工业网关及分布式技术在预焙阳极中的应用.pdf
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1、第45卷第2 期2024年有色冶金设计与研究4月工业网关及分布式技术在预焙阳极中的应用张著旅,路辉,刘俊,闫朝宁,杨运川,莫代贵(贵阳铝镁设计研究院有限公司,贵州贵阳550 0 8 1)【摘要】介绍了预焙阳极生产数据采集现状、工业网关的数据采集原理和采集运行软件的设计,利用工业网关及分布式技术,解决铝用炭素企业多设备、多协议、多网络、多结构数据采集问题,对炭素车间生产管理数据进行分布式采集。应用实践证明,工业网关数据采集技术可以实现铝用炭素厂多个局域网车间单体设备的数据采集和集中统一管理,使生产管理过程实现全天候的实时监控,帮助管理者及时掌握生产状况,便于生产决策分析。【关键词 工业网关;分布
2、式;预焙阳极;数据采集中图分类号:TP273Research on the Improvement of Settling Efficiency of Large-scale Tailings ThickenerZHANG Zhulyu,LU Hui,LIU Jun,YAN Chaoning,YANG Yunchuan,MO Daigui(Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Co.,Ltd.,Guiyang,Guizhou 550081,China)Abstract This paper introduces the
3、 current situation of production data collection of pre-roasting anode,the data collectionprinciple of industrial gateway and the design of data collection software.By using industrial gateway and distributed technology,theproblem of multi-equipment,multi-protocol,multi-network and multi-structure d
4、ata collection in aluminum carbon enterprise issolved,and the production management data of carbon workshop is distributed.The application practice has proved that the dataacquisition technology of industrial gateway can realize the data acquisition and centralized and unified management of singleeq
5、uipment in multiple LAN workshops of aluminum carbon plant,so that the production management process can realize all-weatherreal-time monitoring,help managers to grasp the production status in time,and facilitate the production decision analysis.Keywords industrial gateway;distributed;pre-roasting a
6、node;data acquisition文献标志码:B文章编号:1 0 0 4-43 45(2 0 2 4)0 2-0 0 3 0-0 41预焙阳极生产数据采集现状预焙阳极是以石油焦为原料,以煤沥青为黏结剂,经过烧、中碎、筛分、磨粉、配料、混捏、成型、焙烧等工序加工制作而成的!。一个完整的预焙阳极要经过成型车间、焙烧车间、组装车间3 个车间的加工处理后才能输送到电解车间进行电解,流程极其繁琐,且各车间的生产设备基本处于孤立的局域网内,数据不能共享,管理复杂。同时,单体设备使用的控制器不统一,通信协议很多,无法对多样化的异构数据源进行统一、规范地采集,形成了“数据孤岛”。典型的铝用炭素企业生产
7、组织结构见图1。收稿日期:2 0 2 3-0 6-1 2基金项目:黔科合平台人才项目 项目编号:YQK(2023)001;贵阳市科技计划项目 项目编号:筑科合同(2 0 2 1)43-1 9 号作者简介:张著旅(1 9 9 3 一),男,工程师,主要研究方向为铝工业智能制造、数据融合分析。铝用炭素成型车间焙烧车间石油焦残极配料沥青成型机火焰中碎中碎混提融化设备系统系统金脱洗浇铸组装设备设备设备设备图1 铝用炭素企业生产组织结构在此背景下,对预焙阳极生产过程数据采集的研究成为当前业内关注的热点。通过整合多个独立的数据源,建立统一的数据中心,可以更好地满足用户的需求2,因此研究如何有效地采集、传输
8、和处理大量的数据,建立一套开放的数据结构标准,实现数据的最佳利用,是解决该问题的关键。组装车间残极铁环阳极设备设备第2 期目前,常用的工业数据采集网关主要是以单片机为核心的普通网关和以工控板搭载Windows系统的工控机。以单片机为核心的普通网关多以3 2 位芯片为硬件平台,如STM32。这种网关由于接口资源少,存在数据采集方式、协议转换功能单一,数据存储、传输能力不够等问题。工控机虽然性能出色,但体积庞大,功耗高,抗干扰能力较弱,因此通常采用非实时操作系统来满足需求3。而且,这些网关的数据安全性较弱,协议也未统一标准,导致所采集的数据信息不具备完整性。随着高性能嵌人式系统的出现和普及,市面上
9、出现了通过工业网关来进行数据采集,并且支持CAN总线、RS-485和以太网等多种传送方式。下文拟利用设备物联及工业网关技术解决铝用炭素企业多设备、多协议、多网络、多结构数据采集问题,实现对炭素车间生产管理数据的分布式采集。2工业网关概况工业网关(IndustrialGateway)是一种用于连接云端平台和工业设备的网络连接器,它可以将多种不同的通信协议、数据格式或语言转换成一种可用的形式,从而实现信息的快速上传和下发。通过与软件系统结合,工业网关可实现工业领域多个局域网车间单体设备的数据采集,把零散的孤岛数据融合在一起进行数据分析。工业网关应用Cortex-A8高性能嵌人式微处理器技术,提供多
10、种端口,包括千兆工业以太网、RS232/RS485串行通信端口、USB接口以及WiFi和SIM卡等,可以实现高效的数据交换和通信功能,具体见图2。4G天线TF卡SIM卡槽LORARS232/RS485RS232,consloeA1B1+A2B2+LAN1LAN2LAN口USB口图2 工业网关接口工业网关拥有强大的性能,它不仅支持ModbusRTUIASCI/TCP、MQ T T 和CAN这些常见的工业生工业网关及分布式技术在预焙阳极中的应用Data成型车间焙烧车间设备数据设备数据192.168.1.1192.168.1.2图3 工业网功能模块结构工业网关软件采用嵌人式Linux系统,支持完整的
11、TCP/IP协议栈,应用软件的开发完全在Linux系统环境下完成。采集应用软件主要包括数据采集、数据处理、数据传输3 大功能。1)数据采集。工业网关通过以太网与各种生产设备相连,能适配兼容多种协议的接入,并使用RS-485作为物理层,以ModbusRTU作为数据传输介质,以二进制形式传输源端设备的数据,从而实现对整个系统的有效监控。WiFi天线2)数据处理。数据处理主要是对数据进行格式转换和预处理,保证数据传输的安全性和可靠性。JSON作为一种简单易懂的数据交互方法,可以有效WIF1支持多个节点和不同类型的信息流通。本项目使用JSON封装采集的数据,提高了数据处理效率。3)数据传输。数据传输支
12、持多种协议和传输方式进行发送和订阅。MQTT是一种基于TCP/IP栈的高效远程通信协议,不仅能在复杂的网络环境中进USBA3B3+A4B4+复位键电源接地螺丝31产通信协议,而且还拥有将设备层的数据转化成网络层数据的功能,从而使现场总线控制系统和工业以太网通信系统之间的交互变得更加便捷和高效3 。与传统的数据收集方式相比,工业网关更加轻巧,不用进行布线,易于安装,可以进行集中管理,并且适用于多样化的工作场景,从而大大减少了运营成本。2.1工业网关数据采集原理工业网关作为工业数据采集中一种重要的设备,对于数据采集和转发起到了至关重要的作用。工业网关功能模块结构见图3 所示。向云端转发数据模块数据
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