工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù) 習(xí)題答案 蔡建軍 項(xiàng)目1-3

項(xiàng)目1任務(wù)1.1認(rèn)識工業(yè)數(shù)據(jù)1. 選擇題（1）A（2）D（3）A2. 簡答題（1）什么是工業(yè)數(shù)據(jù)？參考答案：工業(yè)數(shù)據(jù)是工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品和服務(wù)在全生命周期產(chǎn)生和應(yīng)用的數(shù)據(jù)，廣義上包括但不限于工業(yè)企業(yè)在研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、運(yùn)維服務(wù)等環(huán)節(jié)中生成和使用的數(shù)據(jù)，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺企業(yè)在設(shè)備接入、平臺運(yùn)行、工業(yè)App應(yīng)用等過程中生成和使用的數(shù)據(jù)。（2）簡單描述在工業(yè)中常見的與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的應(yīng)用場景。參考答案：工業(yè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用覆蓋工業(yè)生產(chǎn)的全流程和產(chǎn)品的全生命周期。工業(yè)數(shù)據(jù)的作用主要表現(xiàn)為狀態(tài)描述、診斷分析、預(yù)測預(yù)警、輔助決策等方面，在智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制和服務(wù)化延伸四類場景下發(fā)揮著核心的驅(qū)動作用。（3）簡單描述工業(yè)數(shù)據(jù)體系。參考答案：數(shù)據(jù)體系是工業(yè)智能化的核心驅(qū)動，包括數(shù)據(jù)采集交換、集成處理、建模分析、決策優(yōu)化和反饋控制等功能模塊。數(shù)據(jù)體系表現(xiàn)為通過海量數(shù)據(jù)的采集交換、異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成處理、機(jī)器數(shù)據(jù)的邊緣計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓袒⒒谠频拇髷?shù)據(jù)計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場狀況，協(xié)作企業(yè)信息、市場用戶需求的精確計(jì)算和復(fù)雜分析。數(shù)據(jù)體系可協(xié)助形成企業(yè)運(yùn)營的管理決策以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的控制指令，驅(qū)動從機(jī)器設(shè)備、運(yùn)營管理到商業(yè)活動的智能和優(yōu)化。工業(yè)數(shù)據(jù)架構(gòu)從功能視角看，主要由數(shù)據(jù)采集與交換、數(shù)據(jù)預(yù)處理與存儲、數(shù)據(jù)建模與數(shù)據(jù)分析和決策與控制應(yīng)用4個(gè)層次組成。任務(wù)1.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集方案分析1. 選擇題（1）A（2）C（3）D2. 簡答題（1）什么是工業(yè)數(shù)據(jù)采集？參考答案：工業(yè)數(shù)據(jù)采集是利用泛在感知技術(shù)對多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、運(yùn)營環(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)采集對應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構(gòu)中的邊緣層，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)。（2）簡單描述工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集的方式。參考答案：工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集有3種方式：分別是數(shù)據(jù)系統(tǒng)直接聯(lián)網(wǎng)通信，通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行采集和通過遠(yuǎn)程IO進(jìn)行采集。（1）直接聯(lián)網(wǎng)通信直接聯(lián)網(wǎng)是指借助數(shù)控系統(tǒng)自身的通信協(xié)議、通信網(wǎng)口，不添加任何硬件，直接與車間的局域網(wǎng)進(jìn)行連接，與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器進(jìn)行通信，服務(wù)器上的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的展示、統(tǒng)計(jì)、分析，一般可實(shí)現(xiàn)對機(jī)床開機(jī)、關(guān)機(jī)、運(yùn)行、暫停、報(bào)警狀態(tài)的采集，及報(bào)警信息的記錄。（2）工業(yè)網(wǎng)關(guān)采集對于沒有以太網(wǎng)通信接口，或不支持以太網(wǎng)通信的數(shù)控系統(tǒng)，可以借助工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)的方式連接數(shù)控機(jī)床的PLC控制器，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的開機(jī)、關(guān)機(jī)、運(yùn)行、暫停、報(bào)警狀態(tài)。（3）遠(yuǎn)程IO采集對于不能直接進(jìn)行以太網(wǎng)口通信，又沒有PLC控制單元的設(shè)備，可以通過部署遠(yuǎn)程IO進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，通過遠(yuǎn)程IO的方式可以實(shí)時(shí)采集到設(shè)備的開機(jī)、關(guān)機(jī)、運(yùn)行、報(bào)警、暫停狀態(tài)。（3）簡單說明工業(yè)數(shù)據(jù)采集有哪些特點(diǎn)？參考答案：工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集具有一些鮮明的特征，在面對具體需求時(shí)，不同場景會對技術(shù)選型產(chǎn)生影響，例如設(shè)備的組網(wǎng)方式、數(shù)據(jù)傳輸方式、數(shù)據(jù)本地化處理、數(shù)據(jù)匯聚和管理等。（1）多種工業(yè)協(xié)議并存工業(yè)領(lǐng)域使用的通信協(xié)議有很多，如PROFIBUS、Modbus、CAN、HART、EtherCAT、EthernetIP、Modbus/TCP、PROFINET、OPCUA，以及大量的廠商私有協(xié)議。