争力？

选择Kinco OEE和稼动率数据自动采集系统，几万元就可能完成一个车间级OEE和稼动率数据采集系统，一周左右即可上线使用。测量OEE，加强设备效率管理，就是如此经济、简单。

Kinco OEE和稼动率数据自动采集系统

Kinco推出OEE和稼动率数据自动采集系统，具有自动化数据采集模块——KW无线数据采集模块，通过LoRa技术传输数据，无需部署传统的以太网，就可以轻松地获取有关设备的生产信息，为OEE提供最有价值的数据。

Kinco推出的OEE和稼动率数据自动采集系统，具有自动计算和存储功能。通过步科的X10现场智能终端（或智能电子看板），可以生成实时的生产信息报告，包括故障停工，在制品信息和OEE等，并以图表的方式进行呈现。通过这些有价值的数据，企业管理者能做到在事前进行预防，事中进行控制，并能进行数据追溯管理，为充分利用设备，提高设备价值创造效率打下基础，让企业的管理工作变得轻松而简单。

本系统可以做到：

实时传输设备产量、质量数据，设备效率实时统计；通过智能电子看板，可实时掌握车间设备的异常状态，为生产现场提供及时的支持；通过显示终端上传Excel文件，通过Excel报表，管理层可以随时了解导致效率损失的主要因素，从而进行相应的改善。除了Excel报表，数据也可通过第三方数据接口软件上传到ERP或MES。

应用案例

OEE作为衡量生产、设备效率的重要指标，已经被越来越多的企业所应用。杭州某实业有限公司，主营相机零部件研发生产，拥有大量冲床与注塑机设备，生产设备众多，生产频率极高，如何通过设备的运转状态，准确掌握生产能力、生产效率？通过采集OEE数据，根据数据，针对性的提高OEE，无疑是一种有效的途径。

该公司引进步科OEE和稼动率数据自动采集系统，对每一台设备安装KW无线数据采集模块，无线采集设备状态和产能信息。

显示端采用步科智能电子看板，接收KW采集的数据，通过组态软件编程，轻松制定多层显示画面，进行数据分析展示，界面精美，开发简单。同时，采集的数据会同步保存至智能电子看板内置数据库中，定时导出成Excel文件发送到服务器，进行历史数据存储。

LoRa无线数据采集模块，抗干扰能力强，节省布线成本；智能电子看板内置数据库，存储历史数据，定时导出Excel文件，将生产计划、生产产能、稼动率、品质状况等信息进行汇总；智能电子看板的大尺寸数据呈现，让管理者对设备的稼动一览无余，真实呈现设备纯稼动状况。

实时监控设备工作状态、待机状态、故障状态、未安排计划；实时统计产量信息并和工单信息对比

任一时间段内稼动率分析

通过曲线、图表等形式，将计划产量和时间，产量进行对比分析，产能利用情况清晰可见

案例价值

通过步科的OEE和稼动率数据自动采集系统，有效采集OEE和稼动率数据。准确的掌握了设备的生产能力，生产效率以及生产良品的能力，根据数据持续改善，提高OEE，从而提升企业生产能力，提高企业生产效率，提高企业竞争力。

有了步科的OEE和稼动率数据自动采集系统，企业制定一些奖励措施，有了实时的数据呈现和数据支撑，每位员工的表现得到公开、公平、公正的呈现，员工的积极性也被充分调动起来了，设备的使用效率也就提高了，企业的管理工作更简单了，企业生产效率提高了。

OEE与稼动率知识小科普

OEE(全局设备效率)和稼动率

稼动率是指设备在所能提供的时间内为了创造价值而占用的时间所占的比重。OEE是代表和设备理想状态相比，现时设备的状态。从下图我们可以看出OEE的测量。

测量OEE是设备运行持续改善的起点，没有测量就没有改善，世界级企业的成功运营依赖于对设备和生产流程、绩效的一贯地，准确的测量。世界级企业的全局设备效率OEE为85%或更好,制造业平均水平是60%。但大多数企业发现他们的设备OEE运行在13%-40%之间。

OEE与稼动率的关系

由OEE的计算公式可知，OEE的一个最重要的目的就是要减少六大损失：停机损失、换装调试损失、暂停机损失、减速损失、启动过程次品损失和生产正常运行时产生的次品损失。

有OEE的计算公式还可知道，OEE的确定是由时间稼动率（可用率）、性能稼动率（表现性）以及质量三个关键要素确定。如果你的时间稼动率（可用率）在某一个时间段很低，说明在六大损失中和OEE时间稼动率（可用率）损失有关的故障太多，那么显而易见，你应该把过程控制和改善重点放在这些问题影响方面了！同样，如果质量指数或者表现性导致你的OEE水平降低，那么你就应该把目光放在和质量有关的问题点上。

更多关于OEE和稼动率的交流，欢迎与我们联系，共同探讨~

(一) 工业数据采集产业综述

1. 市场规模潜力巨大：

中国作为世界第一制造大国，随着工业互联网市场的不断发展和完善，企业对工业数据采集的实时性、可靠性和专业解决方案需求日益增强，中国工业数据采集市场呈现巨大潜力，相关软硬件和服务提供商迎来了良好的发展机遇。

2. 市场各方积极参与

从消化政策、推出工业数据采集解决方案，到发布工业互联网平台，各市场参与方努力寻求业务转型，外资企业和本土企业均在积极部署工业数据采集产品体系和解决方案，谋划市11场布局。

