樹根互聯(lián)教育《工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用》以技術(shù)積累與行業(yè)實踐經(jīng)驗賦能人才培養(yǎng)項目一采集工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)任務(wù)四配置工業(yè)網(wǎng)關(guān)的南向參數(shù)>>賽項組成賦能萬物，連接未來01020304任務(wù)說明知識準(zhǔn)備任務(wù)實施課后思考任務(wù)描述上一個任務(wù)中，工業(yè)網(wǎng)關(guān)已經(jīng)安裝完成，本任務(wù)需要項目實施工程師根據(jù)安裝的網(wǎng)關(guān)，在相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)軟件中進行配置，使網(wǎng)關(guān)能與設(shè)備正常通信，能正確采集到設(shè)備中的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。知識導(dǎo)圖任務(wù)目標(biāo)知識目標(biāo)熟悉MQTT協(xié)議；了解物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議；了解西門子S7通信協(xié)議；技能目標(biāo)能安裝網(wǎng)關(guān)配置軟件并更新系統(tǒng)組件；能在網(wǎng)關(guān)配置軟件中創(chuàng)建項目、工程、通道、設(shè)備；能配置采集點數(shù)據(jù)；能配置網(wǎng)關(guān)與平臺的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)內(nèi)容；素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生從項目整體考慮規(guī)劃的全局觀；培養(yǎng)學(xué)生動手實踐的能力。培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作、規(guī)范命名的工作習(xí)慣；賽項組成賦能萬物，連接未來01020304任務(wù)說明知識準(zhǔn)備任務(wù)實施課后思考1.西門子S7通信協(xié)議S7通信協(xié)議是西門子S7系列PLC內(nèi)部集成的一種通信協(xié)議，其PLC設(shè)備可以通過該協(xié)議進行通信和數(shù)據(jù)交換，它是一種運行在傳輸層之上的（會話層/表示層/應(yīng)用層）、經(jīng)過特殊優(yōu)化的通信協(xié)議，如圖1-4-1所示；其信息傳輸可以基于MPI網(wǎng)絡(luò)、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)或者以太網(wǎng)。1.西門子S7通信協(xié)議S7通信協(xié)議支持兩種方式：①基于客戶端（Client）/服務(wù)器（Server）的單邊通信該模式是最常用的通信方式，也稱作S7單邊通信。在該模式中，只需要在客戶端一側(cè)進行配置和編程；服務(wù)器一側(cè)只需要準(zhǔn)備好需要被訪問的數(shù)據(jù)，不需要任何編程（服務(wù)器的“服務(wù)”功能是硬件提供的，不需要用戶軟件的任何設(shè)置）。1.西門子S7通信協(xié)議S7通信協(xié)議支持兩種方式：②基于伙伴（Partner）/伙伴（Partner）的雙邊通信也稱為S7雙邊通信，或稱為客戶端（Client）—客戶端（Client）模式。該通信方式有如下幾個特點：通信雙方都需要進行配置和編程；通信需要先建立連接。主動請求建立連接的是主動伙伴（Active-Partner），被動等待建立連接的是被動伙伴（PassivePartner）；當(dāng)通信建立后，通信雙方都可以發(fā)送或接受數(shù)據(jù)；其中客戶端（Client）只發(fā)出命令進行查詢，服務(wù)端（Server）只對命令進行回饋，同伴（Parner）可以同時發(fā)出或響應(yīng)命令[13]。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304任務(wù)說明知識準(zhǔn)備任務(wù)實施課后思考1.安裝網(wǎng)關(guān)配置軟件（1）以管理員身份運行教材配套資源中的“GBox開發(fā)系統(tǒng)”安裝包，如圖1-4-2所示。按照安裝向?qū)?，一步一步往下操作，直至安裝完成。1.安裝網(wǎng)關(guān)配置軟件（2）安裝完成之后，會在桌面出現(xiàn)如圖1-4-3所示的“GBox開發(fā)系統(tǒng)”“GBox網(wǎng)管系統(tǒng)”2個圖標(biāo)。2.更新軟件系統(tǒng)組件（1）打開“GBox開發(fā)系統(tǒng)”工具，打開后界面如圖1-4-4所示。2.更新軟件系統(tǒng)組件（2）單擊“幫助”標(biāo)簽，在下拉菜單中，選擇“檢查更新(U)”，會彈出來“升級服務(wù)”的對話框，如圖1-4-5所示。2.更新軟件系統(tǒng)組件（3）如圖1-4-6所示，在“升級服務(wù)”對話框中，切換為“在線組件庫”選項卡，勾選“全選”復(fù)選框，單擊“安裝選中組件”標(biāo)簽。2.更新軟件系統(tǒng)組件（4）在彈出來的“提示”框中，單擊“是(Y)”按鈕，完成對選中組件的更新，如圖1-4-7所示。2.更新軟件系統(tǒng)組件（5）完成更新后，狀態(tài)欄會顯示“100.00”，如圖1-4-8所示。3.創(chuàng)建項目及工程在“工程管理”窗口中點擊右鍵，選擇右鍵列表的“新建項目”；彈出來“項目”對話框，輸入自定義名稱和描述，單擊“確定”按鈕；完成項目的創(chuàng)建；如圖1-4-9所示。（1）新建項目3.創(chuàng)建項目及工程說明：本書使用的網(wǎng)關(guān)軟件，工程表示多個配置文件構(gòu)成的文件夾。選中“工業(yè)數(shù)據(jù)采集”項目，點擊右鍵，在右鍵列表中選擇“新建工程”；彈出來“工程-新建”對話框中，輸入自定義名稱，其他內(nèi)容不需更改，最后單擊“OK”按鈕，完成工程的創(chuàng)建；如圖1-4-10所示。（2）新建工程4.采集服務(wù)：創(chuàng)建通道及設(shè)備步驟1：展開“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)工作站”工程的列表，選中“采集服務(wù)”，點擊右鍵，選中右鍵菜單中的“新建通道”，如圖1-4-11所示。（1）新建通道說明：“通道”屬于本書使用的網(wǎng)關(guān)軟件中的專有名詞，分為：采集、轉(zhuǎn)發(fā)、級聯(lián)、虛擬通道等。主要表示傳送信息和數(shù)據(jù)的通路，協(xié)助控制、管理外部設(shè)備。通道有特定的協(xié)議，通過各種接口，如：串口（RS232/RS485），以太網(wǎng)（TCP/IP，UDP/IP），CAN，GPRS等，與生產(chǎn)現(xiàn)場底層設(shè)備進行連接。4.采集服務(wù)：創(chuàng)建通道及設(shè)備步驟2：在彈出來的“通道”對話框中，輸入自定義名稱，單擊規(guī)約后的“…”標(biāo)簽，如圖1-4-12所示。（1）新建通道4.采集服務(wù)：創(chuàng)建通道及設(shè)備步驟3：在彈出來的“請選擇驅(qū)動”對話框中，選擇PLC列表下的“SIMENSS7(PLC:200\300\400\1200\1500)”，單擊“確定”按鈕完，如圖1-4-13所示。（1）新建通道4.采集服務(wù)：創(chuàng)建通道及設(shè)備步驟4：完成通道配置的界面，“端口”選擇“虛擬通道”，其他配置無需更改，如圖1-4-14所示；（1）新建通道4.采集服務(wù)：創(chuàng)建通道及設(shè)備步驟4：端口的其他選項說明如表1-4-1所示。；（1）新建通道端口選項說明串口串行接口是指數(shù)據(jù)一位位地順序傳送，其特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現(xiàn)雙向通信，并可以利用電話線，從而大大降低了成本，特別適用于遠距離通信，但傳送速度較慢。TCP客戶端作為TCP連接的發(fā)起者，主動與提供數(shù)據(jù)服務(wù)的服務(wù)器進行連接。有兩種模式：TCP客戶端（一個通道接一個設(shè)備），TCP客戶端多設(shè)備（一個通道接多個設(shè)備）TCP服務(wù)器作為TCP連接的監(jiān)聽者，監(jiān)聽端口等待客戶端的連接。UDP采用UDP/IP協(xié)議方式與對端進行通信。并口/CAN一種現(xiàn)場總線接口。