基于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统，包括：核心模块，包括连接的微处理器工作电路、复位电路、存储管理电路和JTAG调试接口电路；扩展模块，包括连接的开关量输入输出接口电路，串行接口通信电路，USB接口电路，以太网接口电路和LCD显示电路；运行模块，以嵌入式Linux操作系统搭建嵌入式QT运行环境，运行QT应用程序；其中，所述运行模块和所述核心模块用于对所述扩展模块采集的数据进行存储,并完成数据信息的处理运算和上传。

Data acquisition system of stamping workshop based on embedded Linux

The invention provides a data acquisition system for the stamping shop based on embedded Linux, including the core module, including the working circuit of the connected microprocessor, the reset circuit, the storage management circuit and the JTAG debugging interface circuit, and the extended module, including the connected switch input and output interface circuit, the serial interface communication circuit, and the US B interface circuit, Ethernet interface circuit and LCD display circuit, run module, build embedded QT running environment with embedded Linux operating system, run QT application program; in which, the running module and the core module are used to store the data collected by the extended module, and complete the processing and operation of data information. Upload.

【技术实现步骤摘要】
基于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统
本专利技术涉及一种基于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统。
技术介绍
工业生产管理信息化在冲压工业企业生产管理中分为两个部分，一个是生产部分，另一个是业务部分，前者通过MES(制造执行系统)管理，后者是通过ERP(管理信息系统)来管理。最初，这两个系统是相互独立工作的，会造成信息孤岛。当企业管理者为消除这个信息断层时，往往会遇到一个共性的问题：缺乏底层技术的支持，不仅体现为上层的经营计划流程难以向现场延伸，也体现为现场的执行数据难以往上传递。由于这种信息断层，冲压企业不得不通过手工抄数、纸质报表的形式实现上下游的沟通，造成冲压企业排产混乱、工作人员效率低下、资源浪费严重等困境。现有的现场控制器大多是自动化公司开发的常规控制器，该方案以STM32系列的MCU为控制核心，实现数据采集，网络通讯，人机交互等功能。硬件上是将系统硬件分为底板和功能模块两大部分，底板是各功能模块的公共部分，提供各种功能模块插槽；各个功能模块设计成板卡的形式，并插入底板中；软件设计上，应用程序不依赖于操作系统运行，采用模块化设计，可以根据现场需求配置各种功能板卡，具有一定的裁剪灵活性，因此该种架构方案在工业现场应用很广泛。缺点也是显而易见的，现场的生产设备种类规格不尽相同，需要大量不同的数据采集接口，工控机本身接口不足，就需要外扩很多的接口卡，这样使得成本更高，兼容性也得不到保证。该方案的主控核心是单片机，内部资源比较少，难以嵌入操作系统，对工业现场的适应性相对较差；而且工业现场有很多的电磁干扰，一旦程序跑飞，整个系统会瘫痪，稳定性不高。这些控制器在某些特定的场合能够符合MES的要求，但是由于其自身构架或是设计的局限，无法满足冲压行业执行制造系统的要求，严重制约MES在冲压行业的普遍应用。
技术实现思路
为冲压车间的相关信息实现透明化，解决冲压行业MES的瓶颈，本专利技术提供一种于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统。本专利技术提供一种基于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统，包括：核心模块，包括连接的微处理器工作电路、复位电路、存储管理电路和JTAG调试接口电路；扩展模块，包括连接的开关量输入输出接口电路，串行接口通信电路，USB接口电路，以太网接口电路和LCD显示电路；运行模块，以嵌入式Linux操作系统搭建嵌入式QT运行环境，运行QT应用程序；其中，所述运行模块和所述核心模块用于对所述扩展模块采集的数据进行存储,并完成数据信息的处理运算和上传。本系统提出的基于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统已经投入使用，实现了Linux设备驱动程序开发与Qt_Embedded应用程序开发的结合。通过实际应用表明，本系统使得冲压车间的相关信息实现了透明化，解决了冲压行业MES的瓶颈。附图说明图1为本专利技术的冲压车间数据采集系统的系统架构图；图2为本专利技术的冲压车间数据采集系统的一个实施例的系统硬件框图；图3为本专利技术的冲压车间数据采集系统的一个实施例的开关量输入通道电路；图4为本专利技术的冲压车间数据采集系统的一个实施例的界面操作流程图；图5为本专利技术的冲压车间数据采集系统的一个实施例的员工信息处理算法；图6为本专利技术的冲压车间数据采集系统的一个实施例的产品信息处理算法流程；图7为本专利技术的冲压车间数据采集系统的一个实施例的企业应用成果比对。具体实施例冲压车间的生产过程是给冲压机上好模具，通过电动机驱动飞轮，并通过离合器，传动齿轮带动曲柄连杆机构使滑块上下运动，使钢板在模具里直接受到变形力并变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的加工件。如图1所示，在冲压车间的生产过程涉及产品生产的各个环节，而无论是员工信息，产品信息，机器信息、产品加工进度、还是任务派发等都涉及到大量的数据。面对如此大的生产数据信息，现场控制器需要具有准确采集生产数据并上传的功能。用户通过友好的人机交互界面清晰直观查看现场的生产设备信息，并且可以通过网络通讯模块与与上位机进行直接的信息交流。随着现场控制器功能的复杂性增加，软硬件的要求也越来越高，为了系统的稳定性和开发的快捷性，该系统是在嵌入式Linux操作系统平台上进行的任务调度和管理系统资源。本专利技术使得采集系统与嵌入式系统的应用范围进一步扩大，具有较高的通用性。结合现有方案的优缺点以及冲压行业的特点，提出了一种全新的现场数据采集控制器方案，现场控制器总体设计分为硬件电路设计和软件设计两部分。硬件电路部分主要由核心模块和扩展模块两个部分组成,这种设计提高了系统设计的灵活性。现场控制器由核心模块和扩展模块两部分构成，核心模块指的是可以运行嵌入式系统的所需的最小系统，其余的外设设备都是在扩展模块上实现的。同时现场控制器也是整个数据采集系统比较核心的一部分。系统硬件框图如图2所示，核心模块主要由微处理器工作电路、复位电路、存储管理电路、JTAG调试接口电路、LED指示灯以及底板供电电路等组成。扩展模块主要是其它的功能接口，主要是开关量输入输出接口电路，串行接口通信电路(实施例之中可以选择为工业RS232接口电路)，USB接口电路，以太网接口电路，LCD显示电路，以及系统供电电路等。微处理器CPU是整个系统的核心单元，是使整个系统正常工作的关键所在。本专利技术所用到的微处理器CPU是三星公司生产的ARM9系列芯片S3C2440，其高性能体现在ARM920T核实现MMU和Harvard高速缓冲体系结构(由16KB地址和16KB数据高速Cache组成)，主频400MHZ，该芯片同时满足低价格、低功耗的设计要求，而且支持Linux系统的移植。在为冲压行业设计的现场控制器中，数据采集和外部控制常常以逻辑输入和逻辑处理结果为判断依据。在这些环节常有大量的开关量输入到现场控制器接口，同样现场控制器也经常需要输出开关量以控制外围设备。由于工业现场工作环境一般较为恶劣，干扰源非常多，输入开关量电压值会发生突变，不仅电压波动范围比较大，而且电压也会很高。若对开关量处理不当，轻则造成控制器判断失误、控制失常，造成生产管理混乱；重则通过开关量接口引入高电压、大电流直接烧毁现场控制器。本系统设计的现场控制器一共有4路开关量输入通道，所有从外部输入的开关量信号都应通过光电耦合器再送入控制器，如图3所示。为了方便维护，本设计中采用了4片单路的光电耦合器实现了S3C2440处理器4个GPIO引脚的电平输入功能。电路中选用的光电耦合器型号是TLP627，这款光电耦合器具有数据传输速度快，时序精度高和瞬态共模抑制能力强的特点。冲压机的控制系统主要以PLC为核心，在冲压过程之中，开关量输入接口电路通过捕获冲压机控制板上的PLC控制脉冲信号来获取生产数据，并将该生产数据转译为实时状态信息、冲压生产计数、冲压时间、耗电量等等。同时通过以太网接口电路将这些信息通过车间网络传送给上位机数据库管理服务器，服务器接收这些数据，然后根据模具编号和员工编号分别查询数据库中的模具清单和员工清单，读取其中的一些信息以结合员工计数、上岗时间、运行时间、停机时间等数据生成一条生产记录并存储于数据库管理服务器，该生产记录会根据上传的数据进行实时更新。开关量输出接口电路用来控制用户指示灯的动作，根据冲压机的运行状态显示不同颜色的指示灯。指示灯包括绿色指示灯、黄色本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统，其特征在于，包括：核心模块，包括连接的微处理器工作电路、复位电路、存储管理电路和JTAG调试接口电路；扩展模块，包括连接的开关量输入输出接口电路，串行接口通信电路，USB接口电路，以太网接口电路和LCD显示电路；运行模块，以嵌入式Linux操作系统搭建嵌入式QT运行环境，运行QT应用程序；其中，所述运行模块和所述核心模块用于对所述扩展模块采集的数据进行存储,并完成数据信息的处理运算和上传。

