工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用 課件 機械 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)采集概述賽賽項項組組成成賦能萬物，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。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)。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用賽賽項項組組成成賦能萬物，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)控制的準確性，大幅增強了生產(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。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。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，基于知識庫和自學習機制建立故障智能診斷模型，實現(xiàn)設(shè)備故障精準定位。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)。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)字化工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用賽賽項項組組成成賦能萬物，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。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。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。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用賽賽項項組組成成賦能萬物，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)采集的實現(xiàn)0.4工業(yè)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)本書的學習任務(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。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，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。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用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)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、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。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。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)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準及協(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)議主要是負責子網(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)議標準，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-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，負責設(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)備改硬件平臺數(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、無法評估風險的關(guān)鍵工藝設(shè)備或產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備進行使用。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)采集的曲線救國方式某些情況下，在直接采集某目標量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?？梢匝b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。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比較容易工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用近似計算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、準確性、客觀性等方面有所欠缺?，F(xiàn)場工位機移動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)一規(guī)劃工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集方案>>賽賽項項組組成成賦能萬物，連接未來0

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4任務(wù)說明知識準備任務(wù)實施課后思考任務(wù)描述項目啟動會結(jié)束后，R公司開始展開實施工作。實施項目經(jīng)理唐工和帶著羅工到現(xiàn)場進一步了解項目現(xiàn)場情況，收集現(xiàn)場設(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)用知識導圖工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用任務(wù)目標知識目標：了解裝備制造設(shè)備資產(chǎn)管理的特點和內(nèi)容；熟悉對工業(yè)現(xiàn)場需要進行數(shù)據(jù)采集的設(shè)備的調(diào)研內(nèi)容；熟悉采集點表的內(nèi)容；技能目標：工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用能對項目現(xiàn)場的設(shè)備情況進行調(diào)研，獲取現(xiàn)場設(shè)備的型號、數(shù)量、通信協(xié)議、硬件是否可拓展等信息；能對現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)情況進行調(diào)研；能根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場情況規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓補圖；能根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場情況和業(yè)務(wù)需求梳理出完整的采集點表信息；賽賽項項組組成成賦能萬物，連接未來0

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4任務(wù)說明知識準備任務(wù)實施課后思考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)營活動中，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)營活動建立在極

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。設(shè)備運行狀態(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)面對大量的高價值、高折舊、維護難度大，且星布于較大的區(qū)域內(nèi)的戰(zhàn)略資產(chǎn)，管理項目多且復(fù)雜，從資產(chǎn)管理的角度，對于如此龐大的實體資產(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)對突發(fā)停機事件，根據(jù)經(jīng)驗采購冗余的備品備件，制定經(jīng)驗大修計劃。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

適合當今大數(shù)據(jù)量、快節(jié)奏的實用需求，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)部門和運營部門，便于企業(yè)整體計

劃并分配合理資源、輔助企業(yè)提高故障預(yù)測、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，延長設(shè)備使用壽命，降低設(shè)

備管理成本，提升設(shè)備運行效率，從而使企業(yè)獲得更高經(jīng)濟效益，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)標準中，設(shè)備管理應(yīng)在不同階段應(yīng)達到的水平。工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)與應(yīng)用賽賽項項組組成成賦能萬物，連接未來0

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4任務(wù)說明知識準備任務(wù)實施課后思考1.調(diào)研工業(yè)現(xiàn)場調(diào)研設(shè)備情況在進行數(shù)據(jù)采集前，需要對工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備進行調(diào)研，調(diào)研內(nèi)容包括工業(yè)設(shè)備的設(shè)備類型、型號、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)進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和物料準備。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，例如幾個車間都有同一類設(shè)備，命名則需進行區(qū)分，如加車間名作為前綴等。

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

是否已經(jīng)開通OPC/API：根據(jù)開通OPC或者API來確認采集方式，本項目不涉及此項。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，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)議采集的方式進行采集，會增加采集難度和費用，此作為評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)場的網(wǎng)關(guān)口、串口是否有空余，如果沒有則需要采購對應(yīng)的拓展接口的配件，如交換機。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（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。

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

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

傳感器作用：記錄每個傳感器的作用，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（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個集成的生產(chǎn)工作站，每個生產(chǎn)工作站互相獨立，沒有組成車間局域網(wǎng)，每個工作站的生產(chǎn)執(zhí)行設(shè)備、周邊輔助設(shè)備和PLC通過一個小型交換機組網(wǎng)；他們根據(jù)現(xiàn)場情況，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)備名稱品牌型號數(shù)量控制器型號通信協(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（網(wǎng)口、串口）

展有無源程序或點表（包括控制器及上位機）已有傳感器類型及型號傳感器作用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（2）調(diào)研網(wǎng)絡(luò)情況除了對設(shè)備情況進行調(diào)研，還需要調(diào)研現(xiàn)場的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)情況，并把結(jié)果填寫到表中，以便根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)情況進行