供高達1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速。虛擬通道為SymLink程序內(nèi)部使用的一種通道。無需配置。4.采集服務(wù)：創(chuàng)建通道及設(shè)備步驟1：選中“通道S7-1200PLC”，點擊右鍵，在右鍵列表中選擇“新建設(shè)備”選項，如圖1-4-15所示。（2）新建設(shè)備說明：此處的設(shè)備指帶通信接口的設(shè)備、模塊或系統(tǒng)。4.采集服務(wù)：創(chuàng)建通道及設(shè)備步驟2：在彈出的“設(shè)備”對話框中，輸入自定義名稱，本示例使用“PLC001”，其他設(shè)置無需更改，單擊“確定”按鈕，完成設(shè)備的創(chuàng)建；如圖1-4-16所示。（2）新建設(shè)備4.采集服務(wù)：創(chuàng)建通道及設(shè)備步驟3：創(chuàng)建完成設(shè)備后，需要在設(shè)備的“高級參數(shù)”中，配置地址、端口、槽號信息。本示例使用的設(shè)備地址為；端口號固定為102；槽號為1；其他信息無需更改；如圖1-4-17所示。（2）新建設(shè)備4.采集服務(wù)：創(chuàng)建通道及設(shè)備注：不同項目需要根據(jù)企業(yè)客戶的設(shè)備實際地址和端口進行配置，由企業(yè)客戶的工程師提供，不可直接套用。本示例使用的是PLC設(shè)備，故從博圖軟件中讀取該PLC項目文件的地址和槽號信息，在博圖軟件中的信息如圖1-4-18和圖1-4-19所示。（2）新建設(shè)備4.采集服務(wù)：創(chuàng)建通道及設(shè)備注：不同項目需要根據(jù)企業(yè)客戶的設(shè)備實際地址和端口進行配置，由企業(yè)客戶的工程師提供，不可直接套用。本示例使用的是PLC設(shè)備，故從博圖軟件中讀取該PLC項目文件的地址和槽號信息，在博圖軟件中的信息如圖1-4-18和圖1-4-19所示。（2）新建設(shè)備5.采集服務(wù)：新建數(shù)據(jù)采集點（1）把設(shè)備配置的標(biāo)簽切換到“IO點參數(shù)”中，在編輯窗口點擊右鍵，選擇右鍵菜單中的“新建IO點”選項；如圖1-4-20所示。說明：本書中的IO點是對所采集的底層設(shè)備（如PLC，智能設(shè)備，儀表等）中的信號的映射。通過IO點的名稱、描述等屬性，可以準(zhǔn)確的表達所采集的底層設(shè)備（如PLC，智能設(shè)備，儀表等）中的信號（如溫度，壓力等）。5.采集服務(wù)：新建數(shù)據(jù)采集點（2）在彈出來的“IO數(shù)據(jù)點-新建”對話框中，名稱和描述可自定義輸入，本示例采集的IO數(shù)據(jù)點是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工作站的啟動信號數(shù)據(jù)，名稱輸入“StartSignal”；描述輸入“工作站啟動信號”，配置內(nèi)容如圖1-4-21所示；其他IO點請對應(yīng)梳理完成的表1-2-4進行創(chuàng)建。5.采集服務(wù)：新建數(shù)據(jù)采集點說明：①表1-2-4中采集點地址“%I0.0”的“I”對應(yīng)的是圖1-4-21中的“區(qū)域”，“I”與“.”之間的數(shù)字對應(yīng)的是“地址”，“.”后的數(shù)字對應(yīng)的是“位偏移”，如圖1-4-22所示；如果信息是存儲在PLC的數(shù)據(jù)寄存器DB中，則還需填寫Db.Numb。點類型描述模擬量模擬量是指變量在一定范圍連續(xù)變化的量；也就是在一定范圍（定義域）內(nèi)可以取任意值。數(shù)字量數(shù)字量是分立量不是連續(xù)變化量只能取幾個分立值二進制數(shù)字變量只能取兩個值。信號量信號量是一個非負(fù)整數(shù)（車位數(shù)），所有通過它的線程/進程（車輛）都會將該整數(shù)減一（通過它當(dāng)然是為了使用資源），當(dāng)該整數(shù)值為零時，所有試圖通過它的線程都將處于等待狀態(tài)。電能量累積量的一種具體表現(xiàn)形式。字符量用來存儲字符的一種變量遙控量數(shù)據(jù)下置的一種點類型數(shù)據(jù)塊是一組按順序連續(xù)排列在一起的幾組記錄。數(shù)據(jù)塊的大小可以是固定的或是可變的，塊與塊之間有間隙。事件點存儲設(shè)備事件信息的一種點類型設(shè)備點存儲設(shè)備狀態(tài)信息的一種點類型圖1-4-22②區(qū)域：I表示PLC的輸入信號；Q表示PLC的輸出信號；M表示輔助繼電器內(nèi)部信號；DB表示數(shù)據(jù)塊；C表示計數(shù)器；T表示計時器；C2和T2為PLC200-Smart系列使用。表1-4-25.采集服務(wù)：新建數(shù)據(jù)采集點（3）按照上一步的操作方式，創(chuàng)建其他IO采集點，圖1-4-23所示是按照表1-4-2的采集點，示例創(chuàng)建了6個IO點。圖1-4-235.采集服務(wù)：新建數(shù)據(jù)采集點（4）配置完成采集信息之后，注意要單擊“保存”按鈕，如圖1-4-24所示。說明：在網(wǎng)關(guān)軟件配置中，為了便于備份及多次復(fù)用，可以采用批量導(dǎo)出導(dǎo)入采集點的功能，以提升項目實施的工作效率。5.采集服務(wù)：新建數(shù)據(jù)采集點批量導(dǎo)出采集點：在“工程管理”窗口，選中需要批量導(dǎo)出采集點的設(shè)備，點擊右鍵，在右鍵菜單中選擇“導(dǎo)出點（csv格式）…”，如圖1-4-25所示；5.采集服務(wù)：新建數(shù)據(jù)采集點選擇存放地址，并單擊“保存”按鈕，即可完成導(dǎo)出操作，如圖1-4-26所示。5.采集服務(wù)：新建數(shù)據(jù)采集點批量導(dǎo)入采集點：在“工程管理”窗口，選中需要批量導(dǎo)出采集點的設(shè)備，點擊右鍵，在右鍵菜單中選擇“導(dǎo)入點（csv格式）…”，如圖1-4-27所示；5.采集服務(wù)：新建數(shù)據(jù)采集點找到導(dǎo)入文件所在的存放地址，選中文件后單擊“打開”按鈕，即可完成導(dǎo)入操作，如圖1-4-28所示。6.下載工程（1）新建測試設(shè)備步驟1：切換到“設(shè)備維護”標(biāo)簽，如圖1-4-29所示。6.下載工程（1）新建測試設(shè)備步驟2：選擇“設(shè)備列表”，點擊右鍵菜單的“新建”選項，如圖1-4-30所示。6.下載工程（1）新建測試設(shè)備步驟3：在彈框中，名稱可自定義，本示例輸入“PLC001”，IP輸入“00”（此處的IP需要對應(yīng)工業(yè)網(wǎng)關(guān)配置網(wǎng)口1的地址），端口使用默認(rèn)的“9200”，單擊“確定”完成修改，如圖1-4-31所示。6.下載工程（2）登錄測試設(shè)備步驟1：雙擊打開“新設(shè)備：PLC001{00}”，會彈出如圖1-4-32所示的“遠程維護”窗口。說明：此步驟需在GBox網(wǎng)關(guān)通電運行且與電腦處于通信狀態(tài)下操作。6.下載工程（2）登錄測試設(shè)備步驟2：電腦連接到GBox設(shè)備后，使用默認(rèn)的用戶名Admin（密碼為空）登錄設(shè)備。進入遠程維護主界面。單擊“登錄”按鈕，如圖1-4-33所示。6.下載工程（3）更新設(shè)備工程步驟1：①單擊“更新工程”按鈕，會彈出來選擇需要更新的“工程文件”彈窗，②單擊彈窗中工程后的“…”標(biāo)簽，如圖1-4-34所示。6.下載工程（3）更新設(shè)備工程步驟2：選擇彈窗中的想要更新到GBox網(wǎng)關(guān)的工程，本示例選擇“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)工作站”工程，單擊“確定”按鈕，如圖1-4-35所示。6.下載工程（3）更新設(shè)備工程步驟3：工程選擇后的界面列出了相關(guān)的程序和工程配置，給出了本地版本和遠程版本（連接的GBox網(wǎng)關(guān)中的版本）的對比。工程默認(rèn)會被勾選，且不能取消，如內(nèi)核程序的本地版本高于GBox中的版本，默認(rèn)也被勾選上，可去除勾選，單擊“確定”按鈕完成選擇，如圖1-4-36所示。6.下載工程（3）更新設(shè)備工程步驟4：完成更新之后的界面如圖1-4-37所示。工程更新完成后，GBox會自動重啟，新的工程生效，整個過程大于10秒鐘。7.檢查設(shè)備數(shù)據(jù)（1）登錄GBox網(wǎng)管系統(tǒng)步驟1：單擊打開桌面上的“GBox網(wǎng)管系統(tǒng)”圖標(biāo)，如圖1-4-38所示。7.檢查設(shè)備數(shù)據(jù)（1）登錄GBox網(wǎng)管系統(tǒng)步驟2：登陸后如圖1-4-39所示；7.