3. 技术产品和解决方案持续推进与完善

当前，工业数据采集技术产品和解决方案仍处于发展阶段，但已有部分厂商推出了一些多样化的解决方案，比如通过构建兼容转换协议的技术产品体系，实现工业数据互联互通；或是通过部署边缘计算模块，实现数据在机器设备端的轻量级运算和实时分析。

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(二) 工业数据采集产业规模和预测

整体市场情况2017 年，中国工业数据采集产业市场规模达到 570 亿元，同比增长 16.3%。预计未来 2-3 年，中国工业数据采集市场将保持稳定增长趋势。

图：2015-2020 年中国工业数据采集市场规模

2. 细分产品市场情况

图：2017 年中国工业数据采集细分产品市场规模

备注 1：传感器包括光电传感器、接近传感器、视觉传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器等。读码设备包括条码设备、射频识别等。工业通讯模块包含工业串口卡、总线卡、串口服务器、工业电源、以太网模块等。

3. 细分行业市场情况

图：2017 年中国工业数据采集细分行业市场规模

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(三) 工业数据采集存在的主要问题

当前工业数据采集面临的突出问题可以总结为“三不”：不敢传（数据安全问题）、不能传（协议标准不统一）、不需传（本地化和实时性问题），无法支撑实时数据采集和实时分析、智能优化和科学决策。

(1) 工业数据采集存在数据安全隐患

工业数据采集会涉及到大量重要工业数据和用户隐私信息，在传输和存储时都会存在一定的数据安全隐患，也存在黑客窃取数据、攻击企业生产系统的风险。急需从技术、管理和法律法规等多方面保障数据安全。

(2) 工业协议标准不统一且数据开放性不够

目前在工业数据采集领域，存在 Profibus、Modbus、CAN、LonWorks、HART、Profinet、EthernetIP 等多种工业协议标准，各个自动化设备生产及集成商还会自己开发各种私有的工业协议，各种协议标准不统一、互不兼容；同时很多设备和系统的数据开放性不够，缺乏数据开放接口及文档说明。导致协议适配、协议解析和数据互联互通困难。

(3) 工业数据采集实时性要求难以保证

生产线的高速运转，精密生产和运动控制等场景则对数据采集的实时性要求不断提高，传统数据采集技术对于高精度、低时延的工业场景难以保证重要的信息实时采集和上传，无法满足生产过程的实时监控需求。

(四) 我国工业数据采集产业格局

当前，工业数据采集发展越来越快，工业互联网的跑道越来越宽，工业自动化企业、网络通信企业、信息技术企业身影已纷纷出现。就当前情况而言，工业自动化企业具备先天竞争优势，起步和前期推广相对容易，可以在原有系统客户上深度耕耘。信息技术企业和网络通信企业在技术架构的高度上更有比较优势，战略构想和规划能力更为突出。

目前，工业数据采集产业供应侧主要有以下三类企业：

一是工业自动化企业，从自身核心产品能力出发，主要为工业数据采集提供接入设备，作为工业数据采集的源头，例如15西门子、研华、霍尼韦尔、安控等；

二是工业网络服务企业，主要为工业数据采集提供工业网络协议转换、传输、安全等配套设备和服务，部分企业从原有优势领域正在积极向制造业领域延伸发展，例如中国电信、中兴通讯、华为等；

三是工业数据采集解决方案企业，主要提供工业数据采集解决方案、系统开发、项目实施、系统集成等服务，例如北自所、和利时、明匠智能等。

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制造业生产数据采集的作用与意义导读：制造业是我国国民经济的支柱产业，也是推动工业化的原动力，现代制造业已经并且正在深刻地改变着人们的生产方式、生活方式甚至社会文化。全球经济一体化的趋势愈演愈烈，国际竞争不断加剧，制造业的发展必须不断提高在质量保障、品种多样化、快速设计制造、快速检测响应以及快速重组等方面的要求。于是，“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”被提到了前所未有的高度、深度和广度。

制造业生产数据采集的作用与意义

众所周知，制造业的信息化主要包括设计数字化、生产数字化、装备数字化、管理数字化、企业数字化等。信息化的大趋势使世界各国争先恐后的把先进技术和信息化引进到传统工业和制造业。1990 年，美国 AMR(Advanced Manufacturing Research)所提出的制造行业的ERP(Enterprise Resources Planning,企业资源规划)/MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)/PCS(Process Control System,过程控制系统)三层结构,已经成功地在许多行业得到了应用,并被越来越多的企业所认可.

美国 AMR 研究公司对MES 的定义表述为：MES 是一个常驻工厂层的信息系统，介于企业领导层的计划系统与生产过程的直接工业控制系统之间，它以当前视角向操作人员、管理人员提供生产过程的全部资源(人、设备、材料、工具和客户要求)的数据和信息，其着重点是将信息技术运用于改善制造过程。

而作为MES中低层的数据采集功能，可以实现对生产现场各种数据的收集、整理工作，是进行物料跟踪、生产计划、产品历史记录维护以及其它生产管理的基础。它可以为企业中其他例如ERP等管理信息系统提供实时数据。另一方面，MES也要从其它管理系统中获取相关的数据以保证MES自身正常运行。因此要满足MES快速、实时的要求，作为各种功能模块运行基础的数据就显得十分重要。一个迅速而可靠的数据采集系统是整个MES能够正常稳定工作的有力保证。

