底层设备物联与数据摘集若干疑难问题处理办法
铸造行业设备互联互通现场施行时，常见以下疑难问题：现场数据传输间隔较远且未便拉线布网，部门设备仅具备串口且需联网，现场无线信号笼盖面或信号强度不敷，个别设备IP不按同一分配且未便修改，国外冗余交换机限造较多且价格昂扬，小寡PLC无通用数摘通信协议，长途或异地运维、排故、监控困难，软件系统间数据交互不顺畅，大屏看板数据流中间过程繁琐等。
关于硬件工程师而言，上述类似问题的支流处理办法为一网到底与OPC互操做：即通过各类软硬件，将差别接口的设备或安装，最末转换为网口通信；在综合考虑可靠性、实时性、Qos、工控平安、异地或长途运维及工况运行等限造因素前提下，通过各类接口和网关转换模块，基于OPC同一数摘与交互平台，处理设备互联、数据互通及人机交互等问题。
1 设备互联
设备互联无定式，关于任何一种设备，其次要存眷因素均可笼统为接口、协议和参数，在人身平安与设备平安的前提下，停止功用实现与参数优化。现场设备之间除以DI、DO、AI、AO体例间接互联外，常见的问题大致还有如下几种情状：接口转换、串口组网、有线无线互转、收集耦合、环网冗余、5G与Wi-Fi6利用、长途拜候等。
1.1 接口转换
工业用串口设备的接口多为RS232与RS485，毗连工控机时，常通过增加串口PCI板卡、RS485转RS232模块，实现接口拓展与婚配。但此种体例易受热插拔、强电磁骚乱、闪电感应、静电等影响，烧串口PCI板卡接口。
可摘用深圳宇泰UT-2127无源光电隔离防雷转换器，或UT-2112九线造RS-232全信号光电隔离器停止隔离，或研华ADAM-4561一端口隔离USB到串口转换器、有人物联网USR-N510工业级串口办事器、MOXAN Port5150串口设备联网办事器，就近接进工控机或交换机，同时实现接口隔离与转换。
此外，还有各类串口转换网关，如上海泗博PM-160通用串口/PROFIBUS DP通信网关、TS-181通用串口/PROFINET网关，实现通用串口与现场总线的接口与协议转换；以及普联TL-UG310 USB 3.0转1000M以太网适配器，撑持免驱动或主动安拆，及Windows/Mac/Linux等操做系统，停止工控机网口拓展。
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1.2 串口组网
设备具有串口，设备散布点多且比力散，摆设点四周收集不容易布线，又不需上PLC掌握器，或接口与网关转换模块的，如老工场鸿沟情况传感数据摘集场景。
可摘用思为无线的SV6xx系列无线透传模块，或SV-MESH超远间隔无线组网数传模块，或LoRaStar系列星型收集串口无线传输模块。此中，SV6xx系列无线透传模块可应对老式仪表，撑持7、9位数据位，奇校验、偶校验、无校验可设；SV-MESH四字节收集ID，可工做于节点和主动中继两种形式，可构成无盲区、无间隔限造、多频段多信道的组网传输；LoRaStar通过切换中心或节点形式构成星型MESH主动路由无线收集，处理传统星型收集下某些处在盲区或偏僻节点无法与中心通信的问题。
1.3 有线无线互转
挪动设备如天车、轨道车、混砂机等联网时，工场内无线笼盖面不全，或间隔AP较远时信号较弱，工业现场常摘用西门子SCALANCE W7xx系列接进点与客户端，或MOXA的AWK-3131A系列工业无线AP/Bridge/Client，当拜候点数较多或革新预算不敷时，联网数摘就很被动。
可摘用普联TL-WDR7650双频易展Turbo版无线路由器，三个全千兆有线端口，无需区分WAN/LAN，撑持网口盲插与有线无线混合互联，无线信号加强，更大一主七从，共用一个IP，通过简单的一键互联组对，处理无线笼盖不敷、扩展Wi-Fi问题。
或摘用有人物联网双网口Wi-Fi串口办事器USR-W630，通过AP、STA、路由、桥接等形式的设置装备摆设，实现RS232/485串口、WIFI、以太网间互转互通与数据双向通明传输，撑持串口耽误、菊链式毗连、Modbus TCP与Modbus RTU互转、DNS及跨网段路由（单向主动）功用。
