一种制造环境下远程可配置的大数据采集器及其运行方法与流程

本发明涉及智能大数据采集设备，尤其涉及一种制造环境下远程可配置的大数据采集器及其运行方法。

背景技术：

数据采集是利用某些采集装置，从外部制造环境中采集数据的过程。得到的数据传输至系统内部进行分析处理，制造过程离不开生产车间数据的支撑。

传统制造环境下数据采集方式基本都是固定的，工人按照生产的要求以及传感器各自的功能来部署传感器并安排其采集任务，传感器按任务要求对生产数据进行采集。当采集任务发生变化时，我们需要改变传感器节点的采集参数，如重新配置采集周期，变更采集时间等。

生产线上制造设备及接线众多，传感器分布情况也非常复杂。传统的静态配置方法是利用配置数据存储器和节点组合,但系统在掉电后其内部配置数据将会丢失，下次配置时要在制造现场对需要重新配置的节点逐一输入配置数据，这会增加工作量，且效率低下。在含有微处理芯片的系统中,也可以使用微处理器产生配置时序,将配置数据置入传感节点，完成配置过程，但这只能在本地进行配置，满足不了远程配置的需求。而且，一旦配置数据输入错误，难以对配置执行情况进行检查，这将会对数据采集造成很大影响，不利于生产。由于制造现场各节点分布散乱，没有统一的管理界面，配置难以实现对配置节点的集成管理和配置实时性需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种制造环境下远程可配置的大数据采集器及其运行方法。旨在能实时动态配置采集节点，满足生产过程对数据的需求。

本发明通过下述技术方案实现：

一种制造环境下远程可配置的大数据采集器，该大数据采集器由部署在制造现场的嵌入式智能采集单元和远程操作终端组成；

嵌入式智能采集单元包括：微控制器、数据采集模块、数据存储模块、数据交互模块、无线网接收器、串口和传感器插板等辅助模块；

远程操作终端包括：人机交互模块、设置配置文件项；用户根据生产需求，通过远程人机界面编写配置文件，智能终端将配置文件下发，通过无线网接收器接收后立即存储，然后通过微控制器读取后进行处理，生成配置序列下发至需要配置的传感器，完成配置过程。

人机交互界面，用户根据采集需求在界面上编写配置文件；

配置文件分四部分：文件地址段、节点编号段、配置功能段、配置数据段；

文件地址段是为了使特定的配置命令能发送至特定的节点并执行，防止配置乱序；

节点编号段是传感器节点的编号，利用字母和数字组合，方便对传感器的集中管理；

配置功能段是对节点的工作选择如开始采集、中断采集和修改采集等；

配置参数段包括选择节点的采集周期和总的采集时间；该节点执行命令后，配置参数会被记录，生成报表保存下来，在人机交互模块的界面上实现对该配置节点的查询与实时监控。

嵌入式智能采集单元，通过无线网接收器，时用户在远程终端可通过3g/4g/wifi方式与嵌入式智能采集单元通信。

数据存储模块由用户设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内，当配置任务执行后，e²prom内的信息自动更新，替换该节点原来的初始配置信息。

制造环境下远程可配置的大数据采集器的运行方法，包括如下步骤：

步骤一：在生产过程中，用户通过终端在远程向采集单元发送配置文件，文件内容包含节点编号、配置功能和配置参数；

步骤二：采集单元收到命令后将文件存储，并传输至微控制器进行处理；

步骤三：文件被处理后生成节点能识别的配置时序，通过接口下发至将要被配置的采集节点；

步骤四：节点收到其配置时序后开始执行，调整其配置参数，完成远程配置过程。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、本发明可以针对车间采集数据的需求，动态修改节点的采集参数，具有很大的灵活性。

2、本发明通过无线网在远程下达配置命令，能实现对采集节点的集成管理，提高了配置效率，满足配置实时性要求。

3、本发明在不改变采集系统硬件结构的情况下，通过实时配置，合理分配了采集资源，提高了采集节点的利用率。

4、本发明操作起来简单，不需要编程，只需查询传感器功能参数文档即可配置。

5、本发明对设备硬件要求低，基于模块化设计，容易易于扩展和修改，具有较强的实用性。

附图说明

图1本发明配置流程图。

图2本发明硬件结构图。

图3本发明配置文件格式图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

图1至图3；为本发明总体构成：包括部署在制造现场的智能采集单元和远程操作终端；智能采集单元(嵌入式)将采集到的数据通过数据交互模块传输至服务器，服务器是数据处理的核心组件，处在工业制造系统的顶层，可以通过无线网或者工业以太网和采集单元进行数据交互。