制造企业面临的数据采集现状

作为车间底层的数据采集系统，在企业实际生产过程中却存在着许多困难，尤其是在离散企业中由于自动化程度较低，往往存在着以下特点：

生产过程不可视：主要体现在不能实时了解生产现场中在制品、人员、设备、物料等制造资源和加工任务状态的动态变化。

生产过程复杂性：由于产品结构和加工工艺的复杂性，造成生产过程中各制造过程的关联性强，生产环境复杂多变(临时插单、材料短缺等) 。

制造过程信息集成度低：制造过程中的各种信息不能有效进行集成，导致产能不能得到充分利用。

信息不能有效与上层管理系统进行集成：这种隔断造成生产过程不透明，生产进度、在制品状况、设备利用状况等关键数据不能到达管理层，增加了过程管理和生产决策的复杂性。

制造过程信息的真实性差：现场数据信息过多依赖人机交互界面通过人工录入，增加了出错的机率。

制造过程信息的实时性低：作业任务随市场需求的频繁调整变化，不利于制造过程信息的实时采集，再加上制造过程信息交互的速度和效率低下，造成企业对市场变化的响应速度慢。

企业设计层和管理层到车间层特别是车间设备层的信息采集困难，一方面车间设备层的重要信息难于采集和上传，无法达到对生产过程的监控。另一方面上层系统难以深入到车间和设备层，从而影响管理信息系统的准确运行，使动态信息成为脱离实际的无源之水难于及时下达，从而使整个企业信息化难以产生更大的效益。

上述特点反映了制造车间迫切需要对制造过程进行信息化的数据采集管理，从而建立一个完整高效的离散制造车间数据采集及其分析处理系统是实现离散车间信息化的基础。数据采集及其分析处理系统的主要功能就是将车间的各种离散数据完整实时的采集到车间数据库中，并进行初步的分析处理，将车间生产的信息实时准确的反馈到车间的管理层，加强管理人员对车间生产现场的监控和管理，并为企业管理人员制定生产计划提供依据。

华磊迅拓科技专业提供SCADA数据采集监控系统，OrBit-SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统是"制造业物联网信息总线"的具体实现，它包含两个层次的含义：一是分步式的实时数据采集系统，即工业通讯与控制的PC上位机系统 ；另一个是生产现场的场景建模和显示系统。

物联网解决方案需要做的不仅仅是连接设备。数据采集、分析和标准化通信对于完整的物联网解决方案来说都是必不可少的。

构建企业 IoT 解决方案远比构建一个其他业务类型的应用程序更具有挑战性。而且由于物联网海啸仍处于形成阶段，因此 IoT 商业案例的投资回报率是值得期待的。

IoT 解决方案不仅仅是软件，它由以下部分组成：

物理的东西（设备），它是具有控制设备行为和功能的内置固件的硬件。

网络通信通道，这取决于设备可以支持的传输协议。

多层次的 IoT 应用软件包括：

提供数据采集功能的监听服务。

封装数据处理功能的业务逻辑层（验证用户输入，和设备双向通信）。

将 IoT 系统与其他业务应用程序相连接的集成服务。

提供终端用户使用 IoT 解决方案的用户界面。

用于数据存储的数据库。

提供分析和可视化的 BI 层。

我喜欢将 IoT 解决方案与人体进行比较。IoT 应用软件是系统的心脏和大脑，通过通信通道（血管和神经）传输血液（数据）和控制命令，IoT 物体和设置则是我们的手、脚、手指和脚趾。

那么我们如何从这些成分中构建一个伟大的IoT解决方案被？以下是选择方案的过程中需要考虑的几个关键因素。

设备选择

设备选择是一件比较棘手的事情。市面上有很多设备可供选择。有几个关键的设备特性可以促进你做出更好的选择。 比方说，你的设备应该考虑如下的各项指标：

具备你项目所需的功能（GPS、地理围栏、告警、报警、音频、视频、防水等）

满足你的功能需求：

环境需求（温度、湿度、高度、室内、室外、水下等）

电池寿命（电源）

内置的安全功能可以防止黑客入侵，并保证设备以可预测的方式运行

方便供应、部署和管理（配置和诊断）

支持空中升级（OTA）的方式进行固件更新，消除了只能通过购买新设备来应对业务需求变化或者系统升级的不便

支持最适合你的应用场景的通信方式

获得与你的业务相关的监管机构认证

选择、验证设备所面临的挑战之一是你需要通过访问 IoT 应用软件，才能完成端到端的概念验证（POC）。

通讯手段

这是任何 IoT 解决方案中最为复杂的部分，它需要你对设备所支持的无线通信方案有一定的了解。你的选择范围非常广泛，包含了蓝牙和 Wi-Fi（NFC）、LAN 和 WAN，以及蜂窝网络和卫星通信。

评估通信渠道时要考虑的关键特征包括：

通信的覆盖范围和距离 - 它由无线电信号的频率决定

实时性能标准 - 由带宽（数据速率）和延迟决定

设备运行时的信号强度变化

信号干扰的几率

安全性方面的考虑（加密级别）

IoT 应用软件

IoT 应用软件通常在商业上称为 IoT 平台。市面上有很多现成的 IoT 平台可供选择，当然你也可以自己构建一个。评估一个 IoT 平台时充分了解其功能和限制是非常重要的。例如，某些平台只支持经过该平台认证的设备之间的通信，这就限制了你的设备选择范围。其他平台可能会限制数据采集的功能，你只能通过平台提供的 API 访问数据。Bridgera 提供的 built-to-spec IoT 软件解决方案可以根据你的需求进行裁剪，可定制用户界面以及设备集成。当然，除此之外，还有更多的功能。

