楊俊浩

摘 要：在當(dāng)今大數(shù)據(jù)技術(shù)廣泛流行應(yīng)用的新時(shí)代，通過大數(shù)據(jù)來解決生產(chǎn)過程中所存在的信息孤島問題是可行的。文章就建立一套基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，探討了生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成、設(shè)計(jì)以及工業(yè)大數(shù)據(jù)在生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)大數(shù)據(jù);生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng);基本構(gòu)成;技術(shù)要點(diǎn)

0 ? 引言

在大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下，工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)目前正式建立。其所采用的是OPC協(xié)議與Modbus協(xié)議，利用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)管建立現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集機(jī)制，確保將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)焦I(yè)生產(chǎn)管理中心，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲(chǔ)、處理、分析與顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容。在這一過程中，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)背景下的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全流程監(jiān)控管理，滿足了工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化生產(chǎn)流程優(yōu)化、設(shè)備智能管理以及物料平衡要求，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了最為重要的節(jié)本降耗要求。

1 工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成

在工業(yè)生產(chǎn)中，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)與應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的，它擁有工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，在設(shè)備運(yùn)行、能源消耗、物料平衡等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集中采集運(yùn)用方面相當(dāng)成熟。在系統(tǒng)中，它所采用的優(yōu)化過濾與綜合分析技術(shù)體系，主要用于指導(dǎo)、管理工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程，確保建立基于工業(yè)企業(yè)管理決策的全方位信息化與數(shù)字化平臺(tái)[1]。

參考工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程與工況，需要考慮所生產(chǎn)產(chǎn)品在各個(gè)生產(chǎn)工藝段的不同控制系統(tǒng)與不同數(shù)據(jù)采集設(shè)備，參考工控網(wǎng)絡(luò)帶寬，結(jié)合技術(shù)工作人員的界面操作習(xí)慣，深層次考量工控系統(tǒng)中的諸多信息安全因素內(nèi)容，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫來豐富數(shù)據(jù)系統(tǒng)信息安全管理內(nèi)容，建立底層控制系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)采集設(shè)備與上層產(chǎn)品生產(chǎn)管理調(diào)度中心共同構(gòu)成生產(chǎn)工業(yè)大數(shù)據(jù)生產(chǎn)管理調(diào)度中心。

系統(tǒng)主要包括客戶機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、工業(yè)交換機(jī)等重要硬件設(shè)備，而應(yīng)用軟件包括生產(chǎn)管理中心以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，二者可完成對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理以及分析過程，確保其工藝流程中設(shè)備運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化到位，主要參考實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫采集數(shù)據(jù)內(nèi)容并實(shí)施篩查和分類轉(zhuǎn)儲(chǔ)，如此可確保工業(yè)大數(shù)據(jù)在工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中靈活自由應(yīng)用[2]。

2 基于大數(shù)據(jù)的工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程

工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程需要結(jié)合實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)庫建立設(shè)計(jì)平臺(tái)，并納入大量數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)、隔離網(wǎng)關(guān)等，合理利用工業(yè)交換機(jī)等重要硬件設(shè)備配合軟件安裝形成一套完整的生產(chǎn)管理中心，滿足對工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的隨時(shí)隨地處理，為工業(yè)生產(chǎn)科學(xué)化管理提供有力技術(shù)支持。以下主要介紹工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的具體設(shè)計(jì)過程。

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集總模塊過程中，需要對參與工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的所有空間進(jìn)行分類，其中應(yīng)該包括聚合車間、公用生產(chǎn)車間等，所有車間都要形成一個(gè)相對獨(dú)立控制的系統(tǒng)。在這些獨(dú)立系統(tǒng)中建立重要控制回路，確保整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)足夠多，滿足實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)建設(shè)要求，基于信息與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全構(gòu)建來調(diào)整傳統(tǒng)信息僅能單向?qū)懭雽?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的缺陷。數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)過程利用了安全性能表現(xiàn)良好的單向隔離網(wǎng)關(guān)，如此可確保對常規(guī)能源（如水、電、氣）進(jìn)行計(jì)量統(tǒng)計(jì)[3]。

2.2 數(shù)據(jù)采集接口的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集接口設(shè)計(jì)屬于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)方面提供了專用接口，可同時(shí)滿足DCS，PLC，IPC等多系統(tǒng)同時(shí)操作。在數(shù)據(jù)采集接口的底層部分要設(shè)計(jì)工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，建立數(shù)據(jù)傳輸雙向模式，保證系統(tǒng)架構(gòu)中的配置隔離網(wǎng)關(guān)被賦予雙向功能內(nèi)涵。在該過程中，要保證現(xiàn)場底層控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備有效規(guī)避網(wǎng)絡(luò)層級攻擊，體現(xiàn)系統(tǒng)安全控制高水平，如此也可保證整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 通信模式的設(shè)計(jì)