【技术特征摘要】
1.一种基于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统，其特征在于，包括：核心模块，包括连接的微处理器工作电路、复位电路、存储管理电路和JTAG调试接口电路；扩展模块，包括连接的开关量输入输出接口电路，串行接口通信电路，USB接口电路，以太网接口电路和LCD显示电路；运行模块，以嵌入式Linux操作系统搭建嵌入式QT运行环境，运行QT应用程序；其中，所述运行模块和所述核心模块用于对所述扩展模块采集的数据进行存储,并完成数据信息的处理运算和上传。2.根据权利要求1所述的基于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统，其特征在于：所述串行接口通信电路是工业RS232接口电路，用于RFID读卡器与现场控制器的数据通讯。3.根据权利要求1所述的基于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统，其特征在于：所述运行QT程序之中，包括以下步骤：如果当前存在员工条码，又接收到了新的员工打卡请求，将当前存在员工的模具计数、在岗时间等相关信息保存好，并通过无线网络发给数据库管理服务器，再进行新的员工上班的操作。4.根据权利要求1所述的基于嵌入式Linux的冲压车间数据采集系统，其特征在于：所述运行QT程序之中，包括以下步骤：把当前的模具条码放在数据缓冲区里面；当接收到...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹兵，汪暾，张立平，吴宝健，王志平，鲁遥遥，
申请(专利权)人：广东省智能制造研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44