工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用 課件 機(jī)械 0-1 緒論、1-1 規(guī)劃工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集方案

《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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)賦能人才培養(yǎng)緒論工業(yè)數(shù)據(jù)采集概述賽賽項(xiàng)項(xiàng)組組成成賦能萬物，連接未來0

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4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(shí)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(bào)告2018》中，對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義為：利用泛在感知技術(shù)對(duì)多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)環(huán)境、人等要素信息進(jìn)行實(shí)時(shí)高效采集和云端匯聚。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.1工業(yè)數(shù)據(jù)采集的定義工業(yè)數(shù)據(jù)采集對(duì)應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(tái)的數(shù)據(jù)基

礎(chǔ)。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用賽賽項(xiàng)項(xiàng)組組成成賦能萬物，連接未來0

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4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(shí)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(chǎng)景交互，推進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造升級(jí)。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(duì)各種業(yè)務(wù)場(chǎng)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(qiáng)了生產(chǎn)制造的柔性化水平和協(xié)調(diào)度。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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(shí)別技術(shù)、制造執(zhí)行系統(tǒng)等先進(jìn)的數(shù)字裝備與管控技術(shù)，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)制造過程中的工業(yè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)過程的

“誘明化”運(yùn)行，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)過程的智能化。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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(yùn)行狀態(tài)透明化，有助于設(shè)備故障診斷和運(yùn)行優(yōu)化。

在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面，實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全面、實(shí)時(shí)、精確的狀態(tài)感知。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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(yùn)行狀態(tài)透明化，有助于設(shè)備故障診斷和運(yùn)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(duì)設(shè)備工作日志、歷史故障、運(yùn)行軌跡、實(shí)時(shí)位置等海量工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，基于知識(shí)庫(kù)和自學(xué)習(xí)機(jī)制建立故障智能診斷模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障精準(zhǔn)定位。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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(yùn)行狀態(tài)透明化，有助于設(shè)備故障診斷和運(yùn)行優(yōu)化。

在預(yù)測(cè)性維護(hù)方面，基于設(shè)備全生命周期的運(yùn)行數(shù)據(jù)，提前預(yù)判設(shè)備關(guān)鍵部件的變化趨勢(shì)、產(chǎn)品壽命和潛在風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)測(cè)設(shè)備零部件的損壞時(shí)間，主動(dòng)提前進(jìn)行維護(hù)服務(wù)。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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(gè)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(shí)現(xiàn)數(shù)字化的價(jià)值。從這個(gè)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(shí)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)字化工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用賽賽項(xiàng)項(xiàng)組組成成賦能萬物，連接未來0

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4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(shí)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(chǎng)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(duì)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(chǎng)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)采集工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.3.1工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集主要通過現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)對(duì)工廠內(nèi)設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)采集，可分為三類：（1）對(duì)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(duì)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、AGV等專用智能設(shè)備/裝備的數(shù)據(jù)采集；（3）對(duì)傳感器、變送器、采集器等專用采集設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.3.1工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備（如機(jī)床、機(jī)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(chǎng)人員操作數(shù)據(jù)，如單次操作時(shí)間）等數(shù)據(jù)，如圖0-2所示。主要用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程的可視化和持續(xù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)智能化的決策與控制。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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(shí)現(xiàn)對(duì)工廠外智能產(chǎn)品/裝備的遠(yuǎn)程接入和數(shù)據(jù)采集。主要采集智能產(chǎn)品/裝備運(yùn)行時(shí)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(shí)現(xiàn)智能產(chǎn)品/裝備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程維護(hù)等應(yīng)用。圖0-3示意了工廠外工程機(jī)械的數(shù)據(jù)采集過程。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.3.3對(duì)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(tái)通過接口和系統(tǒng)集成方式實(shí)現(xiàn)對(duì)SCADA、DCS、MES、ERP等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，其對(duì)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。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用賽賽項(xiàng)項(xiàng)組組成成賦能萬物，連接未來0