檢查設(shè)備數(shù)據(jù)（1）登錄GBox網(wǎng)管系統(tǒng)步驟2：雙擊打開設(shè)備列表，在出現(xiàn)的設(shè)備數(shù)據(jù)庫中，單擊“PLC001設(shè)備”，如圖1-4-40所示。7.檢查設(shè)備數(shù)據(jù)（1）登錄GBox網(wǎng)管系統(tǒng)步驟3：操作設(shè)備上對應(yīng)的按鈕，以便產(chǎn)生信號，并對比“GBox網(wǎng)管系統(tǒng)”上對應(yīng)數(shù)據(jù)是否與操作結(jié)果一致。如圖1-4-41所示，按下設(shè)備上的啟動按鈕，啟動信號為“1”；7.檢查設(shè)備數(shù)據(jù)（1）登錄GBox網(wǎng)管系統(tǒng)步驟3：對比圖1-4-42所示的StartSignal（工作站啟動信號）數(shù)據(jù)，其當(dāng)前值也對應(yīng)變化為“1”，則說明GBox網(wǎng)關(guān)準(zhǔn)確采集了設(shè)備數(shù)據(jù)。7.檢查設(shè)備數(shù)據(jù)（1）登錄GBox網(wǎng)管系統(tǒng)步驟4：按照步驟3的操作方法，檢查其他采集點的數(shù)據(jù)當(dāng)前值是否與當(dāng)前實際操作結(jié)果一致。如果不一致，則需檢查IO采集點的地址是否配置正確。在實際工業(yè)現(xiàn)場中，每個采集點都需要一一檢查，確保網(wǎng)關(guān)采集到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304任務(wù)說明知識準(zhǔn)備任務(wù)實施課后思考掃碼獲取更多資訊樹根互聯(lián)教育《工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用》以技術(shù)積累與行業(yè)實踐經(jīng)驗賦能人才培養(yǎng)緒論工業(yè)數(shù)據(jù)采集概述賽項組成賦能萬物，連接未來01020304工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)0.1工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《工業(yè)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)業(yè)研究報告2018》中，對工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義為：利用泛在感知技術(shù)對多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、運營環(huán)境、人等要素信息進行實時高效采集和云端匯聚。0.1工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集對應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構(gòu)中的邊緣層，如圖0-1所示。通過各類通信手段接入不同設(shè)備、系統(tǒng)和產(chǎn)品，采集大范圍、深層次的工業(yè)數(shù)據(jù)，以及異構(gòu)數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換與邊緣處理，構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)可以加速業(yè)務(wù)場景交互，推進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造升級。工業(yè)數(shù)據(jù)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，類似于給生產(chǎn)制造配上了“大腦”，使之靈活應(yīng)對各種業(yè)務(wù)場景。通過分析整合產(chǎn)品數(shù)據(jù)、制造設(shè)備數(shù)據(jù)、訂單數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的其他數(shù)據(jù)，顯著提升了生產(chǎn)控制的準(zhǔn)確性，大幅增強了生產(chǎn)制造的柔性化水平和協(xié)調(diào)度。0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義通過智能數(shù)控設(shè)備、傳感識別技術(shù)、制造執(zhí)行系統(tǒng)等先進的數(shù)字裝備與管控技術(shù)，實時采集生產(chǎn)制造過程中的工業(yè)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)過程的“誘明化”運行，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)過程的智能化。0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)融入設(shè)備，將設(shè)備運行狀態(tài)透明化，有助于設(shè)備故障診斷和運行優(yōu)化。在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方面，實時采集溫度、電壓、電流等工業(yè)數(shù)據(jù)，可以直觀展示設(shè)備實時的運行狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備全面、實時、精確的狀態(tài)感知。0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)融入設(shè)備，將設(shè)備運行狀態(tài)透明化，有助于設(shè)備故障診斷和運行優(yōu)化。在設(shè)備故障診斷方面，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對設(shè)備工作日志、歷史故障、運行軌跡、實時位置等海量工業(yè)數(shù)據(jù)進行挖掘分析，基于知識庫和自學(xué)習(xí)機制建立故障智能診斷模型，實現(xiàn)設(shè)備故障精準(zhǔn)定位。0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)融入設(shè)備，將設(shè)備運行狀態(tài)透明化，有助于設(shè)備故障診斷和運行優(yōu)化。在預(yù)測性維護方面，基于設(shè)備全生命周期的運行數(shù)據(jù)，提前預(yù)判設(shè)備關(guān)鍵部件的變化趨勢、產(chǎn)品壽命和潛在風(fēng)險，預(yù)測設(shè)備零部件的損壞時間，主動提前進行維護服務(wù)。0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義而如何從大量設(shè)備和系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，是數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的第一個需要解決的問題，只有采集足夠大量的工業(yè)數(shù)據(jù)，才能基于工業(yè)大數(shù)據(jù)做分析、處理、監(jiān)控、智能決策等，才能實現(xiàn)數(shù)字化的價值。從這個層面來講，工業(yè)數(shù)據(jù)采集是智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和先決條件，是工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)透明工廠、智能工廠的基礎(chǔ)。工業(yè)大數(shù)據(jù)分析處理監(jiān)控決策數(shù)字化賽項組成賦能萬物，連接未來01020304工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)0.3工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍工業(yè)數(shù)據(jù)采集廣義范圍既包括工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和工廠外智能產(chǎn)品/裝備的數(shù)據(jù)采集，也包括對ERP、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。