如果你计划自定义平台以满足你的项目需求，那么你需要对相关的开发技能有足够的了解，这非常重要。以下是对 IoT 应用软件综合解决方案的一个描述：

数据采集监听服务

监听程序通常是连接到互联网的网络程序，它应当一直处于运行状态且能够大幅度伸缩的。它应当能够保证设备与应用软件服务之间的消息传递的安全性。此外它借助复杂的分布式处理逻辑而具有高可用性，可以确保服务器发生故障或超负荷时能够提供有效的备份机制。

具有良好架构的监听服务应当是高度可配置的解决方案，可以通过配置完成对各种设备通信的支持。同时它还有支持多种通信手段和通信协议的能力。

数据采集服务与设备使用的通信协议必须兼容。Apache NiFi 配合像 Kafka 或 RabbitMQ 这样的消息代理即可实现有效的 IoT 数据采集功能。

数据处理的业务逻辑层

这是业务功能的核心层面。它包含了帐户设置、用户注册、访问控制、支付处理、设备交互、数据验证、错误处理和日志记录等多个功能模块。该层面应当设计成可以利用多线程来支持海量用户。

集成服务

该层负责与现有业务应用程序的通信。你有了一个新的 IoT 解决方案并不意味着可以摆脱之前已有的所有应用程序组合！在决定部署新的 IoT 解决方案时，这往往被低估和忽视。强大的集成服务应当支持双向通信：通过公开的 RESTful API 来向外部系统提供 IoT 数据，同时并利用外部的 API，获取相关数据到 IoT 解决方案。外部接口可能是SOAP 或者 RESTful。

用户界面（UI）

用户界面的个性化和可用性水平高度依赖于不同 IoT 项目的具体应用场景。IoT UI 包含非常独特的用户交互、仪表图形和部件。通过用户界面可以轻松访问、部署设备。所有设备命令都是基于经过过 UI 允许的用户行为进行格式化的。通常来说，一个好的用户界面将提供：

用户注册和账户管理的入口

仪表板

搜索功能

设备管理控制台（针对管理员）

数据存储

考虑到物联网设备的高速增长，强烈建议你的数据存储机制使用大数据技术进行架构设计。NoSQL 数据库（MongoDB、Cloudant、DynamoDB 等）是极好的选择，允许集群和无限水平缩放。同时具有灵活性、高性能、无模式等特性。

数据分析和可视化

最后，通过从设备收集的大量数据获得有用的信息从而提升业务价值才能真正发挥物联网解决方案的全部潜力。目前有多种强大、专业、开源的技术可以运用到 IoT 解决方案中，实现数据分析和可视化以提升业务价值。

使用 Hadoop 架构内的技术可以完成 IoT 解决方案中的定制化数据分析工作。HortonWorks、Cloudera 和 MapR 是市面上最流行的使用 Spark 分析功能的 Hadoop 发行版。Splunk 是日志分析的专有解决方案。除了 Tableau、Qlikview 和 PowerBI 等已经很受欢迎的可视化工具之外， 一些开源的工具发展也很迅速，比如 D3。

对于大部分制造业企业，测量仪器的自动数据采集一直是个令人烦恼的事情，即使仪器已经具有RS232/485等接口，但仍然在使用一边测量，一边手工记录到纸张，最后再输入到PC中处理的方式。不但工作繁重，同时也无法保证数据的准确性，常常管理人员得到的数据已经是滞后了一两天的数据；而对于现场的不良产品信息及相关的产量数据，如何实现高效率、简洁、实时的数据采集更是一大难题。 深圳市乐凡信息科技有限公司（以下简称乐凡）作为国内领先的行业移动终端解决方案的供应商，针对生产现场的数据采集，研发出乐凡工业平板电脑首创的现场数据采集领先解决方案，帮助客户快速建立车间现场数据采集终端，实时获取车间现场的数据信息，为生产及决策提供实时的数据依据。

在生产行业的应用：　在生产现场，由于空间的限制，一般情况下不方便放置常规的工控主机，同时也基于成本的考虑，所以采用乐凡工业平板电脑是一个比较好的解决方案，采集数据时，可直接通过串口线与之相连，同时用户可在数据采集仪中设置产品相关的信息。

在机械加工行业的应用：　　在对机械加工中轴类零件的轴向及径向跳动测量时，常规的手工方法费时费力，同时其准确性由于采用人工读数的方法，也容易导致一定的误差，现在只需要使用乐凡工业平板电脑连接各种指示表,如百分表等,就可以实时采集测量的数据,并计算出各种测量结果,这样不但成本低，而且测量效率高。

　　乐凡工业平板电脑与SPC软件等系统的配合使用：　　数据采集作为SPC系统的核心组成部分,其在品质过程中处于一个非常重要的环节，好的数据采集方案可把品质管理人员从处理数据的繁重工作中解放出来，有更多的时间去解决实际的品质问题，同时即时的数据采集也真正地实现实时监控，尽早发现问题，避免更大的损失。