這種狀況出現(xiàn)，很大程度上是因?yàn)楣I(yè)軟硬件系統(tǒng)存在較強(qiáng)的封閉性和復(fù)雜性。（2）時(shí)間序列數(shù)據(jù)工業(yè)數(shù)據(jù)采集大多數(shù)時(shí)候帶有時(shí)間戳，即數(shù)據(jù)在什么時(shí)刻采集。大量工業(yè)數(shù)據(jù)建模、工業(yè)知識組件和算法組件，均以時(shí)間序列數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，例如時(shí)域分析或頻域分析方法，都要求原始數(shù)據(jù)包含時(shí)間維度信息。（3）實(shí)時(shí)性工業(yè)數(shù)據(jù)采集的一個(gè)很大特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性，包括數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性以及數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性。任務(wù)1.3認(rèn)識工業(yè)大數(shù)據(jù)與云計(jì)算1. 選擇題（1）D（2）D（3）A2. 簡答題（1）什么是工業(yè)大數(shù)據(jù)？參考答案：工業(yè)大數(shù)據(jù)是指在工業(yè)領(lǐng)域信息化應(yīng)用中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心，是工業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)鍵。工業(yè)大數(shù)據(jù)是基于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，貫穿于工業(yè)的設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等各環(huán)節(jié)，使工業(yè)系統(tǒng)具備描述、診斷、預(yù)測、決策、控制等智能化功能的模式和結(jié)果。（2）簡單描述工業(yè)云計(jì)算在數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的應(yīng)用。參考答案：首先，云計(jì)算可以幫助工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚和整合。通過云計(jì)算，工業(yè)企業(yè)可以將分布在各個(gè)位置的數(shù)據(jù)匯聚到云端，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合和共享。其次，云計(jì)算可以幫助工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的挖掘和分析。通過云計(jì)算，工業(yè)企業(yè)可以利用云計(jì)算提供的大規(guī)模計(jì)算能力，處理和分析大量的數(shù)據(jù)，從而獲得更加準(zhǔn)確和有用的信息。第三，云計(jì)算可以幫助工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化的數(shù)據(jù)分析。通過云計(jì)算，工業(yè)企業(yè)可以利用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)數(shù)據(jù)的智能化分析和預(yù)測，從而實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的優(yōu)化和智能化。（3）什么是云計(jì)算？參考答案：云計(jì)算是一種計(jì)算模型，可以隨時(shí)隨地的按需訪問共享的、可配置的計(jì)算資源池（如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用程序和服務(wù)），只需最少的管理工作就可以快速配置和分發(fā)。云計(jì)算為用戶提供三種級別的效勞：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）。項(xiàng)目2任務(wù)2.1數(shù)據(jù)采集設(shè)備安裝1. 選擇題（1）B（2）C（3）D2. 簡答題（1）什么是工業(yè)傳感器？參考答案：傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。（2）簡單說明工業(yè)溫濕度傳感器有哪些類型？參考答案：工業(yè)溫濕度傳感器主要可以分為以下3種類型。①溫濕度一體化模擬量型傳感器②RS485型溫濕度傳感器③網(wǎng)絡(luò)型溫濕度傳感器，包括以太網(wǎng)型溫濕度傳感器、WiFi無線數(shù)據(jù)傳輸溫濕度傳感器和基于GPRS傳輸?shù)臏貪穸葌鞲衅?。?）簡單描述工業(yè)溫濕度傳感器的安裝方法。參考答案：大多數(shù)的工業(yè)溫濕度傳感器都可以通過以下兩種方式進(jìn)行安裝。①葫蘆孔安裝在墻面固定位置打入自攻絲及膨脹螺絲，壁掛方式掛接到葫蘆孔。②掛壁扣安裝掛鉤一面使用沉頭螺釘安裝到墻壁上，另一面使用螺絲釘安裝到設(shè)備上，然后將兩部分掛到一起即可。任務(wù)2.2工業(yè)網(wǎng)關(guān)配置1. 選擇題（1）A（2）C（3）C2. 簡答題（1）什么是網(wǎng)關(guān)和工業(yè)網(wǎng)關(guān)？參考答案：網(wǎng)關(guān)又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。默認(rèn)網(wǎng)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)層以上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，是最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，僅用于兩個(gè)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連。網(wǎng)關(guān)既可以用于廣域網(wǎng)互連，也可以用于局域網(wǎng)互連。工業(yè)網(wǎng)關(guān)是連接互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)和控制層之間的核心設(shè)備，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中起著承上啟下的作用，上即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等，下即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、可編程邏輯控制器（PLC）、數(shù)控機(jī)床（CNC）、傳感器等。（2）簡單說明工業(yè)網(wǎng)關(guān)的設(shè)備接口與上傳接口分別是什么？參考答案：設(shè)備接口是指設(shè)備接入工業(yè)網(wǎng)關(guān)的接口，上傳接口是指工業(yè)網(wǎng)關(guān)采集到設(shè)備數(shù)據(jù)后對接服務(wù)器或云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳的接口。