工業(yè)數(shù)據(jù)采集工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集工廠外智能產(chǎn)品/裝備的數(shù)據(jù)采集ERP、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集0.3.1工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集主要通過現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò)等工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對工廠內(nèi)設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)采集，可分為三類：（1）對PLC、RTU、嵌入式系統(tǒng)、IPC等通用控制設(shè)備的數(shù)據(jù)采集；（2）對機器人、數(shù)控機床、AGV等專用智能設(shè)備/裝備的數(shù)據(jù)采集；（3）對傳感器、變送器、采集器等專用采集設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。0.3.1工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集主要基于智能裝備本身或加裝傳感器兩種方式采集生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，包括設(shè)備（如機床、機器人）數(shù)據(jù)、產(chǎn)品（如原材料、在制品、成品）數(shù)據(jù)、過程（如工藝、質(zhì)量等）數(shù)據(jù)、環(huán)境（如溫度、濕度等）數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)（現(xiàn)場人員操作數(shù)據(jù)，如單次操作時間）等數(shù)據(jù)，如圖0-2所示。主要用于工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)過程的可視化和持續(xù)優(yōu)化，實現(xiàn)智能化的決策與控制。0.3.2工廠外智能產(chǎn)品/裝備的數(shù)據(jù)采集主要通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對工廠外智能產(chǎn)品/裝備的遠程接入和數(shù)據(jù)采集。主要采集智能產(chǎn)品/裝備運行時關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括但不限于如工作電流、電壓、功耗、電池電量、內(nèi)部資源消耗、通信狀態(tài)、通信流量等數(shù)據(jù)。主要用于實現(xiàn)智能產(chǎn)品/裝備的遠程監(jiān)控、健康狀態(tài)監(jiān)測和遠程維護等應(yīng)用。圖0-3示意了工廠外工程機械的數(shù)據(jù)采集過程。0.3.3對EPR、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集此種數(shù)據(jù)采集方式主要由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過接口和系統(tǒng)集成方式實現(xiàn)對SCADA、DCS、MES、ERP等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，其對接示意如圖0-4所示，系統(tǒng)集成技術(shù)與應(yīng)用已經(jīng)有很多成熟的分析和研究，故不在本書中展開。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)0.4工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)本書的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)置主要是生產(chǎn)企業(yè)的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，包含設(shè)備數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)。對于設(shè)備數(shù)據(jù)，由于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的自動化程度、工業(yè)通信協(xié)議、設(shè)備接口等不統(tǒng)一，對設(shè)備數(shù)據(jù)采集方式也會采用不同的方式。設(shè)備數(shù)據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)過程數(shù)據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)作業(yè)數(shù)據(jù)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集0.4工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)在制定數(shù)據(jù)采集方案的時候，需要遵循兩大原則：1）目的性在做設(shè)備的數(shù)據(jù)采集之前，先問問自己為什么要采集這些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)到底能夠帶來什么樣的業(yè)務(wù)價值。誠然，國內(nèi)大部分的工業(yè)現(xiàn)場還處在解決生產(chǎn)過程可見性的階段，因此，能夠先把數(shù)據(jù)采集上來是當(dāng)務(wù)之急，至少能夠?qū)崟r地了解到現(xiàn)場都發(fā)生了什么。但是，在智能制造的大背景下，我們需要看得遠一些，在做數(shù)據(jù)采集之前，盡可能地多去思考一下什么樣的數(shù)據(jù)對我們的業(yè)務(wù)改進幫助最大，這樣也許會讓我們在數(shù)據(jù)采集方面的投資回報率高。這也是本書的一大特點，每個采集項目，我們都首先從業(yè)務(wù)背景和需求出發(fā)，闡述采集的目的和業(yè)務(wù)作用，然后進行任務(wù)實操。0.4工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)在制定數(shù)據(jù)采集方案的時候，需要遵循兩大原則：2）經(jīng)濟性中國工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境非常復(fù)雜，工業(yè)設(shè)備種類非常多，對于工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，不同場景下可能有多種采集方案，但是企業(yè)作為盈利組織，首先考慮的是投資回報率的問題，因此，我們做設(shè)備數(shù)據(jù)采集，一定要結(jié)合我們的數(shù)采業(yè)務(wù)目標(biāo)，充分利用設(shè)備的現(xiàn)有條件（比如，設(shè)備已經(jīng)具備的上位機系統(tǒng)、已經(jīng)具備的通訊協(xié)議等）用最經(jīng)濟高效的方式來做數(shù)采方案的設(shè)計?；谝陨显瓌t，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場場景，選用合適的數(shù)據(jù)采集方案就非常重要。這里我們介紹一下常見的采集場景和對應(yīng)的采集方案。0.4.1有上位機系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)據(jù)采集這里的上位機系統(tǒng)一般是設(shè)備自帶的監(jiān)控系統(tǒng)，這樣的設(shè)備往往自動化程度和信息化程度都比較高。其上位機系統(tǒng)往往已經(jīng)對設(shè)備數(shù)據(jù)進行了采集、存儲，因此，對于這種有上位機系統(tǒng)的設(shè)備，我們首選的數(shù)據(jù)采集方案就是直接從上位機系統(tǒng)中獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)，而不是去和設(shè)備打交道。這樣就能夠把一個OT的問題（設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集）轉(zhuǎn)化為IT的問題（兩個信息系統(tǒng)的信息集成）。