PLC 工业智能网关在包装制造企业数据采集的应用解决方案 - 北京云海游戏科技股份有限公司

PLC 工业智能网关在包装制造企业数据采集的应用解决方案

发布日期：

2024-12-06

一、行业背景

包装制造业在现代工业体系中占据着极为重要的地位，它犹如产品走向市场的 “保护神” 与 “形象大使”。在当今全球化的商业环境下，包装制造企业面临着诸多挑战与机遇。随着消费者需求的日益多样化和市场竞争的白热化，企业必须在保证产品包装质量的同时，不断提升生产效率、降低成本并优化管理决策。

在包装制造的生产流程中，涵盖了从原材料的输入、加工处理、包装成型到成品输出等多个复杂环节。例如，在食品包装生产线上，首先是原材料如纸张、塑料薄膜等的供应环节，这些原材料需要经过严格的质量检测后进入加工环节。在加工环节，可能涉及印刷、切割、折叠、粘合等多种工艺操作，每一道工艺都有其特定的设备和参数要求。最后，经过包装成型的产品还需要进行质量抽检、标识打印等操作才能成为合格的成品出厂。整个生产过程涉及大量的设备、工艺和人员协作，是一个高度复杂且精细化的系统工程。

从技术发展的角度来看，包装制造行业正处于数字化转型的浪潮之中。传统的包装制造企业往往依赖人工经验和简单的机械自动化设备，这种生产模式在面对日益增长的个性化定制需求和高效生产要求时逐渐力不从心。随着物联网、大数据、人工智能等新兴技术的快速发展，为包装制造企业的智能化升级提供了强大的技术支撑。其中，PLC作为工业自动化控制的核心设备，在包装生产线的设备控制、工艺参数调节等方面发挥着关键作用。而 PLC 工业智能网关的出现，则进一步为包装制造企业的数据采集、设备联网和智能化管理提供了有效的解决方案，成为推动行业数字化转型的重要力量。

二、企业遇到的问题

（一）数据采集难题

设备兼容性问题

包装制造企业通常会使用多种不同品牌、不同型号的设备，这些设备可能来自不同的供应商，其通信协议和接口标准千差万别。例如，部分老旧设备可能仅支持串口通信，且采用的是特定厂家的私有协议；而一些新型设备则可能具备以太网接口，采用通用的工业以太网协议如 PROFINET、ETHERNET/IP 等。这就导致在进行数据采集时，难以找到一种统一的方法来连接和获取所有设备的数据，企业往往需要针对不同设备开发专门的数据采集程序，增加了开发成本和维护难度。

数据采集范围局限

许多企业在数据采集过程中，仅能获取设备的部分基本数据，如设备的运行状态（启动、停止、故障等）和一些简单的工艺参数（如温度、压力、速度等）。对于一些深层次的设备数据，如设备内部的零部件磨损情况、电机的电流和电压波动细节、控制系统的详细报警信息等，难以进行有效的采集。这使得企业在进行设备维护、故障诊断和生产优化时缺乏足够的数据依据，无法深入挖掘设备的潜在问题和生产过程中的优化空间。

（二）设备联网困境

网络架构混乱

随着企业规模的扩大和设备数量的增加，包装制造企业内部的网络架构往往变得十分复杂。不同车间、不同生产线的设备可能连接在不同的局域网中，这些局域网之间的通信可能受到防火墙、路由器等网络设备的限制，导致设备之间的数据传输不畅。此外，部分企业在网络建设初期缺乏整体规划，网络拓扑结构不合理，存在单点故障风险，一旦某个网络节点出现问题，可能会影响整个生产线甚至整个工厂的设备联网和数据交互。

远程监控与管理困难

在传统的设备联网模式下，企业管理人员往往只能在工厂内部的局域网环境下对设备进行监控和管理。当管理人员需要在外出差或者远程办公时，难以实时获取设备的运行数据和状态信息，无法及时对设备故障进行预警和处理。这不仅降低了企业的管理效率，还可能因设备故障得不到及时处理而导致生产中断，给企业带来经济损失。

（三）数据利用与决策困境

数据孤岛现象严重

由于数据采集和设备联网的不顺畅，包装制造企业内部的数据往往分散存储在各个设备控制系统、生产管理系统和数据库中，形成了一个个数据孤岛。这些数据孤岛之间缺乏有效的数据共享和交互机制，企业难以将不同来源的数据进行整合分析，无法从全局角度把握生产运营状况。例如，生产部门的数据无法及时与质量控制部门的数据进行关联分析，导致在产品质量出现问题时，难以快速定位问题根源并采取有效的改进措施。

数据分析能力不足

即使企业能够采集到大量的设备和生产数据，但由于缺乏专业的数据分析人才和有效的数据分析工具，往往无法对这些数据进行深度挖掘和分析。企业通常只能进行一些简单的数据统计和报表生成工作，如设备故障率统计、产量报表等，无法利用大数据分析技术建立设备故障预测模型、生产质量控制模型等高级应用，难以将数据转化为有价值的决策信息，从而无法充分发挥数据在企业生产运营管理中的作用。