①串行接口②鳳凰接線端子（3）什么是串行接口？參考答案：串行接口（SerialInterface）簡稱“串口”，也稱串行通信接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴(kuò)展接口（串行通信是指將數(shù)據(jù)按位依次傳輸，通信雙方按位進(jìn)行，遵守時(shí)序的一種通信方式）。任務(wù)2.3工業(yè)數(shù)據(jù)采集1. 選擇題（1）B（2）C（3）A2. 簡答題（1）簡單描述對工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集時(shí)需要注意的問題？參考答案：工業(yè)數(shù)據(jù)的收集需要注意以下3個(gè)方面。①數(shù)據(jù)輸入點(diǎn)最好是在事件發(fā)生地附近。②最好能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。如果數(shù)據(jù)記錄的延遲時(shí)間過多，則觀察對象可能已經(jīng)發(fā)生了變化。③盡可能采用自動化技術(shù)來采集數(shù)據(jù)，替代人工的收集和記錄，這一點(diǎn)和數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目的契合度極高。（2）簡單傳感器設(shè)備在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的作用？參考答案：工業(yè)傳感器設(shè)備在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過智能網(wǎng)關(guān)上報(bào)給智能管理云平臺，是工業(yè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化的真正基礎(chǔ)，它可以監(jiān)控設(shè)備的環(huán)境條件，評估生產(chǎn)線，通過收集的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的評估，發(fā)現(xiàn)潛在的安全問題，甚至通過與智能網(wǎng)關(guān)的結(jié)合做到遠(yuǎn)程操控。（3）簡單描述什么是從機(jī)設(shè)備？參考答案：對于支持Modbus協(xié)議的設(shè)備，有從機(jī)設(shè)備的概念。一個(gè)RS485總線上可以掛載多個(gè)從機(jī)設(shè)備。每個(gè)從機(jī)設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址。每個(gè)從機(jī)設(shè)備可以是傳感器，儀表等。平臺通過Modbus協(xié)議與每個(gè)從機(jī)設(shè)備進(jìn)行通信。平臺上一個(gè)從機(jī)設(shè)備對應(yīng)一個(gè)傳感器設(shè)備。項(xiàng)目3任務(wù)3.1工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸1. 選擇題（1）D（2）B（3）C2. 簡答題（1）什么是有線通信技術(shù)？參考答案：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)包含的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)按照數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)主要分為有線通信技術(shù)和無線通信技術(shù)兩大類。①有線通信技術(shù)。有線通信技術(shù)采用有線傳輸介質(zhì)連接通信設(shè)備，為通信設(shè)備之間提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硗ǖ?。很多介質(zhì)都可以作為通信中使用的傳輸介質(zhì)，但這些介質(zhì)本身有不同的屬性，適用于不同的環(huán)境條件。在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最常用的有線傳輸介質(zhì)為雙絞線和光纖。②無線通信技術(shù)。無線通信技術(shù)在信號發(fā)射設(shè)備上通過調(diào)制將信息加載于無線電波之上，當(dāng)電波通過空間傳播到達(dá)收信端時(shí)，電波引起的電磁場變化又會在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流，通過解調(diào)將信息從電流變化中提取出來，從而達(dá)到信息傳遞的目的。無線通信的終端部分使用電磁波89作為傳輸媒質(zhì)，具有成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)展性好、連接便捷等優(yōu)點(diǎn)。（2）什么是過程數(shù)據(jù)？參考答案：過程數(shù)據(jù)指的就是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種傳感器、監(jiān)控設(shè)備等智能化設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使得大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不斷地被自動化控制系統(tǒng)獲取，這些數(shù)據(jù)包含著大量的信息和價(jià)值。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)可以將這些數(shù)據(jù)迅速進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對自動化控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。（3）列舉常用的現(xiàn)場總線協(xié)議？參考答案：①PROFIBUS協(xié)議②PROFINET協(xié)議，③Modbus協(xié)議④RS232和RS485串行接口⑤CC-Link項(xiàng)目3任務(wù)3.2工業(yè)數(shù)據(jù)處理1. 選擇題（1）A（2）D（3）C2. 簡答題（1）什么是工業(yè)數(shù)據(jù)處理以及其包含的內(nèi)容？參考答案：工業(yè)數(shù)據(jù)處理是指對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、加工和存儲，以提取其中有價(jià)值的信息和知識，指導(dǎo)生產(chǎn)、優(yōu)化流程、提高效率、降低成本等。工業(yè)數(shù)據(jù)在業(yè)務(wù)邏輯上大致可以分為3個(gè)部分，數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)展現(xiàn)層。當(dāng)然，根據(jù)不同的應(yīng)用場景，還可以細(xì)分為更多的層次，比如數(shù)據(jù)處理可以分為元數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)交互層、數(shù)據(jù)分