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4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(shí)現(xiàn)0.4工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實(shí)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(chǎng)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(duì)于設(shè)備數(shù)據(jù)，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)化程度、工業(yè)通信協(xié)議、設(shè)備接口等不統(tǒng)一，對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)采集方式也會(huì)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(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.4工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)在制定數(shù)據(jù)采集方案的時(shí)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(jià)值。誠(chéng)然，國(guó)內(nèi)大部分的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)地了解到現(xiàn)場(chǎng)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(yuǎn)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(duì)我們的業(yè)務(wù)改進(jìn)幫助最大，這樣也許會(huì)讓我們?cè)跀?shù)據(jù)采集方面的投資回報(bào)率高。這也是本書的一大特點(diǎn)，每個(gè)采集項(xiàng)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(jìn)行任務(wù)實(shí)操。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.4工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)在制定數(shù)據(jù)采集方案的時(shí)候，需要遵循兩大原則：2）經(jīng)濟(jì)性中國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境非常復(fù)雜，工業(yè)設(shè)備種類非常多，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，不同場(chǎng)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(bào)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(jī)系統(tǒng)、已經(jīng)具備的通訊協(xié)議

等）用最經(jīng)濟(jì)高效的方式來做數(shù)采方案的設(shè)計(jì)。基于以上原則，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)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(chǎng)景和對(duì)應(yīng)的采集方案。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.4.1有上位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)據(jù)采集這里的上位機(jī)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(dòng)化程度和信息化程度都比較高。其上位機(jī)系統(tǒng)往往已經(jīng)對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集、存儲(chǔ)，因此，對(duì)于這種有上位機(jī)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(jī)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(gè)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(gè)信息系統(tǒng)的信息集成）。因?yàn)樯衔粰C(jī)系統(tǒng)能將設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到自身所帶有的數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后以開放數(shù)據(jù)庫(kù)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(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.4.2基于TCP/IP通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中沒有上位機(jī)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(duì)于“基于TCP/IP通訊協(xié)議”，比較常用的有OPCClassic、Siemens

S7、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(diǎn)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(huì)有RJ45的接口，也就是以太網(wǎng)口。OPC

ClassicSiemens

S7Modbus-TCP工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用基于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(chǎng)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(huì)有詳細(xì)介紹。整個(gè)采集流程從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)工業(yè)通信協(xié)議進(jìn)

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(tái)服務(wù)

器或采集服務(wù)器，如圖0-5所示。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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(jìn)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(chǎng)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(gè)邊緣采集軟件安裝在上位機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，也是通過對(duì)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(tái)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(jī)系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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(dòng)的元件系統(tǒng)。本書只介紹工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(kuò)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電口光口工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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電口光口工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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(duì)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S7ProfiNetModbus工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.4.2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(tái)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(chǎng)環(huán)境綜合考慮選

擇。對(duì)于速度要求高，傳輸數(shù)據(jù)大的需

求并在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)能實(shí)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(chǎng)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-Fi工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.4.2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(yùn)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(tái)進(jìn)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(tái)

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(tái)、華為云的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、騰

訊云的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、阿里云的物聯(lián)網(wǎng)平

臺(tái)，以及國(guó)外微軟Azure的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等。（4）物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議MQTTHTTPCOAP工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.4.3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(duì)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(jìn)行協(xié)議解析，否則，在物理層面就無法實(shí)現(xiàn)互通。這類協(xié)議比較常用的包括Modbus-RTU、DeviceNet等。Modbus-RTUDeviceNet工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用非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(duì)于建立較早的工業(yè)企業(yè)，會(huì)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(jī)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(chǎng)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(yùn)行數(shù)據(jù)，如設(shè)備開關(guān)機(jī)、作業(yè)信號(hào)、電流溫度參數(shù)等，這就涉及到對(duì)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(hào)，