三、解决方案

（一）PLC 工业智能网关的功能特性

多协议转换与统一接入

PLC 工业智能网关具备强大的协议转换能力，能够支持多种常见的工业通信协议，如 MODBUS、OPC UA、PROFINET、ETHERNET/IP 等。无论是老旧设备的串口协议还是新型设备的以太网协议，网关都可以将其转换为统一的标准协议（如 MQTT 协议），实现不同设备的数据统一接入。例如，对于一台采用 MODBUS RTU 串口协议的包装机械和一台采用 PROFINET 协议的自动化检测设备，PLC 工业智能网关可以分别与它们建立连接，将 MODBUS RTU 协议数据转换为 MQTT 协议数据，将 PROFINET 协议数据也转换为 MQTT 协议数据，然后将这些数据发送到企业的数据中心或者云平台，从而解决了设备兼容性问题，大大简化了数据采集的过程。

深度数据采集功能

该网关不仅能够采集设备的基本运行数据和工艺参数，还具备深度数据采集能力。它可以通过与设备的控制系统进行深度交互，获取设备内部的详细信息。例如，网关可以采集到包装设备中电机的实时电流、电压、功率因数等电气参数，以及设备的控制系统日志、故障报警代码的详细解释等信息。这些深度数据能够为企业的设备维护人员提供更全面、更准确的设备状态信息，有助于提前发现设备潜在故障，制定合理的维护计划，降低设备维修成本。

PLC 工业智能网关在包装制造企业数据采集的应用解决方案

（二）基于 PLC 工业智能网关的设备联网方案

构建灵活的网络拓扑结构

利用 PLC 工业智能网关，可以构建一种灵活、可靠的企业网络拓扑结构。网关作为设备层与网络层之间的连接枢纽，可以将各个车间、生产线的设备连接到企业的骨干网络中。例如，在一个大型包装制造企业中，可以在每个车间设置一个或多个 PLC 工业智能网关，将车间内的包装设备、检测设备、输送设备等连接到网关，然后通过网关将数据传输到企业的中心机房或者云平台。这种网络拓扑结构可以根据企业的实际需求进行灵活扩展，当企业新增设备或者生产线时，只需将新设备连接到相应的网关即可，无需对整个网络架构进行大规模调整，有效降低了网络建设和维护成本。

实现远程监控与管理

PLC 工业智能网关支持通过互联网进行远程数据传输，企业管理人员可以通过手机、平板电脑或者电脑等终端设备，在任何有网络连接的地方登录到企业的数据中心或者云平台，实时查看设备的运行数据和状态信息。例如，当企业的包装生产线在夜间运行时，如果某个设备出现故障，网关会立即将故障信息发送到云平台，管理人员可以通过手机接收到故障报警通知，并远程查看设备的详细故障信息，如故障发生的时间、故障代码、设备当前的运行参数等。管理人员可以根据这些信息，远程指挥现场工作人员进行故障处理，或者直接联系设备维修人员进行维修准备工作，大大提高了企业的设备管理效率和应急响应能力。

（三）数据整合与分析利用方案

打破数据孤岛，实现数据整合

PLC 工业智能网关将采集到的设备数据统一传输到企业的数据中心或者云平台后，可以通过数据集成工具将这些数据与企业的其他生产管理数据（如订单数据、库存数据、人员数据等）进行整合。例如，将包装设备的生产数据与订单管理系统中的订单信息进行关联，企业可以清楚地了解到每个订单的生产进度、产品质量情况等信息。通过建立数据仓库或者数据湖等数据存储架构，将整合后的数据进行集中存储和管理，为企业的数据分析和应用提供统一的数据来源，有效打破了数据孤岛现象。

建立数据分析模型，提升决策能力

利用整合后的数据，企业可以借助大数据分析工具和人工智能算法建立各种数据分析模型。例如，建立设备故障预测模型，通过对设备的历史运行数据、维护记录、故障数据等进行分析，预测设备可能发生故障的时间和类型，提前安排设备维护工作，减少设备突发故障对生产的影响；建立生产质量控制模型，通过对原材料数据、工艺参数数据、产品质量检测数据等进行分析，找出影响产品质量的关键因素，优化生产工艺参数，提高产品质量稳定性。这些数据分析模型能够为企业的生产运营决策提供科学依据，帮助企业优化资源配置、提高生产效率、降低成本、提升市场竞争力。

PLC 工业智能网关在包装制造企业的数据采集、设备联网和数据利用等方面具有极为重要的应用价值。通过采用 PLC 工业智能网关解决方案，包装制造企业能够有效解决当前面临的诸多问题，实现数字化转型和智能化升级，在激烈的市场竞争中立于不败之地。

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