　　而乐凡工业平板电脑作为一种实时、自动、高效的数据采集终端，可直接接入仪器设备，将数据传输到服务器的数据库中，极大地减少人工数据采集的成本。　　乐凡工业平板电脑除了应用于以上几个方面外,也可以直接与IQC入料检验系统、工时管理系统、OEE设备管理系统等配合使用,总之,乐凡工业平板电脑作为工业数据采集终端，由于它的体积小、重量轻、高性能，并适于手持等特点,目前已经被广泛应用于工业生产现场实时数据采集中。

企业进行智慧工厂升级，核心问题便是，它能给企业带来怎样的变化(效益)，能节能降本多少。可以肯定的是，从传统制造到智能制造，绝不仅仅是简单的效率提升，包括生产效率、监管效率、仓储效率以及整个生产流程均有提升，它会在DNA层面改变一家企业。

目前，想要做好传统制造到智能制造的过渡，当务之急是将流程数字化，这是智慧工厂的必经步骤，现在我国大部分企业连数字化工厂都称不上，更不要谈智慧工厂了。

即使想完成企业数字化，对于我国大多数企业依旧是大难题。需要高层领导有足够大的魄力。首先企业需要明确自己做智慧工厂的目标，包括数字化愿景、对企业进行评估发现不足，最后做出详细规格化。然后进行：企业设计(规划)、具体执行、数字管控系统等等多个领域的融合，最终实现数据通源、虚实融合、绿能高效及智能制造。

然而，企业数字化中的产品配置，制造流程越复杂越多变，越需要人的参与；工人更多地是处理异常情况，调整设备。其中，数据采集一直是困扰着所有制造工厂的传统痛点，自动化设备品牌类型繁多，厂家和数据接口各异，只要还有其他人工参与环节，这些数据就不完整。

工业生产数据采集方式

工业生产设备数据采集有三种方式：分别是数据系统直接联网通信，通过工业网关进行采集和通过远程IO进行采集。

1、直接联网通信

直接联网是指借助数控系统自身的通信协议、通信网口，不添加任何硬件，直接与车间的局域网进行连接，与数据采集服务器进行通信，服务器上的软件进行数据的展示、统计、分析，一般可实现对机床开机、关机、运行、暂停、报警状态的采集，及报警信息的记录。

高端数控系统都自带有用于进行数据通信的以太网口，通过不同的数据传输协议，即可实现对数控机床运行状态的实时监测。发那科0i\31i\18i系列的数控系统在操作面板背面都配置有网口，通过发那科的FOCAS协议，就可以进行直接联网通信；西门子840D系统，PCU50版本以上的也可以通过OPC协议进行设备的直接联网通信。

2、工业网关采集

对于没有以太网通信接口，或不支持以太网通信的数控系统，可以借助工业以太网关的方式连接数控机床的PLC控制器，实现对设备数据的采集，实时获取设备的开机、关机、运行、暂停、报警状态。

工业通信网关可以在各种网络协议间做报文转换，即将车间内各种不同种类的PLC的通信协议转换成一种标准协议，通过该协议实现数据采集服务器对现场PLC设备信息的实时获取。

3、远程IO采集

对于不能直接进行以太网口通信，又没有PLC控制单元的设备，可以通过部署远程IO进行设备运行数据的采集，通过远程IO的方式可以实时采集到设备的开机、关机、运行、报警、暂停状态。

远程IO模块，是工业级远程采集与控制模块，可提供了无源节点的开关量输入采集，通过对设备电气系统的分析，确定需要的电气信号，连接入远程IO模块，由模块将电气系统的开关量、模拟量转化成网络数据，通过车间局域网传送给数据采集服务器。

编辑：Nistone乐石科技（乐渠 | 泛家居新零售解决方案供应商）

第一部分系统目标

省安全生产监督管理局安全数据采集管理中心的总体建设目标，就是建设一个对安监网安全巡查的数据进行统一采集、存储、管理的中心平台，实现能够使县市乃至省级安监局相关单位在安监专网网络范围内通过此系统将安全巡查过程中智能安全帽所记录巡查的各类数据（视频、音频和照片）上传到系统平台，进行统一存储管理，便于各县市省级单位同事及领导登录系统后，对上传的各类数据（视频、音频和相片）进行检索、查看、浏览、下载，满足对安监网巡查工作更细致的情况追踪和监控，实现更高效的业务转化。

系统主要特点

1、拥有自主研发的智能安全帽，使用该安全帽可实现在巡查工作过程中的全自动巡查记录或重点记录，在不影响巡查工作的各项操作下，实现静默且稳定的图像资料记录和保存，实现巡查工作的忠实记录和保存，以便于巡查工作更好的保存和追踪。

2、拥有自主研发的智能安全帽数据采集柜，具备智能的门锁技术，实现安全帽和储存柜的互相绑定，安全帽配合采集柜实现设备保存、设备充电、设备数据自动采集三合一功能，大大简化使用流程和提升使用便利性。

3、采集柜本机具备超大容量存储空间的同时，可实现手动或自动上传备份数据或者传输数据至制定数据位置，实现数据的分布存储或集中存储的不同需求。可根据条件设置自动化执行任务，实现自动定时或针对性备份或传输特定数据，同时不同数据支持互相迁移。