通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行分析，確定需要的采集信號(hào)，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(hào)）、模擬量（模擬信號(hào)）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(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器。啞設(shè)備改硬件平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器有線或無線網(wǎng)絡(luò)工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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(duì)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(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵工藝設(shè)備或產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行使用。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用0.4.4不具備通信接口的設(shè)備數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集的曲線救國(guó)方式某些情況下，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(jì)算Y1的值。舉個(gè)例子，比如采集某些老舊設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)，這些設(shè)備往往沒

有對(duì)外通訊的接口，我們沒有辦法直接獲得其運(yùn)行和停止的開關(guān)量信號(hào)。可以裝個(gè)互感器監(jiān)測(cè)設(shè)備電機(jī)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(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，再加以計(jì)算以此獲得設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。說明：本書的IO（Input/Output）指輸入/輸出信號(hào)，這里的輸入輸出是針對(duì)控制系統(tǒng)而言，輸入指從儀表/傳感器進(jìn)入控制系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù)，輸出指從控制系統(tǒng)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參量，一個(gè)參量叫做一個(gè)點(diǎn)。比較困難數(shù)據(jù)采集平臺(tái)Y1Y2比較容易工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用近似計(jì)算0.4.5基于人工采集終端場(chǎng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集，則通過現(xiàn)場(chǎng)工位機(jī)、移動(dòng)終端、條碼掃描槍等人工采集終端進(jìn)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(shí)間、生產(chǎn)數(shù)量、檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)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(dòng)性，在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、客觀性等方面有所欠缺?，F(xiàn)場(chǎng)工位機(jī)移動(dòng)終端條碼掃描槍人工采集終端工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用《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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)賦能人才培養(yǎng)項(xiàng)目一采集工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)任務(wù)一規(guī)劃工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集方案>>賽賽項(xiàng)項(xiàng)組組成成賦能萬物，連接未來0

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4任務(wù)說明知識(shí)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施課后思考任務(wù)描述項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)結(jié)束后，R公司開始展開實(shí)施工作。實(shí)施項(xiàng)目經(jīng)理唐工和帶著羅工到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步了解項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況，收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的基本情況，包括設(shè)備接口、通信協(xié)議、布局等，從而梳理采集方案、規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)布局。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用知識(shí)導(dǎo)圖工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用任務(wù)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：了解裝備制造設(shè)備資產(chǎn)管理的特點(diǎn)和內(nèi)容；熟悉對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的設(shè)備的調(diào)研內(nèi)容；熟悉采集點(diǎn)表的內(nèi)容；技能目標(biāo)：工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用能對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備情況進(jìn)行調(diào)研，獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的型號(hào)、數(shù)量、通信協(xié)議、硬件是否可拓展等信息；能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行調(diào)研；能根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)圖；能根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況和業(yè)務(wù)需求梳理出完整的采集點(diǎn)表信息；賽賽項(xiàng)項(xiàng)組組成成賦能萬物，連接未來0

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4任務(wù)說明知識(shí)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施課后思考1.設(shè)備資產(chǎn)數(shù)字化管理（1）企業(yè)的設(shè)備資產(chǎn)管理生產(chǎn)企業(yè)的核心業(yè)務(wù)是生產(chǎn)，生產(chǎn)管理的重點(diǎn)之一是設(shè)備，設(shè)備是工藝的體現(xiàn)，是生產(chǎn)訂單的最基礎(chǔ)執(zhí)行單元，是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素。在企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，設(shè)備管理的主要內(nèi)容是設(shè)

備資產(chǎn)及技術(shù)管理、設(shè)備缺陷及事故管理等，其核心

是整合設(shè)備的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，為企業(yè)提供優(yōu)良的設(shè)備

和更低的生產(chǎn)成本，使企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)建立在極

佳的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)之上；提升設(shè)備管理水平和運(yùn)行效

