項(xiàng)目二生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)采集任務(wù)2.1智能IO數(shù)據(jù)采集針對(duì)自動(dòng)供料單元、智能分揀單元、智能倉(cāng)儲(chǔ)單元等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需采集的設(shè)備本地層的數(shù)據(jù)，應(yīng)用遠(yuǎn)程IO模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制。遠(yuǎn)程IO可以理解為PLC控制器的擴(kuò)展模塊，用于采集傳感器數(shù)據(jù)或控制設(shè)備工作。通過(guò)系統(tǒng)搭建、程序編寫、調(diào)試優(yōu)化，完成數(shù)據(jù)的采集與控制，并在控制系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。2.1.1任務(wù)要求1.任務(wù)要求（1）什么是數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集（DataAcquisition,DAQ）是指通過(guò)傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等手段，從外部環(huán)境或系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)，以供后續(xù)的分析、處理和應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中是實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控、故障診斷、生產(chǎn)優(yōu)化等功能的基礎(chǔ)。1.數(shù)據(jù)采集基本概念與意義2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備1）模擬量模擬量是指可以在一個(gè)連續(xù)范圍內(nèi)取值的量，通常用連續(xù)的電壓或電流信號(hào)表示。典型的模擬量有溫度、壓力、流量等。模擬量信號(hào)的特點(diǎn)是連續(xù)性，即在一定范圍內(nèi)，信號(hào)可以取任意值。2）數(shù)字量數(shù)字量是指只能在有限的離散值（通常是二進(jìn)制的0和1）中取值的量。數(shù)字量信號(hào)的特點(diǎn)是離散性，即信號(hào)只能取預(yù)定義的有限幾個(gè)值。3）開(kāi)關(guān)量開(kāi)關(guān)量是一種特殊的數(shù)字量，它只有兩個(gè)狀態(tài)：開(kāi)（ON）和關(guān)（OFF），對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的1和0。開(kāi)關(guān)量通常用于表示設(shè)備的工作狀態(tài)、限位開(kāi)關(guān)、按鈕等簡(jiǎn)單的控制信號(hào)。1.數(shù)據(jù)采集基本概念與意義2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備（2）工業(yè)數(shù)據(jù)采集的意義工業(yè)數(shù)據(jù)采集在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)成為提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。它不僅幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化和智能化，還為企業(yè)提供了科學(xué)決策的基礎(chǔ)，推動(dòng)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造的發(fā)展。通過(guò)不斷完善和應(yīng)用數(shù)據(jù)采集技術(shù)，企業(yè)可以在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。工業(yè)數(shù)據(jù)采集在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有極其重要的意義。以下是工業(yè)數(shù)據(jù)采集的主要意義：1.數(shù)據(jù)采集基本概念與意義2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備（1）模擬量、數(shù)字量和開(kāi)關(guān)量的區(qū)別與聯(lián)系1）區(qū)別：①模擬量是連續(xù)的，表示的是一個(gè)范圍內(nèi)的所有可能值；數(shù)字量和開(kāi)關(guān)量是離散的，只能表示有限的幾個(gè)值。②開(kāi)關(guān)量是數(shù)字量的一種特殊形式，只有兩個(gè)取值（開(kāi)和關(guān)）。2）聯(lián)系：①模擬量可以通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便計(jì)算機(jī)處理。②數(shù)字量和開(kāi)關(guān)量都是以二進(jìn)制形式存在的，可以直接被計(jì)算機(jī)識(shí)別和處理。2.數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備（2）數(shù)據(jù)采集中的處理1）模擬量處理：①需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。②處理過(guò)程中需要考慮信號(hào)的放大、濾波和校準(zhǔn)。2）數(shù)字量處理：①可以直接輸入計(jì)算機(jī)或PLC進(jìn)行處理。②處理過(guò)程中需要考慮信號(hào)的防抖動(dòng)和去噪。3）開(kāi)關(guān)量處理：①通常用于控制和狀態(tài)監(jiān)控，處理相對(duì)簡(jiǎn)單。②處理過(guò)程中需要考慮信號(hào)的可靠性和響應(yīng)速度。2.數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備常見(jiàn)的工業(yè)數(shù)據(jù)采集方式有3種，分別是直接聯(lián)網(wǎng)通信、工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)采集和遠(yuǎn)程IO模塊采集。3.工業(yè)數(shù)據(jù)采集的方式2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備（1）直接聯(lián)網(wǎng)通信直接聯(lián)網(wǎng)通信是指通過(guò)將工業(yè)設(shè)備（如傳感器、PLC、工業(yè)PC等）直接連接到企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)）中，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸。1）特點(diǎn)實(shí)時(shí)性高：直接聯(lián)網(wǎng)通信可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，適用于需要實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制的場(chǎng)景。簡(jiǎn)單快捷：無(wú)需額外的中間設(shè)備，連接簡(jiǎn)單，配置方便。高帶寬：可以傳輸大量數(shù)據(jù)，適合高頻數(shù)據(jù)采集。3.工業(yè)數(shù)據(jù)采集的方式2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備2）應(yīng)用場(chǎng)景智能工廠：設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通信和數(shù)據(jù)共享。自動(dòng)化生產(chǎn)線：需要高實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)傳輸和控制。遠(yuǎn)程監(jiān)控：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)過(guò)程。3）優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)性高、連接簡(jiǎn)單、易于集成。缺點(diǎn)：對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求高，易受網(wǎng)絡(luò)故障影響，網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)較高。3.工業(yè)數(shù)據(jù)采集的方式2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備（2）工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)采集工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)是專門用于連接和傳輸工業(yè)數(shù)據(jù)的設(shè)備，它可以將不同協(xié)議、不同類型的工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、處理，并傳輸?shù)缴衔幌到y(tǒng)。1）特點(diǎn)多協(xié)議支持：支持多種工業(yè)協(xié)議（如Modbus、OPCUA、PROFINET等），實(shí)現(xiàn)異構(gòu)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)處理：具有邊緣計(jì)算能力，可以在本地處理數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)傳輸量，提高效率。安全性高：具備數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證等安全功能，保障數(shù)據(jù)傳輸安全。3.工業(yè)數(shù)據(jù)采集的方式2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備2）應(yīng)用場(chǎng)景異構(gòu)設(shè)備集成：工廠中存在多種不同協(xié)議的設(shè)備，需要統(tǒng)一采集數(shù)據(jù)。邊緣計(jì)算：需要在數(shù)據(jù)源頭進(jìn)行預(yù)處理、過(guò)濾和分析。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：將工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。3）優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：支持多協(xié)議、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、安全性高。缺點(diǎn)：設(shè)備成本較高，配置和維護(hù)需要一定技術(shù)水平。3.工業(yè)數(shù)據(jù)采集的方式2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備（3）遠(yuǎn)程IO模塊采集遠(yuǎn)程IO模塊是一種分布式數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過(guò)總線（如Ethernet/IP、ModbusTCP）與主控制器或計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。1）特點(diǎn)分布式采集：可以在大范圍內(nèi)分布安裝，適用于大面積、多點(diǎn)的監(jiān)控場(chǎng)景。模塊化設(shè)計(jì)：支持多種類型的輸入輸出（如模擬量、數(shù)字量），靈活配置。穩(wěn)定可靠：設(shè)計(jì)堅(jiān)固，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。2）應(yīng)用場(chǎng)景大范圍監(jiān)控：如大型工廠、倉(cāng)庫(kù)、管道等需要多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的場(chǎng)所。環(huán)境監(jiān)測(cè)：需要在不同地點(diǎn)采集環(huán)境數(shù)據(jù)（如溫度、濕度、壓力等）。遠(yuǎn)程控制：實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)。3.工業(yè)數(shù)據(jù)采集的方式2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備3）優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：分布式采集、模塊化設(shè)計(jì)、適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：需要布設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)，初期投資較高，安裝和維護(hù)較復(fù)雜。3.工業(yè)數(shù)據(jù)采集的方式2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)是一種用于工業(yè)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，采用分布式布局方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將遠(yuǎn)程安裝的IO模塊與主控制器（如PLC、DCS或SCADA系統(tǒng)）連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和控制信號(hào)的傳輸。