4、灵活多样、满足多途径的数据检索、统计和再利用能力，通过通用浏览器即可方便访问数据管理平台，实现远程的数据检索、预览、下载或备份。

5、完善的日志管理和追踪功能，用户在系统中的各项操作均会生成日志记录，方便层层溯源追踪把控。

6、完善的用户层级和权限管理，上百项细致入微的用户自定义权限内容，精确把控不同用户可在系统中获取的数据及操作权限，方便不同的使用和管理需求。

7、支持网状模型连接扩展，可无限扩展架构层级，无损添加新节点，满足不断扩张成长的业务需求。

通过该系统平台的建设，帮助省安监局各地单位建立远程的巡查数据管理入口，实现巡查业务更加精确高效安全的同时，将各地区的数据区块汇总接入，最终建立起属于省安监局单位独有的云端巡查数据管理中心。

第二部分系统逻辑结构

该方案可分为两种形成，每种形式各有优势和缺点，可以根据实际的需求情况，采用不同的搭建形式，满足不同的建设目标。、

一、分布存储独立架构

该架构下系统包含：一级应用服务器一台运行数据管理中心平台软件；一级数据服务器一台用于备份特殊重要数据满足少量独立存储需求；二级分布式数据采集柜多台。

通过多台数据采集柜互联构成采集柜网状结构，经由网络统一直接连接到一级应用服务器托管，实现应用服务器对所有网络内的数据采集柜的远程连接、访问和管理，同时一级数据服务器接入应用服务器，作为数据管理平台的备份数据存储中心，常规数据全部储存在区块中各自独立的数据采集柜内，网络内电脑通过浏览器开启数据管理中心后台登陆，即可实现远程的数据访问与管理，并根据应用服务器内的权限层级设定，实现不同的功能和效果。

结构拓扑图见（图1）

优点：

该模式下搭建平台更为简单快速，由于单层结构设计，可以大大免去网络层级的部署和规划，同时简化接入流程，提供快速更高效的平台建设和数据传输流程。数据采集柜接入网络，连接应用服务器即可实现托管。建设简单，相对建设成本较低，满足快速搭建小型网络平台或初期建立平台雏形，后续可方便的升级变换架构，升级成中心存储集群式。

缺点：

由于采用较为简单的单层结构，数据全部分布存储于数据采集柜，数据存储较为分散，访问并管理的效率较低，同时由于分布存储的原因，只安排了较小的数据服务器满足低比例的特殊备份需求，大量数据分散存储于不同地区采集柜中，数据产生丢失或者无法访问的风险较高，需要稳定的供电和网络维持基本的连接。同时分布式存储导致的数据访问并发情况较多，对网络的承载压力较大，传输链路较多跳转，导致效率较低。

二、中心存储集群架构

该架构下系统包含：一级应用服务器一台运行数据管理中心平台软件；一级数据服务器多台或多级数据服务器多台用于备份特定区块数据满足集群数据存储需求；二级分布式数据采集柜多台。

通过多台数据采集柜互联构成采集柜网状结构，经由网络连接到区块内独立数据服务器，区块设立可依据地区或者业务规划来定，多区块数据服务器最终通过网络统一连接中心应用服务器，实现应用服务器对所有网络内的数据采集柜和数据服务器都能实现远程连接、访问和管理，设定不同的权限层级可满足区块内数据访问的相对独立和区块间的数据仍能通信的需求，同时通过中心应用服务器设定自动化自定义条件任务，自动执行数据从数据采集柜汇总备份到区块数据服务器进行多层级分布式存储，最终实现数据的多重安全备份，高效汇总和自动化的分配目标。

结构拓扑图见（图2）

优点：

该架构下搭建而成的平台具备多区块分布存储备份，数据永不丢失，安全可靠，同时基于分布式存储技术接入网络后可实现更高效的可访问性和更稳定的数据传输。基于自动化的自定义任务可以在网络闲时自动静默汇总分散于采集柜中的零散数据集中传输至区块内的专用数据服务器进行存储，同时借由数据服务器的高速处理能力，实现更高效的远程访问、预览、下载、传输及检索操作。架构内采集工作、数据存储、中心访问分工明确，互不干扰运行更加稳定，同时可方便的无限拓展数据服务器数量，满足长远的平台成长需求。