率，可確保企業(yè)在安全生產(chǎn)的前提下，提高生產(chǎn)效率。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用1.設(shè)備資產(chǎn)數(shù)字化管理工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用（1）企業(yè)的設(shè)備資產(chǎn)管理裝備制造企業(yè)作為“資產(chǎn)密集型”企業(yè)，尤為重視生產(chǎn)設(shè)備及其他制造資源的管理工作，通常把設(shè)備管理工作作為工作重點(diǎn)。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量就有保證，產(chǎn)值，成本、利潤(rùn)就能完成。1.設(shè)備資產(chǎn)數(shù)字化管理（2）設(shè)備資產(chǎn)數(shù)字化管理需求傳統(tǒng)的裝備制造企業(yè)面對(duì)大量的高價(jià)值、高折舊、維護(hù)難度大，且星布于較大的區(qū)域內(nèi)的戰(zhàn)略資產(chǎn)，管理項(xiàng)目多且復(fù)雜，從資產(chǎn)管理的角度，對(duì)于如此龐大的實(shí)體資產(chǎn)，需要系統(tǒng)化的，全生命周期的過程管理，從資產(chǎn)投資到資產(chǎn)報(bào)廢清理，管好固定資產(chǎn)，就管好了企業(yè)的生產(chǎn)資料。傳統(tǒng)管理模式下，企業(yè)生產(chǎn)保障部門大量人員從事資產(chǎn)的日常紙質(zhì)記錄、全域設(shè)備巡檢，為了應(yīng)對(duì)突發(fā)停機(jī)事件，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采購(gòu)冗余的備品備件，制定經(jīng)驗(yàn)大修計(jì)劃。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用1.設(shè)備資產(chǎn)數(shù)字化管理（2）設(shè)備資產(chǎn)數(shù)字化管理需求隨著我國(guó)工業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式已經(jīng)明顯不

適合當(dāng)今大數(shù)據(jù)量、快節(jié)奏的實(shí)用需求，越來越多的企業(yè)需要通

過信息化手段來打造一個(gè)靈活高效、安全可靠的設(shè)備數(shù)字化管理

系統(tǒng)，并連接企業(yè)內(nèi)部各生產(chǎn)部門和運(yùn)營(yíng)部門，便于企業(yè)整體計(jì)

劃并分配合理資源、輔助企業(yè)提高故障預(yù)測(cè)、監(jiān)控和處理能力、

減少故障率，為設(shè)備管理人員和企業(yè)管理者提供決策依據(jù)，有效

提升企業(yè)設(shè)備資產(chǎn)管理水平和質(zhì)量，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低設(shè)

備管理成本，提升設(shè)備運(yùn)行效率，從而使企業(yè)獲得更高經(jīng)濟(jì)效益，滿足企業(yè)發(fā)展的需求。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用1.設(shè)備資產(chǎn)數(shù)字化管理（2）設(shè)備資產(chǎn)數(shù)字化管理需求如圖所示是GBT

39116-2020(智能制造能力成熟度模型)標(biāo)準(zhǔn)中，設(shè)備管理應(yīng)在不同階段應(yīng)達(dá)到的水平。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用賽賽項(xiàng)項(xiàng)組組成成賦能萬物，連接未來0

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4任務(wù)說明知識(shí)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施課后思考1.調(diào)研工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研設(shè)備情況在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前，需要對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行調(diào)研，調(diào)研內(nèi)容包括工業(yè)設(shè)備的設(shè)備類型、型號(hào)、通信協(xié)議、協(xié)議授權(quán)情況、硬件拓展情況、現(xiàn)有組網(wǎng)方式、現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)情況等信息，以便后續(xù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和物料準(zhǔn)備。具體需調(diào)研記錄的信息條目如下：

設(shè)備名稱：工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備名稱，命名需按一定的規(guī)則，方便理解和記憶，例如幾個(gè)車間都有同一類設(shè)備，命名則需進(jìn)行區(qū)分，如加車間名作為前綴等。