4.遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)概述2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備（1）組成部分1）遠(yuǎn)程IO模塊①輸入模塊模擬量輸入模塊：用于采集連續(xù)變化的信號(hào)，如溫度、壓力、流量等，通常通過(guò)傳感器將物理量轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)。數(shù)字量輸入模塊：用于采集離散信號(hào)，如開(kāi)關(guān)狀態(tài)、按鈕狀態(tài)等，通常以二進(jìn)制形式表示。②輸出模塊模擬量輸出模塊：用于輸出連續(xù)變化的控制信號(hào)，如控制閥門的開(kāi)度、電機(jī)的速度等。數(shù)字量輸出模塊：用于輸出離散的控制信號(hào)，如控制繼電器、開(kāi)關(guān)等。組合模塊：有些模塊集成了輸入和輸出功能，便于特定應(yīng)用的需求。4.遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)概述2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備2）通信接口有線通信接口：如Ethernet/IP、ModbusTCP、PROFINET等，用于穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸，適合工業(yè)環(huán)境。無(wú)線通信接口：如Wi-Fi、Zigbee、LoRa等，用于遠(yuǎn)程和難以布線的場(chǎng)所，提供靈活的部署選項(xiàng)。3）主控制器通常是PLC（可編程邏輯控制器）、DCS（分布式控制系統(tǒng)）或SCADA（監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)），負(fù)責(zé)集中管理、處理和分析采集到的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。4）電源供應(yīng)提供穩(wěn)定的電源給遠(yuǎn)程IO模塊和通信接口，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。電源通常采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的24VDC電源。4.遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)概述2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備（2）特點(diǎn)1）分布式布局遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)可以在廣泛的地理區(qū)域內(nèi)靈活分布，適用于大型工廠、倉(cāng)庫(kù)、管道等需要多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的場(chǎng)景。2）模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)由多個(gè)模塊組成，可以根據(jù)需求靈活配置不同類型和數(shù)量的IO模塊，支持多種信號(hào)類型（如模擬量、數(shù)字量）。3）高可靠性和穩(wěn)定性遠(yuǎn)程IO模塊設(shè)計(jì)堅(jiān)固，能夠適應(yīng)工業(yè)環(huán)境中的惡劣條件，具有良好的抗干擾能力和高可靠性。4.遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)概述2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備4）實(shí)時(shí)性系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集和傳輸數(shù)據(jù)，滿足工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制需求。5）易于維護(hù)模塊化設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)維護(hù)和擴(kuò)展方便，出現(xiàn)故障時(shí)可以快速更換故障模塊，減少停機(jī)時(shí)間。4.遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)概述2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備（3）應(yīng)用場(chǎng)景1）大范圍監(jiān)控適用于需要在大范圍內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的場(chǎng)景，如大型工廠、倉(cāng)庫(kù)、輸油管道、輸氣管道等。2）環(huán)境監(jiān)測(cè)在分布式環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程IO模塊用于采集各種環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、壓力、氣體濃度等），實(shí)現(xiàn)環(huán)境狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄。3）遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，廣泛應(yīng)用于水處理廠、石油天然氣管道、輸配電系統(tǒng)等領(lǐng)域，通過(guò)遠(yuǎn)程IO模塊，可以控制閥門、泵、電機(jī)等設(shè)備。4.遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)概述2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備4）生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控在制造業(yè)生產(chǎn)線上，遠(yuǎn)程IO模塊用于采集生產(chǎn)過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)（如設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)等），實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化。4.遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)概述2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備（4）優(yōu)缺點(diǎn)1）優(yōu)點(diǎn)：靈活性高：遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)可以靈活分布在不同位置，適應(yīng)多點(diǎn)、多區(qū)域的數(shù)據(jù)采集和控制需求。高可靠性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)堅(jiān)固，能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。實(shí)時(shí)性好：系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和傳輸，滿足工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制要求。易維護(hù)：模塊化設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展非常方便，減少了停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本。4.遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)概述2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備2）缺點(diǎn)：初期投資高：需要布設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)，硬件成本較高，初期投資較大。安裝復(fù)雜：系統(tǒng)的安裝和調(diào)試需要專業(yè)的技術(shù)人員，系統(tǒng)集成相對(duì)復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)依賴：系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴較高，網(wǎng)絡(luò)故障可能影響數(shù)據(jù)采集和控制的正常運(yùn)行。4.遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)概述2.1.3任務(wù)實(shí)施（1）硬件準(zhǔn)備1.任務(wù)準(zhǔn)備數(shù)量名稱型號(hào)數(shù)量備注1遠(yuǎn)程IOEX-11101GSD文件2PLCS712001

3交換機(jī)8口交換機(jī)1配套網(wǎng)線（2）軟件準(zhǔn)備序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1博途V1612.1.3任務(wù)實(shí)施（1）遠(yuǎn)程IO模塊GSD文件管理2.系統(tǒng)安裝遠(yuǎn)程IO的GSD文件導(dǎo)入至博途軟件中①打開(kāi)任意博途項(xiàng)目，選擇GSD文件管理。2.1.3任務(wù)實(shí)施（1）遠(yuǎn)程IO模塊GSD文件管理2.系統(tǒng)安裝②安裝遠(yuǎn)程IO模塊的GSD文件。2.1.3任務(wù)實(shí)施（2）遠(yuǎn)程IO模塊組態(tài)與參數(shù)配置2.系統(tǒng)安裝①遠(yuǎn)程IO模塊的硬件組態(tài)，將硬件EX-1110從硬件目錄中添加到網(wǎng)絡(luò)視圖中，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連線。2.1.3任務(wù)實(shí)施（2）協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)組態(tài)與參數(shù)配置2.系統(tǒng)安裝②根據(jù)實(shí)體設(shè)備機(jī)架（供料站）進(jìn)行輸入輸出拓展模塊硬件組態(tài)：DI：EX_210H_1EX_2108_1RELAY:EX_3208_12.1.3任務(wù)實(shí)施3.系統(tǒng)編程I2.0為遠(yuǎn)程IO模塊輸入信號(hào)2.1.3任務(wù)實(shí)施4.系統(tǒng)調(diào)試（1）下載程序并更改設(shè)備名稱2.1.3任務(wù)實(shí)施4.系統(tǒng)調(diào)試（2）在線監(jiān)控將料塊放入A庫(kù)物料檢測(cè)，讀取I2.0遠(yuǎn)程IO的數(shù)字輸入信號(hào)，信號(hào)為1后黃燈亮。

2.1.3任務(wù)實(shí)施5.驗(yàn)收優(yōu)化針對(duì)自動(dòng)供料單元、智能分揀單元、智能倉(cāng)儲(chǔ)單元等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需采集的設(shè)備本地層的數(shù)據(jù)，本任務(wù)應(yīng)用遠(yuǎn)程IO模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制。遠(yuǎn)程IO模塊作為PLC控制器的擴(kuò)展，通過(guò)系統(tǒng)搭建、參數(shù)配置、程序編寫、調(diào)試優(yōu)化等步驟，實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和設(shè)備的精確控制。最終，數(shù)據(jù)在控制系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度，提升生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化水平。2.1.4

拓展任務(wù)可購(gòu)買支持PROFINET或MODBUS-TCP協(xié)議的傳感器，接入遠(yuǎn)程IO模塊，并將其連接到PLC主站。通過(guò)配置通信參數(shù)（如IP地址、站號(hào)、波特率等）和編寫PLC程序，實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行器的控制。通過(guò)系統(tǒng)搭建、程序調(diào)試和優(yōu)化，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和控制的實(shí)時(shí)性，并在HMI或SCADA系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)控，完成工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備數(shù)據(jù)的采集與控制。2.1.5課后習(xí)題1.判斷題（1）遠(yuǎn)程IO模塊可以通過(guò)以太網(wǎng)、無(wú)線通信等方式與PLC主站連接，實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集和控制。（?）（2）遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)只能