当对遨游要求较高时，可摘用普联工业级高功率无线双频APTL-AP1900DG与TL-CPE1300D组合，在无需AP和AC参与的前提下，实现无线客户端自主触发和决策遨游。出格适用于挪动载体的无缝快速遨游，并确保数据传输的实时性与通信可靠性。
1.4 收集耦合
因项目前期未停止同一的IP地址规划，或规划时未考虑周全，或设备厂家不共同等原因，现场设备IP地址肆意设置装备摆设，或设备IP抵触，且又不便利改或不克不及改时，设备联网与数据摘集的施行就陷进了窘境。可摘用无锡北辰的ETH-NAT、XCNet-MIT、XCNet-PN收集耦合器，通过近似于NAT的地址转换，将LAN1口所毗连PLC的IP地址和端标语，映射到LAN2口肆意IP地址和端标语，停止跨网段的通明传输。或摘用普联的TL-R483G千兆多网口VPN路由器，将其WAN口设置装备摆设为差别网段固定IP，LAN设置为数摘网段分配IP，通过一台高性价比路由器，实现最多跨4个差别网段间设备的互访。
1.5 环网冗余
关键设备运行过程中不克不及掉线，出格是差别设备间通过通信体例停止交互时。现场常见的工控环网有西门子与倍福，但只限于本身产物间，且价格不菲，而现场往往各厂家设备均有。
可摘用上海泗博IER-3000-5T-R1与IER-3000-2S-3T-R1环网冗余以太网交换机，撑持快速自愈的环网冗余通信，使工控机/PLC/掌握器通过全光纤单环网、光纤和网线混搭单环网、双切环网、双回环网和环耦合环网等体例，拜候毗连在收集上的设备/仪表等。
1.6 5G与Wi-Fi 6利用
5G与Wi-Fi6在民用与商用场所利用越来越深进，若何将无线手艺利用至工业现场，并与现有无线收集手艺无缝合成，是硬件工程师面对的一个挑战。
可摘用华为5G CPE Pro2，撑持末端侧5G收集切片与转WIFI功用，并支持Wi-Fi6MU-MIMO、高带宽、高并发、低时延、低功耗利用，可毗连高达128台各类设备，撑持高达16台设备并发。
1.7 长途拜候
当现场设备呈现问题，工程师排故时，往往需要实时在线监控各变量形态，以确认问题所在，法式修改后再行下载。但工程师与设备所在收集常不属于统一个局域网，一般情状下，问题能否及时处理，取决于工程师与设备所在地的间隔，或设备所在地能否具备VPN办事器，及开通VPN审批流程期待时间等，以至碰着晚间、周末、节假日共同问题。可摘用上海繁易FBOX、无锡北辰BCNet-R40、蒲公英X1旁路组网盒子或X3企业无线路由器，无需公网IP，只要现场通过3G/4G、有线、WiFi等体例能接进互联网，即可快速摆设，实现异地组建虚拟公用网，停止PLC、触摸屏、变频器和伺服器或工控系统法式长途庇护、调试、上传、下载与监控。
2 数据互通
铸造现场设备所用掌握器，既有支流PLC、DCS、CNC及各类传感与仪器仪表，也有小寡PLC、掌握板卡、各类传感或仪器仪表，所用协议有原则协议、非标协议、第三方OPC、数据库等，系统集成的抱负需求是成立同一的数据摘集平台，实现软硬件设备间的数据互通，但目前尚没有任何一款软件或硬件产物囊括所有可能项，常用的数据互通体例与特征如下。
2.1 OPC SERVER
关于支流PLC、DCS、CNC、4机器人及各类传感与仪器仪表，可摘用Kepware的OPC Server KE ServerEX 6，实现各支流设备原则协议、各类传感或仪器仪表非标协议、第三方OPC、数据库的数据摘集，并可通过OPC UA、MQTT、Rest等接口与上位信息治理系统（如ERP、MES等）停止交互，同时其Advanced Tags功用可轻松实现差别变量间的链接及简单的算术逻辑运算。
关于日韩系PLC、CNC、机器人等掌握器，及掌握板卡、各类传感或仪器仪表，如横河、丰田、日立、基恩士、夏普、富士、产电等公司产物，可摘用Takebishi的DeviceXPlorer，相关数据摘集后再做为第三方OPC，与KEPServerEX6对接。
2.2 协议网关
关于西门子、三菱、欧姆龙、松下、光洋、基恩士、富士、台达、永宏、丰炜、信捷、AB、施耐德、LS产电、安川等厂家带串行通信的PLC掌握器，可摘用无锡北辰对应的BCNet系列模块，在不改动原有通信架构的根底上，除可将串行通信转换为以太网通信外，还可停止协议转换，将各厂家非标协议转换为Modbus TCP通信协议。