設(shè)備品牌、型號(hào)、數(shù)量：按實(shí)際情況填寫，主要用于計(jì)算實(shí)施工作量或采購(gòu)所需準(zhǔn)備的網(wǎng)關(guān)數(shù)量及耗材等。工作站控制器型號(hào)：按實(shí)際情況填寫，便于采購(gòu)匹配的工業(yè)網(wǎng)關(guān)。

是否已經(jīng)開通OPC/API：根據(jù)開通OPC或者API來確認(rèn)采集方式，本項(xiàng)目不涉及此項(xiàng)。通信協(xié)議：便于后續(xù)選型可匹配支持該通信協(xié)議的工業(yè)網(wǎng)關(guān)。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用1.調(diào)研工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研設(shè)備情況具體需調(diào)研記錄的信息條目如下：

通信協(xié)議是否授權(quán)：設(shè)備通信協(xié)議授權(quán)信息需要與甲方確認(rèn)，查看是否有相關(guān)的授權(quán)，有些設(shè)備是專用控制器且不開放通信協(xié)議，通信協(xié)議沒有得到授權(quán)則無法通過協(xié)議采集的方式進(jìn)行采集，會(huì)增加采集難度和費(fèi)用，此作為評(píng)估采集方式和成本的內(nèi)容之一。

是否組網(wǎng)（組網(wǎng)方式）：查看該設(shè)備是否與其他設(shè)備組網(wǎng)，并記錄其組網(wǎng)方式及設(shè)備地址，便于后續(xù)網(wǎng)關(guān)的聯(lián)網(wǎng)及地址配置。

接口是否有空余：查看工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)關(guān)口、串口是否有空余，如果沒有則需要采購(gòu)對(duì)應(yīng)的拓展接口的配件，如交換機(jī)。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用1.調(diào)研工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（1）調(diào)研設(shè)備情況具體需調(diào)研記錄的信息條目如下：

硬件是否可拓展：例如啞設(shè)備是否可添加IO端口，PLC的IO端口是否可拓展等。

有無源程序或點(diǎn)表：運(yùn)行設(shè)備是否保留有源程序和數(shù)據(jù)點(diǎn)表，便于后續(xù)梳理采集點(diǎn)表。

已有傳感器類型及型號(hào)：按實(shí)際情況，主要是便于對(duì)采集的數(shù)據(jù)做業(yè)務(wù)分析。

傳感器作用：記錄每個(gè)傳感器的作用，如不同位置安裝的光電傳感器，起不同的作用，分別記錄，以便理解采集的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)信息。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用1.調(diào)研工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（1）調(diào)研設(shè)備情況本任務(wù)中，唐工和羅工經(jīng)過調(diào)研得知，G公司有12個(gè)集成的生產(chǎn)工作站，每個(gè)生產(chǎn)工作站互相獨(dú)立，沒有組成車間局域網(wǎng)，每個(gè)工作站的生產(chǎn)執(zhí)行設(shè)備、周邊輔助設(shè)備和PLC通過一個(gè)小型交換機(jī)組網(wǎng)；他們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，把設(shè)備調(diào)研信息填寫到了的表格中，本書示例了其中一種設(shè)備的填寫，如表所示。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用設(shè)備名稱品牌型號(hào)數(shù)量控制器型號(hào)通信協(xié)議通信協(xié)議是否是否組網(wǎng)（組授權(quán)

網(wǎng)方式）接口是否有空余

硬件是否可擴(kuò)（網(wǎng)口、串口）

展有無源程序或點(diǎn)表（包括控制器及上位機(jī)）已有傳感器類型及型號(hào)傳感器作用PLC西門子S7-1200系列121212CS7是否是是是無無………………………………1.調(diào)研工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（2）調(diào)研網(wǎng)絡(luò)情況除了對(duì)設(shè)備情況進(jìn)行調(diào)研，還需要調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)情況，并把結(jié)果填寫到表中，以便根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行