缺点：

该方案搭建需要配合规划区块，搭建相对独立的数据服务器，同时由于多层级的架构加大了初期建设的工程难度和成本，基于分布式存储的形态需要安排更多的服务器安装空间。

第三部分系统运行环境

系统分为采集端CS程序和浏览器BS管理程序两部分。

系统采集程序运行在windows环境下，支持各种版本的windows系统，数据库支持SQL Server系列的数据库或其它版本的关系型数据库。

对安全帽采集数据的管理后台使用浏览器，支持目前主流的各种版本的浏览器。

第四部分产品介绍

智能安全帽

l高清宽动态摄像头，支持高清录像

l开机自动录像，免去繁琐操作

l机身一体化设计，镜头及照明灯内置，产品更美观

l高强度复合材料帽身，提供专业的安全帽应有的防护功能

l简约的功能操作设计，一键开机，一键录像，一键亮灯

l支持大容量最高128GB存储扩展，满足更持久的录像需求

数据采集柜

l高强度框架式机身，抗冲击防腐蚀外壳

l安全内部排布设计，满足长时间连续稳定运行需求

l内置键盘鼠标，屏幕支持触摸，多种操作方面满足不同场景需求

l多设备独立存储仓设计，方便单独存储安全帽以及其他装备。

l智能电子独立门锁设计，可实现独立开启每个存储仓位。

l支持多设备同时接入，满足大批量安全帽充电需求同时实现自动化数据采集上传

l支持网络化运行，可单机使用也可接入网络后交由统一服务器托管，实现多台采集柜互联构建采集网络。

l主柜6口，副柜10口，最多一主两副一共26口，但实际可用最多22口。

数据管理平台（服务器）

lBS轻量化设计架构，通用浏览器即可访问，满足更好的兼容性

l支持多条件数据检索，满足快速书筛选需求

l支持多层级网络架构，实现不同的平台建设需求

l支持用户权限管理，根据实际需求定义用户不同权限实现不同管控

l远程预览，远程下载，可通过网络随时访问数据并进行管理

l高度自定义的自动化任务系统，设定周期，时间，人员，单位等条件实现自动化数据备份操作。

第五部分：产品功能说明

一、产品示意图

工业物联网无线数据采集系统，是一套具备终端数据采集，无线数据传输和数据应用分析等多功能的智能化数据采集和监控系统，它在市政供排水管网、供汽管网、热力管网、石油天然气管网、地下管沟监控；游泳池水箱水塔液位、大坝、河道水位、泵房浸水监控；蔬菜蘑菇、针金菇、水果、花卉、育苗等农业大棚智能环境监控；畜牧、家禽、水产等农业养殖智能环境监控；化工危化品石油天然气储罐区、电池、面粉仓库智能环境监控；电信机房、实验室、医院药房、生产车间、冷柜冰箱、图书馆、博物馆、档案室、粮库、烟草、酒糟酒曲酒窖等仓储馆藏智能环境监控；社区楼宇、港口工业园区、公园景区、校园广场、超市商场等大气环境质量智能监控；发动机、变频器等生产机器设备运行状态、仪器仪表能耗及生产缺料的智能监控等多个领域有着广泛的应用。

近年来，工业物联网无线数据采集系统的发展趋势是简化终端结构，在数据采集终端与主机之间采用无线通信，以代替复杂、不灵活的现场布线。该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可以扩展或修改系统，满足不同领域的需要。

针对工厂生产车间机器设备运行状态、运行工艺参数、运行能耗数据，以及管网运行状态数据、变配电系统运行数据、车间仓储库房环境参数等数据的采集、监控，深圳信立科技结合XL.SN无线传感器网络2.4GHz或433MHz模块技术、MES制造执行系统技术及无线传感器、无线测控装置RTU等，自主研发设计了一套工业版工厂生产车间无线数据采集系统解决方案，实现实时获取完整、准确的工厂生产制造过程中的各种数据，为企业提高生产制造管理提供基础数据，全面优化生产制造的管理手段、提高生产制造管理效率，向工业4.0靠近！

一、系统功能

1、采集设备运行状态：停止、待机、运行、故障、检修等等，以及发生的时间点；

2、采集设备运行工艺参数：压力、温度、流量、转速、计数、风速、位移等；

3、采集设备运行能耗：电流、功率、电能；汽、气消耗量；

4、采集企业供水、供汽、空压、制冷等设备及相应管网的运行状态数据；

5、采集企业变配电系统运行数据；

6、监控车间环境参数，以及仓储库房环境参数。

二、系统通讯方案

1、XL.SN智能传感网络采集结构

XL90物联网智能网关，可同时构建433MHz和2.4GHz两种不同结构的传感网络，用于接收终端采集的数据，并上传至服务器。其中433MHz用于跨车间、厂区内的数据传输，2.4GHz用于车间内的数据传输。

2、XL.SN通讯网络方案

a、XL90物联网智能网关通过2.4GHz或433MHz等方式读取节点设备数据后，进行协议转换、数据处理，通过局域网，上传数据至MES服务器；

b、XL90物联网智能网关通过以太网，从第三方监控系统，如电力监控系统、EMS、DCS、智能楼宇系统等等，读取数据；

c、MES服务器，或XL90物联网智能网关，通过以太网，将数据转发给第三方系统，如EMS、ERP等。如图2。

3、物联网智能网关数据接入MES系统通讯方案

XL90物联网智能网关通过企业局域网，和MES服务器通讯。 XL90智能网关和MES的通信协议，可选以下3种： 建议首选：XL/9E-RDF Redis数据交换协议； 建议次选：XL/9E-DF 数据库格式协议； 建议再次选：XL/9E-UDP 通信协议； 工业以太网通用协议：MODBUS TCP。（不太建议选择）

三、系统解决方案

1、设备信号采集

配置XL60智能测装置，采集机器设备的运行信号，通过2.4GHz或433MHz方式上传，实现生产制造设备的信号采集。

2、设备控制器的数据采集

选配XL66智能转换器，读取机器设备控制装置及现场监控仪表采集的信号，通过2.4GHz或433MHz等方式接入传感网络。

3、管道压力、温度，车间环境、仓储环境的气体浓度、温湿度采集

选配XL61系列智能传感器，采集管道压力、温度，车间环境、仓储环境的气体浓度、温湿度，通过无线上传，并在需要的通道，出、入口设置声光报警器，或启动紧急设备。

4、其他信号采集

选配XL60智能测控装置，及XL68智能环境监测装置，采集火灾探测器、噪音传感器，光照传感器，液位变送器，压力变送器等等设备，以及系统原配的仪表数据。

四、系统优势

1、工厂生产车间无线数据采集系统建设过程中，无需布线，或减少布线数量，减少系统建设成本。

2、系统所需的设备安装调试方便，设备支持手机调试，提高运营维护的效率。

3、系统底层终端各种数据采集后统一接入企业MES系统，便于监控管理，提高企业生产管理效率。

五、系统配套

整个无线数据采集系统方案，根据应用需要配套的软硬件设备，包括XL90物联网无线智能网关、XL60智能测控装置RTU、XL68智能环境测控装置RTU、XL66智能转换器，以及XL61无线压力传感器、XL61无线温度传感器、XL61无线气体传感器、XL51无线温湿度传感器等无线传感器，还有MES制造执行系统软件。