因為上位機系統(tǒng)能將設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲到自身所帶有的數(shù)據(jù)庫中，然后以開放數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限的方式，或以WebService等方式釋放數(shù)據(jù)訪問接口。上位機系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集對于生產(chǎn)現(xiàn)場中沒有上位機系統(tǒng)的眾多設(shè)備，我們就需要從設(shè)備所支持的通訊協(xié)議和支持的接口角度入手，制定數(shù)采方案。對于“基于TCP/IP通訊協(xié)議”，比較常用的有OPCClassic、SiemensS7、Modbus-TCP等通用協(xié)議，也有設(shè)備廠商自行定義的私有協(xié)議。這些協(xié)議的特點是都是基于TCP/IP協(xié)議簇，只是應(yīng)用層協(xié)議不同。采用這些協(xié)議的設(shè)備一般都會有RJ45的接口，也就是以太網(wǎng)口。OPCClassicSiemensS7Modbus-TCP基于TCP/IP通訊協(xié)議0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集在這種場景下，采用的數(shù)據(jù)采集方案是一般是通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)（也稱“物聯(lián)網(wǎng)關(guān)”或簡稱“網(wǎng)關(guān)”）采集，工業(yè)網(wǎng)關(guān)解析上述工業(yè)通信協(xié)議，實現(xiàn)對設(shè)備數(shù)據(jù)的采集。工業(yè)網(wǎng)關(guān)在本書任務(wù)1.2中會有詳細介紹。整個采集流程從工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備端開始，通過控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口結(jié)合其工業(yè)通信協(xié)議，把數(shù)據(jù)采集到邊緣采集設(shè)備如工業(yè)網(wǎng)關(guān)，工業(yè)網(wǎng)關(guān)對工業(yè)通信協(xié)議進行解析，把設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，然后通過聯(lián)網(wǎng)方式結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，將采集的數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)器或采集服務(wù)器，如圖0-5所示。0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集目前通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議采集，是比較主流的工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集的方式。當(dāng)然這種設(shè)備場景下，也可以使用軟網(wǎng)關(guān)采集，軟網(wǎng)關(guān)采集是指脫離了硬件，直接把工業(yè)網(wǎng)關(guān)里面的嵌入式軟件作為一個邊緣采集軟件安裝在上位機系統(tǒng)運行，也是通過對工業(yè)通信協(xié)議解析把設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，上傳至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)器或采集服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)嵌入式軟件上位機系統(tǒng)0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備接口是指硬件構(gòu)成或者是允許人和電腦、通信系統(tǒng)或者其它電子信息系統(tǒng)互動的元件系統(tǒng)。本書只介紹工業(yè)現(xiàn)場常用的串行接口、以太網(wǎng)口。串行接口也稱串口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴展接口，數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送。常用的串行接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來分包括RS232、RS485、RS422。以太網(wǎng)口可分為電口和光口，電口就是常用的RJ45水晶頭（一般的網(wǎng)線），光口就是光纖接口。工業(yè)設(shè)備之間通信的一般使用的是RJ45以太網(wǎng)口。（1）設(shè)備接口設(shè)備接口串行接口以太網(wǎng)口RS422RS485RS232電口光口0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集（1）設(shè)備接口串行接口以太網(wǎng)口RS422RS485RS232電口光口0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集工業(yè)通信協(xié)議主要是負(fù)責(zé)子網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間的通信，從開放性來分，可分為私有協(xié)議和公有協(xié)議，私有協(xié)議就是企業(yè)內(nèi)部自定的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，只適用于本企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備產(chǎn)品，如西門子的S7通信協(xié)議就是西門子公司的私有協(xié)議。與之對應(yīng)的就是公有協(xié)議，目前受到廣泛支持的主要協(xié)議有ProfiNet、Modbus等。（2）工業(yè)通信協(xié)議工業(yè)通信協(xié)議私有協(xié)議公有協(xié)議S7ProfiNetModbus0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集當(dāng)前工業(yè)網(wǎng)關(guān)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的聯(lián)網(wǎng)方式常見的有：以太網(wǎng)、4G、Wi-Fi等。根據(jù)采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大小、傳輸速度、傳輸?shù)木嚯x和工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境綜合考慮選擇。對于速度要求高，傳輸數(shù)據(jù)大的需求并在工業(yè)現(xiàn)場能實現(xiàn)的情況下可選擇以太網(wǎng)方式；不方便布線且傳輸數(shù)據(jù)小的場景則可選用無線（如4G/Wi-Fi等）的方式。（3）聯(lián)網(wǎng)方式聯(lián)網(wǎng)方式以太網(wǎng)4GWi-Fi0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集此處的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議主要是運行在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP等協(xié)議之上的通信協(xié)議，負(fù)責(zé)設(shè)備與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進行數(shù)據(jù)交換及通信，常見的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有MQTT、HTTP、COAP等。目前，大多數(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺使用的是MQTT協(xié)議作為設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通信的“第一語言”，如樹根互聯(lián)的根云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、華為云的物聯(lián)網(wǎng)平臺、騰訊云的物聯(lián)網(wǎng)平臺、阿里云的物聯(lián)網(wǎng)平臺，以及國外微軟Azure的物聯(lián)網(wǎng)平臺等。