在工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下，生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)希望創(chuàng)建大數(shù)據(jù)通信模式，它將數(shù)據(jù)采集通信方式一分為二，基于OPC與Modbus形成兩種協(xié)議，建立形成常規(guī)工業(yè)控制系統(tǒng)，為采集數(shù)據(jù)提供OPC接口，滿足底層數(shù)據(jù)采集要求。在這一過程中，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集與傳輸機(jī)制共同建立了Modbus通信協(xié)議。以O(shè)PC通信機(jī)制為例，它建設(shè)于底層控制系統(tǒng)中，可直接與上層應(yīng)用軟件建立軟件接口體系，在解決底層控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)源信息與數(shù)據(jù)交互問題方面表現(xiàn)十分突出。這一過程還需要建立OPC與工業(yè)大數(shù)據(jù)之間的上層客戶關(guān)系，如此可快速完成數(shù)據(jù)信息交換過程。這一過程參考了現(xiàn)場設(shè)備OPC服務(wù)器信息交換體系，參考OPC標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)客戶端，建立現(xiàn)場設(shè)備OPC服務(wù)器與數(shù)據(jù)信息交互體系，快速獲取現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。

2.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

最后是設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)滿足毫秒級要求。在這里，要為用戶提供多種形式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略機(jī)制，確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)算法、壓縮應(yīng)用、周期確定以及存儲(chǔ)變化機(jī)制過程構(gòu)建到位。換言之，就是在保證數(shù)據(jù)特性的基礎(chǔ)之上對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)算法進(jìn)行壓縮調(diào)整，如此可大量節(jié)省實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)空間，提高大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。

在設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫過程中，需要重視它的數(shù)據(jù)分析與處理能力，主要對上傳數(shù)據(jù)信息實(shí)施綜合分析、篩選與處理，快速生成系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)，同時(shí)生成數(shù)據(jù)曲線與歷史趨勢曲線，保證整個(gè)流程運(yùn)行狀況滿足數(shù)據(jù)全面分析要求。這一過程可以建立計(jì)算能力強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理模塊，做到對數(shù)據(jù)內(nèi)容的實(shí)時(shí)監(jiān)控與全流程管理，優(yōu)化能源消耗狀況，平衡工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的不同區(qū)段能源需要。當(dāng)然，針對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理應(yīng)用過程，需要采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，充分利用高效應(yīng)用技術(shù)處理海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)容。這里可用ODBC控件對工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行分析，保證生產(chǎn)工藝優(yōu)化管理到位，建立行之有效的數(shù)據(jù)支撐體系[4]。

3?基于大數(shù)據(jù)的工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用要點(diǎn)

在工業(yè)大數(shù)據(jù)支持下，工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)豐富，其主要價(jià)值體現(xiàn)在對系統(tǒng)的有效診斷與預(yù)測上，具體如下。

3.1 集中顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容

首先利用工業(yè)大數(shù)據(jù)集中顯示工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控中的主要內(nèi)容，保證采集接口豐富，集中構(gòu)建目前比較主流的DCS、PLC、RTU、非標(biāo)控技術(shù)體系，滿足現(xiàn)場電力設(shè)備與計(jì)量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)集中顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容要求，優(yōu)化接口兼容性，體現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用優(yōu)越性，真正做到工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)容有效豐富。

具體來講，就是要基于集中顯示數(shù)據(jù)過程來優(yōu)化生產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，建立工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，滿足生產(chǎn)流程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控要求。同時(shí)，也需要對健康狀況進(jìn)行分析，有效提高生產(chǎn)運(yùn)行水平。另外，對工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的某些危險(xiǎn)環(huán)境因素也要做好實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，例如針對空壓機(jī)的監(jiān)控就非常有必要。在這里要建立自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警功能曲線，分析其中的重要生產(chǎn)參數(shù)歷史趨勢，選擇建立與生產(chǎn)過程相關(guān)聯(lián)的信息采樣節(jié)點(diǎn)，保證生成動(dòng)態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)控制趨勢曲線與歷史趨勢曲線，滿足工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)反應(yīng)正常穩(wěn)定。

3.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫智能服務(wù)

要利用工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)建立生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫智能服務(wù)內(nèi)容，保證所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的過濾、分割與歸一化處理。這一過程要建立輸入設(shè)備健康診斷建模算法，保證對不同設(shè)備選擇參數(shù)與健康診斷建模方式進(jìn)行調(diào)整，建立生產(chǎn)線設(shè)備狀況診斷管理體系;需要結(jié)合歸一化處理后輸入設(shè)備優(yōu)化健康診斷管理模型，并對其中的邏輯分類、支持向量內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，保證數(shù)據(jù)優(yōu)化處理到位，對實(shí)際設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行跟蹤測試與調(diào)整，分析系統(tǒng)運(yùn)行狀況，判別系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)準(zhǔn)確率，確保其準(zhǔn)確率至少達(dá)到90%以上。設(shè)備健康維護(hù)管理需要明確相關(guān)處理辦法，將其健康狀況處理標(biāo)準(zhǔn)提升到0.7≤α≤0.8范圍內(nèi)，解決設(shè)備健康狀況分析偏差這一問題，認(rèn)真排查原因，調(diào)整系統(tǒng)啟動(dòng)問題。

4 ?結(jié)語

綜上所述，在工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，應(yīng)該基于工業(yè)大數(shù)據(jù)建立功能全面且技術(shù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化到位的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程的各個(gè)工段數(shù)據(jù)與信息采集標(biāo)準(zhǔn)，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化相關(guān)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，有效實(shí)現(xiàn)對整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程的優(yōu)化，同時(shí)滿足數(shù)據(jù)信息共享狀況，以追求達(dá)成某一生產(chǎn)目標(biāo)。從整體來講，采用這一工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)可有效提高生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用管理效率，同時(shí)滿足節(jié)能降耗要求，為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益與管理決策水平提升提供了科學(xué)有效的參考依據(jù)。

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（編輯 王永超）