工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù) 課件 任務(wù)4.1 工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)搭建

項(xiàng)目4工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)任務(wù)1工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)搭建

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，工業(yè)數(shù)據(jù)采集與傳輸已成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化、高效化生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸方式往往受到距離、網(wǎng)絡(luò)覆蓋等因素的限制，無(wú)法滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)線中設(shè)備是否能夠接入網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地的關(guān)鍵，許多工業(yè)領(lǐng)域的管理者都將設(shè)備聯(lián)網(wǎng)視為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地的第一步。

工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)總體上分為有線和無(wú)線兩種，4G是常用的無(wú)線工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。4G網(wǎng)關(guān)可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)設(shè)備上網(wǎng)。這類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)卡類(lèi)似生活中常見(jiàn)的手機(jī)SIM卡，都能實(shí)現(xiàn)無(wú)線聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)收發(fā)等功能，區(qū)別是物聯(lián)網(wǎng)卡專(zhuān)門(mén)面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)打造，用來(lái)保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，常用于有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線WIFI不能覆蓋的區(qū)域。優(yōu)點(diǎn)是即插即用，靈活方便，不用現(xiàn)場(chǎng)布線。

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)

基于4G工業(yè)網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，采用先進(jìn)的4G通信技術(shù)，通過(guò)4G工業(yè)網(wǎng)關(guān)與PLC(可編程邏輯控制器)等工業(yè)設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與傳輸。4G工業(yè)網(wǎng)關(guān)是一種集成了多種通信接口和工控協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，可以接入不同類(lèi)型的設(shè)備和傳感器，如PLC、DCS、傳感器設(shè)備等，通過(guò)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力，采集設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)、工藝等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行邊緣計(jì)算，數(shù)據(jù)清洗、過(guò)濾、標(biāo)準(zhǔn)化，再通過(guò)4G等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫嘶驍?shù)據(jù)中心，具備穩(wěn)定、高速、安全的數(shù)據(jù)傳輸能力，適用于不同工業(yè)環(huán)境和需求。

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)被4G工業(yè)網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)皆贫嘶驍?shù)據(jù)中心進(jìn)行進(jìn)一步處理和分析。云端平臺(tái)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)和工藝等數(shù)據(jù)，并生成報(bào)表和趨勢(shì)分析圖表。管理人員可以通過(guò)手機(jī)、電腦等設(shè)備隨時(shí)查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。提高生產(chǎn)效率和管理水平。通過(guò)設(shè)置閾值和規(guī)則，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和異常情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)觸發(fā)報(bào)警通知管理人員進(jìn)行處理。同時(shí)，數(shù)據(jù)還可以轉(zhuǎn)發(fā)給MES系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)過(guò)程全數(shù)據(jù)鏈的實(shí)時(shí)連通和實(shí)時(shí)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)工廠智能化應(yīng)用。

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)了解數(shù)據(jù)上傳的形式與過(guò)程；熟悉MQTT協(xié)議以及平臺(tái)內(nèi)部的MQTTAPI；了解HTTP協(xié)議以及平臺(tái)內(nèi)部的HTTPAPI，能夠采用遙測(cè)的方式發(fā)送數(shù)據(jù)到平臺(tái)設(shè)備端。

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)了解數(shù)據(jù)上傳的形式與過(guò)程；熟悉MQTT協(xié)議以及平臺(tái)內(nèi)部的MQTTAPI；了解HTTP協(xié)議以及平臺(tái)內(nèi)部的HTTPAPI，能夠采用遙測(cè)的方式發(fā)送數(shù)據(jù)到平臺(tái)設(shè)備端。

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基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)任務(wù)描述了解數(shù)據(jù)上傳的形式與過(guò)程；熟悉MQTT協(xié)議以及平臺(tái)內(nèi)部的MQTTAPI；了解HTTP協(xié)議以及平臺(tái)內(nèi)部的HTTPAPI，能夠采用遙測(cè)的方式發(fā)送數(shù)據(jù)到平臺(tái)設(shè)備端。