（4）物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議MQTTHTTPCOAP0.4.3基于非TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集這一類協(xié)議不屬于TCP/IP協(xié)議簇，往往在硬件接口方面就與以太網(wǎng)不兼容，比如RS485等。對于這類設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，一般采用兼容該設(shè)備的接口和工業(yè)協(xié)議的專用網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將其協(xié)議轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議，再接入到車間的網(wǎng)絡(luò)中并進行協(xié)議解析，否則，在物理層面就無法實現(xiàn)互通。這類協(xié)議比較常用的包括Modbus-RTU、DeviceNet等。Modbus-RTUDeviceNet非TCP/IP協(xié)議簇0.4.4不具備通信接口的設(shè)備數(shù)據(jù)采集對于建立較早的工業(yè)企業(yè)，會存在大量的沒有控制單元或沒有拓展功能的老舊設(shè)備，比如不帶數(shù)控系統(tǒng)的機床，這些設(shè)備沒有通信接口，無法直接通信采集數(shù)據(jù)（行業(yè)中也有“啞設(shè)備”的說法）。這種場景下，可以通過改造安裝傳感器、變送器、數(shù)采板卡、采集器等傳感器或采集硬件，采集設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，如設(shè)備開關(guān)機、作業(yè)信號、電流溫度參數(shù)等，這就涉及到對設(shè)備的一些改造，操作難度是比較大的。比較常見的，是采集IO信號，通過對設(shè)備進行分析，確定需要的采集信號，連接入采集設(shè)備，由采集設(shè)備將設(shè)備的開關(guān)量（數(shù)字信號）、模擬量（模擬信號）轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳送給平臺數(shù)據(jù)服務(wù)器。啞設(shè)備改造采集硬件平臺數(shù)據(jù)服務(wù)器有線或無線網(wǎng)絡(luò)0.4.4不具備通信接口的設(shè)備數(shù)據(jù)采集這種方式成本較低，但能采集的數(shù)據(jù)有限、質(zhì)量不高，主要針對的是沒有控制單元的設(shè)備、控制器協(xié)議不開放的設(shè)備、不具備拓展功能的老舊設(shè)備、無法評估風(fēng)險的關(guān)鍵工藝設(shè)備或產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備進行使用。0.4.4不具備通信接口的設(shè)備數(shù)據(jù)采集某些情況下，在直接采集某目標(biāo)量Y1比較困難的情況下，可以考慮采集其他比較容易采集、且采集成本較低的其他目標(biāo)量Y2，用Y2來近似計算Y1的值。舉個例子，比如采集某些老舊設(shè)備的運行時間數(shù)據(jù)，這些設(shè)備往往沒有對外通訊的接口，我們沒有辦法直接獲得其運行和停止的開關(guān)量信號。可以裝個互感器監(jiān)測設(shè)備電機的電流，以電流的大小來判斷設(shè)備的啟停，從而來獲得設(shè)備實時運行狀態(tài)，再加以計算以此獲得設(shè)備的運行時間。（1）數(shù)據(jù)采集的曲線救國方式說明：本書的IO（Input/Output）指輸入/輸出信號，這里的輸入輸出是針對控制系統(tǒng)而言，輸入指從儀表/傳感器進入控制系統(tǒng)的測量參數(shù)，輸出指從控制系統(tǒng)輸出到執(zhí)行機構(gòu)的參量，一個參量叫做一個點。比較困難數(shù)據(jù)采集平臺Y1Y2比較容易近似計算0.4.5基于人工采集終端場景的數(shù)據(jù)采集有些信息化水平偏低的工業(yè)企業(yè)，在某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)無法實現(xiàn)自動采集，則通過現(xiàn)場工位機、移動終端、條碼掃描槍等人工采集終端進行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括生產(chǎn)開工與完工時間、生產(chǎn)數(shù)量、檢驗項目、檢驗結(jié)果、產(chǎn)品缺陷、設(shè)備故障等?；谌斯げ杉K端的數(shù)據(jù)采集受制于人的主動性，在數(shù)據(jù)的實時性、準(zhǔn)確性、客觀性等方面有所欠缺。現(xiàn)場工位機移動終端條碼掃描槍人工采集終端掃碼獲取更多資訊樹根互聯(lián)教育《工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用》以技術(shù)積累與行業(yè)實踐經(jīng)驗賦能人才培養(yǎng)緒論工業(yè)數(shù)據(jù)采集概述賽項組成賦能萬物，連接未來01020304工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)0.1工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《工業(yè)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)業(yè)研究報告2018》中，對工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義為：利用泛在感知技術(shù)對多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、運營環(huán)境、人等要素信息進行實時高效采集和云端匯聚。0.1工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集對應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構(gòu)中的邊緣層，如圖0-1所示。通過各類通信手段接入不同設(shè)備、系統(tǒng)和產(chǎn)品，采集大范圍、深層次的工業(yè)數(shù)據(jù)，以及異構(gòu)數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換與邊緣處理，構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)可以加速業(yè)務(wù)場景交互，推進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造升級。工業(yè)數(shù)據(jù)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，類似于給生產(chǎn)制造配上了“大腦”，使之靈活應(yīng)對各種業(yè)務(wù)場景。通過分析整合產(chǎn)品數(shù)據(jù)、制造設(shè)備數(shù)據(jù)、訂單數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的其他數(shù)據(jù)，顯著提升了生產(chǎn)控制的準(zhǔn)確性，大幅增強了生產(chǎn)制造的柔性化水平和協(xié)調(diào)度。0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義通過智能數(shù)控設(shè)備、傳感識別技術(shù)、制造執(zhí)行系統(tǒng)等先進的數(shù)字裝備與管控技術(shù)，實時采集生產(chǎn)制造過程中的工業(yè)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)過程的“誘明化”運行，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)過程的智能化。0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)融入設(shè)備，將設(shè)備運行狀態(tài)透明化，有助于設(shè)備故障診斷和運行優(yōu)化。在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方面，實時采集溫度、電壓、電流等工業(yè)數(shù)據(jù)，可以直觀展示設(shè)備實時的運行狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備全面、實時、精確的狀態(tài)感知。