采集的数据在服务器中进行分析处理后，得到结果和信息会传输至人机交互界面，用户会根据这些结果来决策和定义需要重新配置某些数据，是重要、易变的数据还是普通数据。

如在平稳环境下，某些数据对生产过程没有影响或者影响不大，可以中断采集这些数据的节点，或者较少其采集时间，可以节省传感器能源，延长节点工作寿命。

而对于某些易变的关键数据，为了保障整个制造系统的正常运行，需要快速做出反应并及时处理调整，可以增加其采集节点数、增大采样频率采集时间长度，保证采集信息的精确性和有效性。

通过软件定义和配置，用户能够合理分配和利用有限的采集设备资源、数据传输时的带宽资源以及服务器运算处理资源，使得资源的使用得到最优化，提高数据采集和处理的效率。

用户通过人机交互界面在节点信息库内查询采集这些数据的节点信息，确定配置功能和参数后，开始编写配置文件。

结合图3，配置文件中，一条文件对应一个节点，文件分四块：地址段、编号段、配置功能段、配置数据段。

地址段的功能是为了使特定的配置命令能发送至特定的节点并执行，防止配置乱序，每个智能采集单元都必须拥有一个特定的地址。从远程发送的文件必须含有要求访问的地址，只有拥有此特征地址的采集单元才能执行该配置命令。

编号段是传感器节点的编号，在传感器被部署时根据其类型就已编好，利用字母和数字组合，方便传感器的集中管理。

配置功能段是对节点的工作选择如开始采集、中断采集和修改采集等，当我们终止某些节点的采集时，参数段选择为空。

当选择修改参数时，需要设置配置参数段，包括选择节点的采集周期和总的采集时间。

传感器的各类可供选择的配置参数已经做成文档保存在界面内，用户可以直接选择，省去了查找时间，以及在对传感器参数性能不熟悉的情况下，参数设置错误，使得节点不能正常工作。这样使得操作更加简单，不需要深入理解传感器功能参数即可设置文件。配置文件写好后，由实际情况需要，配置的节点数量及其参数可以逐条发送，也可以统一发送，灵活地操控配置工作。而且文件会被保存，下次需要配置此功能时可以查询记录，选定后直接完成配置，减少了工作量。

结合图2；智能采集单元内设无线网收发器，用于接收命令和发送执行结果。

由于远程终端可以是手机、平板或pc机，我们可以通过3g/4g/wifi等方式与采集单元通信，上述通信方式传输效率很高。配置文件通过特征地址识别后被接收，首先保存在flashprom中，flash芯片支持片区擦除和整片擦除,可以快速缓存与读写,初始配置信息保存在e²prom内，e²prom也作为现场配置功能保留区，在远程配置出现故障的情况下使用。

微控制器采用嵌入式实时操作系统，预置rs-232和rs-485接口通信接口。一个采集单元通过传感器插板连接三个采集节点，节省了微控制器等设备资源，也能很好地完成任务，微控制器通过外端接口连接其他模块。由微控制读取flashprom内对应节点的配置数据地址，根据配置功能和参数，控制通用i/o口产生相应的能被传感器识别的配置时序,输入至配置寄存器中,该传感节点接收后开始执行配置时序，从而实现远程对采集节点的配置操作。当配置执行后，e²prom内该节点的配置数据会自动更新，替换该节点的初始配置信息。采集单元通过fsmc接口将配置的信息及执行状况生成报表发送至人机交互界面，用户可以在界面上实现对已配置节点的任务监控，也便于执行下次配置任务。

现以温度传感器为例，在制造现场温度变化很大的区域，我们要重新配置传感器参数实现对现场环境温度的实时性监控并处理，防止因温度变化过大而影响生产设备。若之前的采样频率是10hz，现在的要求采样频率增加至50hz。用户在远程界面查找该区域的对应传感器的编号及采集设备读取文件的地址，在功能段选择参数修改，配置数据段选择采样频率，完成配置文件的编写。接着下发至采集单元，微控制器对命令进行处理后由传感器执行，完成配置过程。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。