六、适用范围

深圳信立科技设计的工业版工厂生产车间无线数据采集系统解决方案，适用于在我国珠三角、长三角、京津冀等沿海发达地区，以及重庆、成都、湖北、河南、安徽等内陆省份的电子加工制造、汽车制造、钢铁冶炼、机械装备、食品生产、医药生产等各行业制造业工厂。

工业生产现场数据采集原则有两点：一是目的性，二是经济性；

目的性是指在做设备的数据采集之前，先要明确所要采集的数据是否具有可观的价值。工业现场其实已经有很多的数据采集系统了，SCADA、HMI什么的也都是应用很广泛了，但是，其中又有多少数据被充分的分析，挖掘其潜在的价值的呢？

大部分情况是，采集了数据后并不知道怎么去利用。国内大部分的工业现场还处在解决生产过程可见性的阶段，能够先把数据采集上来是当务之急，至少能够实时地了解到现场都发生了什么。在智能制造背景下，要将目光放长远，在做数据采集之前，尽可能地多去思考一下什么样的数据对我们的业务改进帮助最大，这样也许会让我们在数据采集方面的投资回报率更好看一些。

经济性是指投资的回报效益。对于工业现场的数据采集，很多人第一个想法就是装传感器。不管什么样的项目，我们首先需要考虑的是投资回报率的问题，装传感器的方式可能是投资最大的一种。因此，做设备层的数据采集，一定要结合我们的数采目标，充分利用设备的现有条件(比如，设备已经具备的上位机系统、已经具备的通讯协议等)用最经济高效的方式来做数采技术路线的设计。

工业数据采集设备分类：有上位机系统的设备(设备自带的监控系统)、基于非TCP/IP通讯协议的设备、基于TCP/IP通讯协议的设备、不具备通讯接口的设备。

自动化系统设备数据采集系统采集方法主要是通过Web系统、生产线工作站系统、OPC服务器等配置对生产线上的各个设备的生产数据进行监控。同时将有效数据采集仓储在数据库中。这对整个生产系统进行生产线、工序参数、工作流程、设备参数、设备类型、OPC服务、通讯协议的全方位设置、管理。

如需增加设备，只要在中心管理系统增加相应的设备类型，配置好相关的采集参数即可，可有效节约成本；生产过程中通过缓存交互数据，不直接和数据库交互，极大的提高了数据采集的性能；通过心跳检测程序，实时反馈生产设备的异常，保证生产数据完整性。

一种自动化生产线设备数据采集方法，可以是如下步骤：

1.根据自动化生产线上各种设备的不同协议类型，将支持OPC相关协议的设备与OPC连接；将支持TCP开放协议的设备与生产线工作站系统中的网口交换机连接；将支持COM开放协议的设备与生产线工作站系统中的串口交换机连接；

2.通过Web系统配置生产线的全局属性；

3.生产线工作站系统启动时从Web系统中同步本生产线所有相关配置，并存入缓存；

4.生产线工作站初始化时，根据设备在Web系统的协议类型，连接每个设备，并启用OPC监听、TCP监听或COM监听。对于“基于TCP/IP通讯协议”，比较常用的有OPC Classic、Siemens S7、Modbus-TCP等通用协议，也有设备厂商自行定义的私有协议。这些协议的特点是都是基于TCP/IP协议簇，只是应用层协议不同。采用这些协议的设备一般都会有RJ45的接口，也就是以太网口，都可以直接通过以太网接入到车间网络中。对这些设备的数据采集，我们需要做的就是对上述协议的解析。对于OPC等通用协议，已经有很多成熟的SCADA产品可以利用，近些年，也有很多开源框架、商业化的组件可以应用，比如Eclipse neoSCADA，Kepware等等，都能够在完成上述协议的解析的同时，将其转换为一些IT领域常用的接口(RESTful API)，方便其他信息系统的对接。

5、将监听到的每个设备数据写入工作站数据库。

设备数据分析，可以通过多种查询工具可以快速查询生产实时数据、相关历史数据。给管理人员重要决策提供有效数据基础。可以对数据进行横向比较，可以对历史数据进行分析。通过系统统计分析没太机器的运转率，故障时间累计以及车间设备总体利用率。系统可以提供柱状图、饼图、报表等分析工具，展现现场设备运转统计分析数据。自动统计每天限的产量数据，可以按照不同的班组、时间段等多种条件进行综合查询。

同时对于设备的故障管理也可以进行相关数据记录，比如不同的设备及其台号，故障类型、时间段等多种条件进行历史查询赛选。这样可以进行历史数据查询，更好的帮助技术人员进行设备故障原因分分析，提高问题解决效率。