0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)融入設(shè)備，將設(shè)備運行狀態(tài)透明化，有助于設(shè)備故障診斷和運行優(yōu)化。在設(shè)備故障診斷方面，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對設(shè)備工作日志、歷史故障、運行軌跡、實時位置等海量工業(yè)數(shù)據(jù)進行挖掘分析，基于知識庫和自學(xué)習(xí)機制建立故障智能診斷模型，實現(xiàn)設(shè)備故障精準(zhǔn)定位。0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)融入設(shè)備，將設(shè)備運行狀態(tài)透明化，有助于設(shè)備故障診斷和運行優(yōu)化。在預(yù)測性維護方面，基于設(shè)備全生命周期的運行數(shù)據(jù)，提前預(yù)判設(shè)備關(guān)鍵部件的變化趨勢、產(chǎn)品壽命和潛在風(fēng)險，預(yù)測設(shè)備零部件的損壞時間，主動提前進行維護服務(wù)。0.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義而如何從大量設(shè)備和系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，是數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的第一個需要解決的問題，只有采集足夠大量的工業(yè)數(shù)據(jù)，才能基于工業(yè)大數(shù)據(jù)做分析、處理、監(jiān)控、智能決策等，才能實現(xiàn)數(shù)字化的價值。從這個層面來講，工業(yè)數(shù)據(jù)采集是智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和先決條件，是工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)透明工廠、智能工廠的基礎(chǔ)。工業(yè)大數(shù)據(jù)分析處理監(jiān)控決策數(shù)字化賽項組成賦能萬物，連接未來01020304工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)0.3工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍工業(yè)數(shù)據(jù)采集廣義范圍既包括工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和工廠外智能產(chǎn)品/裝備的數(shù)據(jù)采集，也包括對ERP、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。工業(yè)數(shù)據(jù)采集工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集工廠外智能產(chǎn)品/裝備的數(shù)據(jù)采集ERP、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集0.3.1工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集主要通過現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò)等工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對工廠內(nèi)設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)采集，可分為三類：（1）對PLC、RTU、嵌入式系統(tǒng)、IPC等通用控制設(shè)備的數(shù)據(jù)采集；（2）對機器人、數(shù)控機床、AGV等專用智能設(shè)備/裝備的數(shù)據(jù)采集；（3）對傳感器、變送器、采集器等專用采集設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。0.3.1工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集主要基于智能裝備本身或加裝傳感器兩種方式采集生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，包括設(shè)備（如機床、機器人）數(shù)據(jù)、產(chǎn)品（如原材料、在制品、成品）數(shù)據(jù)、過程（如工藝、質(zhì)量等）數(shù)據(jù)、環(huán)境（如溫度、濕度等）數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)（現(xiàn)場人員操作數(shù)據(jù)，如單次操作時間）等數(shù)據(jù)，如圖0-2所示。主要用于工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)過程的可視化和持續(xù)優(yōu)化，實現(xiàn)智能化的決策與控制。0.3.2工廠外智能產(chǎn)品/裝備的數(shù)據(jù)采集主要通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對工廠外智能產(chǎn)品/裝備的遠程接入和數(shù)據(jù)采集。主要采集智能產(chǎn)品/裝備運行時關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括但不限于如工作電流、電壓、功耗、電池電量、內(nèi)部資源消耗、通信狀態(tài)、通信流量等數(shù)據(jù)。主要用于實現(xiàn)智能產(chǎn)品/裝備的遠程監(jiān)控、健康狀態(tài)監(jiān)測和遠程維護等應(yīng)用。圖0-3示意了工廠外工程機械的數(shù)據(jù)采集過程。0.3.3對EPR、MES等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集此種數(shù)據(jù)采集方式主要由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過接口和系統(tǒng)集成方式實現(xiàn)對SCADA、DCS、MES、ERP等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，其對接示意如圖0-4所示，系統(tǒng)集成技術(shù)與應(yīng)用已經(jīng)有很多成熟的分析和研究，故不在本書中展開。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)0.4工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)本書的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)置主要是生產(chǎn)企業(yè)的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，包含設(shè)備數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)。對于設(shè)備數(shù)據(jù)，由于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的自動化程度、工業(yè)通信協(xié)議、設(shè)備接口等不統(tǒng)一，對設(shè)備數(shù)據(jù)采集方式也會采用不同的方式。設(shè)備數(shù)據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)過程數(shù)據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)作業(yè)數(shù)據(jù)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集0.4工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)在制定數(shù)據(jù)采集方案的時候，需要遵循兩大原則：1）目的性在做設(shè)備的數(shù)據(jù)采集之前，先問問自己為什么要采集這些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)到底能夠帶來什么樣的業(yè)務(wù)價值。