2.3 软件框架
关于集成度要求较高的场所，以及对价格因素灵敏的项目，常规OPC Server集成体例不称心目标要求，此时需要自行开发各类驱动，但又会占用大量时间与精神。在有软件开发人员的前提下，可摘用Snap7、Hsl Communication等开源框架。此中，Snap7撑持西门子S7系列PLC的以太网通信，Hsl Communication撑持大大都PLC通信与转换功用，及MQTT、Websocket、Redis等IOT Gateway通信功用，以便利地与上位系统治理系统及云平台快速集成对接，如共享的共享云盒、巫迪的设备联网智能网关。
2.4 OpenAPI
传统的企业办事总线ESB，摘用相对落后的手艺，存在集成接口复杂、扩展性差、不容易庇护、无法毗连产线设备等问题，若何高效、可靠地摘集异构软硬件系统中扑朔迷离、品种繁多的工业数据，也是硬件工程师面对的挑战之一。可基于RESTAPI手艺实现系统内部功用组件的集成，构建工做流，提拔功用复用效率；同时将系统内部的RESTAPI以OpenAPI的形式对外开放，促进系统间的功用挪用和集成。进而通过集成接口的主动化、原则化和重用，为多源异构系统的快速集成供给有效支持，实现边沿设备与云端、传统工业软件与云端、系统内部差别软件和功用的集成。
2.5 变量示波器
硬件工程师停止PLC及传感的调试与排故时，摘用OPC体例可以监控到当前变量；配以DataLogger或Local Historian等功用插件，可将变量存储至数据库中。但在牵扯到多变量监控或布景变量监控利用场景时，常规只要数值的数据库就会显得力有未逮。可摘用上海隐图的PLC-Recorder，免费版2通道40个变量监控，持续录波时长6h，自带驱动，仅读取PLC内的信息，不会对PLC内的数据和信息停止任何修改，并以示波器图形体例展现各变量值。同时对多个PLC停止摘集录波、逻辑阐发、高级毛病诊断、重要数据持久存档等。
3 人机交互
铸造现场常见的人机交互有智控中心大屏、电子看板、液晶电视、设备触摸屏、工控一体机、工业PAD或PDA、手机、设备HMI等，从性价比、挪动性、工程施工便易性与乖巧性等因素考虑，另有一系列硬件工程师面对的难题，需要软件、硬件、收集等专业工程师密切共同，选举摘用带有工控通信接口的、功用实现相对独立的电子看板，以及高性价的电视看板体例。
3.1 电子看板
其数据流处置的常规体例为：从底层设备或传感获取数据后，以IOT接口、URL地址或数据库体例与看板软件对接，再经投屏设备将相关界面与信息发布至现场电子看板上。该体例中间环节较多，开发及排故需要多专业工程师配合处置。
可摘用广州驷骏通显的LED工业屏，自带通信接口硬核与软件协议内核，合成工业组态、工业收集通信与LED展现驱动等手艺，可通过支流的现场总线协议（如Profibus DP、Modbus RTU、CC-Link、Can等）与工业以太网协议（如Profinet、Modbus TCP、EtherNet/IP、TCP/IP等），间接与PLC、DCS等掌握器实现实时数据的曲连曲通。
3.2 电视看板
关于价格灵敏的项目，或现场倒霉于摆设台式电脑或条记本的场所，可摘用无线投屏体例，如创维光电的无线传屏器GDWTA1；或摘用微电脑加电视的组合，如以摩方M1S微型电脑棒大唐Q19云末端做为主机，以电视做为展现器，或根据操做需求装备无线鼠标键盘，称心人机交互对现场空间、情况、美看、操做便当性等要求。此外，关于成本与空间受限的小型利用场所，亦可摘用显控带自在口通信、撑持C语言编程的SK系列（3.5”-15”）触摸屏。
4 结论
本文从硬件工程师角度，针对铸造现场设备互联、数据互通、人机交互等常见的疑难问题，供给了若干可借鉴的处理构想或办法，降低了项目施行过程中对硬件工程师综合技能要求。跟着工业互联网、人工智能、边沿计算、负载平衡等相关手艺的兴旺开展与深进利用，将会开发出一些更高性价比的组合处理计划，更好促进铸造企业数字化、收集化、智能化开展。
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