誠然，國內(nèi)大部分的工業(yè)現(xiàn)場還處在解決生產(chǎn)過程可見性的階段，因此，能夠先把數(shù)據(jù)采集上來是當(dāng)務(wù)之急，至少能夠?qū)崟r地了解到現(xiàn)場都發(fā)生了什么。但是，在智能制造的大背景下，我們需要看得遠一些，在做數(shù)據(jù)采集之前，盡可能地多去思考一下什么樣的數(shù)據(jù)對我們的業(yè)務(wù)改進幫助最大，這樣也許會讓我們在數(shù)據(jù)采集方面的投資回報率高。這也是本書的一大特點，每個采集項目，我們都首先從業(yè)務(wù)背景和需求出發(fā)，闡述采集的目的和業(yè)務(wù)作用，然后進行任務(wù)實操。0.4工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)在制定數(shù)據(jù)采集方案的時候，需要遵循兩大原則：2）經(jīng)濟性中國工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境非常復(fù)雜，工業(yè)設(shè)備種類非常多，對于工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，不同場景下可能有多種采集方案，但是企業(yè)作為盈利組織，首先考慮的是投資回報率的問題，因此，我們做設(shè)備數(shù)據(jù)采集，一定要結(jié)合我們的數(shù)采業(yè)務(wù)目標(biāo)，充分利用設(shè)備的現(xiàn)有條件（比如，設(shè)備已經(jīng)具備的上位機系統(tǒng)、已經(jīng)具備的通訊協(xié)議等）用最經(jīng)濟高效的方式來做數(shù)采方案的設(shè)計?；谝陨显瓌t，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場場景，選用合適的數(shù)據(jù)采集方案就非常重要。這里我們介紹一下常見的采集場景和對應(yīng)的采集方案。0.4.1有上位機系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)據(jù)采集這里的上位機系統(tǒng)一般是設(shè)備自帶的監(jiān)控系統(tǒng)，這樣的設(shè)備往往自動化程度和信息化程度都比較高。其上位機系統(tǒng)往往已經(jīng)對設(shè)備數(shù)據(jù)進行了采集、存儲，因此，對于這種有上位機系統(tǒng)的設(shè)備，我們首選的數(shù)據(jù)采集方案就是直接從上位機系統(tǒng)中獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)，而不是去和設(shè)備打交道。這樣就能夠把一個OT的問題（設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集）轉(zhuǎn)化為IT的問題（兩個信息系統(tǒng)的信息集成）。因為上位機系統(tǒng)能將設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲到自身所帶有的數(shù)據(jù)庫中，然后以開放數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限的方式，或以WebService等方式釋放數(shù)據(jù)訪問接口。上位機系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集對于生產(chǎn)現(xiàn)場中沒有上位機系統(tǒng)的眾多設(shè)備，我們就需要從設(shè)備所支持的通訊協(xié)議和支持的接口角度入手，制定數(shù)采方案。對于“基于TCP/IP通訊協(xié)議”，比較常用的有OPCClassic、SiemensS7、Modbus-TCP等通用協(xié)議，也有設(shè)備廠商自行定義的私有協(xié)議。這些協(xié)議的特點是都是基于TCP/IP協(xié)議簇，只是應(yīng)用層協(xié)議不同。采用這些協(xié)議的設(shè)備一般都會有RJ45的接口，也就是以太網(wǎng)口。OPCClassicSiemensS7Modbus-TCP基于TCP/IP通訊協(xié)議0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集在這種場景下，采用的數(shù)據(jù)采集方案是一般是通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)（也稱“物聯(lián)網(wǎng)關(guān)”或簡稱“網(wǎng)關(guān)”）采集，工業(yè)網(wǎng)關(guān)解析上述工業(yè)通信協(xié)議，實現(xiàn)對設(shè)備數(shù)據(jù)的采集。工業(yè)網(wǎng)關(guān)在本書任務(wù)1.2中會有詳細介紹。整個采集流程從工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備端開始，通過控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口結(jié)合其工業(yè)通信協(xié)議，把數(shù)據(jù)采集到邊緣采集設(shè)備如工業(yè)網(wǎng)關(guān)，工業(yè)網(wǎng)關(guān)對工業(yè)通信協(xié)議進行解析，把設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，然后通過聯(lián)網(wǎng)方式結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，將采集的數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)器或采集服務(wù)器，如圖0-5所示。0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集目前通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議采集，是比較主流的工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集的方式。當(dāng)然這種設(shè)備場景下，也可以使用軟網(wǎng)關(guān)采集，軟網(wǎng)關(guān)采集是指脫離了硬件，直接把工業(yè)網(wǎng)關(guān)里面的嵌入式軟件作為一個邊緣采集軟件安裝在上位機系統(tǒng)運行，也是通過對工業(yè)通信協(xié)議解析把設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，上傳至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)器或采集服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)嵌入式軟件上位機系統(tǒng)0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備接口是指硬件構(gòu)成或者是允許人和電腦、通信系統(tǒng)或者其它電子信息系統(tǒng)互動的元件系統(tǒng)。本書只介紹工業(yè)現(xiàn)場常用的串行接口、以太網(wǎng)口。串行接口也稱串口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴展接口，數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送。常用的串行接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來分包括RS232、RS485、RS422。以太網(wǎng)口可分為電口和光口，電口就是常用的RJ45水晶頭（一般的網(wǎng)線），光口就是光纖接口。工業(yè)設(shè)備之間通信的一般使用的是RJ45以太網(wǎng)口。（1）設(shè)備接口設(shè)備接口串行接口以太網(wǎng)口RS422RS485RS232電口光口0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集（1）設(shè)備接口串行接口以太網(wǎng)口RS422RS485RS232電口光口0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集工業(yè)通信協(xié)議主要