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)任務(wù)描述了解數(shù)據(jù)上傳的形式與過(guò)程；熟悉MQTT協(xié)議以及平臺(tái)內(nèi)部的MQTTAPI；了解HTTP協(xié)議以及平臺(tái)內(nèi)部的HTTPAPI，能夠采用遙測(cè)的方式發(fā)送數(shù)據(jù)到平臺(tái)設(shè)備端。

使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動(dòng)數(shù)據(jù)

工業(yè)數(shù)據(jù)采集體系包括設(shè)備接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換、邊緣計(jì)算。設(shè)備接入是工業(yè)數(shù)據(jù)采集建立物理世界和數(shù)字世界連接的起點(diǎn)。設(shè)備接入利用有線或無(wú)線通信方式，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和工廠外智能產(chǎn)品/移動(dòng)裝備的泛在連接，將數(shù)據(jù)上報(bào)到云端。工業(yè)數(shù)據(jù)采集發(fā)展了這么多年，存在設(shè)備接入的復(fù)雜性和多樣性。

數(shù)據(jù)接入后，將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、轉(zhuǎn)換，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層協(xié)議如MQTT、HTTP上傳到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。部分工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，在協(xié)議轉(zhuǎn)換后，可能在本地做即時(shí)數(shù)據(jù)分析和預(yù)處理，再上傳到云端，提升即時(shí)性并降低網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力。

使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動(dòng)數(shù)據(jù)邊緣計(jì)算近幾年發(fā)展迅速，大家越來(lái)越意識(shí)到數(shù)據(jù)就近處理的優(yōu)勢(shì)，無(wú)論是實(shí)效性還是出于數(shù)據(jù)安全性考慮，或是網(wǎng)絡(luò)的可靠性，邊緣計(jì)算在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系中扮演著重要角色，邊云協(xié)同也逐漸成了共識(shí)。根據(jù)硬件載體不同，將設(shè)備接入產(chǎn)品分為以下3類(lèi)，分類(lèi)并非絕對(duì)，不同類(lèi)別之間的差異，在于其側(cè)重點(diǎn)不同。第一類(lèi)是通用控制器，第二類(lèi)是專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊，第三類(lèi)是智能產(chǎn)品和終端，本視頻主要講解專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊。

使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動(dòng)數(shù)據(jù)專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊，采集現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象的物理信號(hào)，傳感器將物理信號(hào)變換為電信號(hào)后，專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)模擬電路的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器或數(shù)字電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可讀的數(shù)字量。

例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用力傳感器實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)混凝土應(yīng)力狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，為風(fēng)機(jī)混凝土基礎(chǔ)承載力的評(píng)估提供依據(jù)，同時(shí)利用加速度傳感器采集振動(dòng)信號(hào)，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)振動(dòng)狀況并發(fā)送檢測(cè)信息，根據(jù)檢測(cè)信息有效控制風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，避免由于共振而造成的結(jié)構(gòu)失效，并對(duì)超出幅度閾值的振動(dòng)進(jìn)行安全預(yù)警。

使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動(dòng)數(shù)據(jù)

將力傳感器和加速度傳感器安裝固定于風(fēng)機(jī)上，傳感器輸出端連接到專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端，專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到本地或遠(yuǎn)端服務(wù)器，進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)分析和可視化。

專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊的形式可能是數(shù)據(jù)采集板卡、嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。對(duì)于自動(dòng)化裝備或機(jī)器人，如果某些關(guān)注的數(shù)據(jù)缺失，無(wú)法從其通用控制器直接獲取，此時(shí)可通過(guò)加裝傳感器，配合專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊的方式，完成更多維度的數(shù)據(jù)采集，這種做法很常見(jiàn)。

使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動(dòng)數(shù)據(jù)

本節(jié)主要講解使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動(dòng)數(shù)據(jù)振動(dòng)是指物體或質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近所作有規(guī)律的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)的強(qiáng)弱用振動(dòng)量來(lái)衡量，振動(dòng)量可以是振動(dòng)體的位移、速度或加速度。振動(dòng)量如果超過(guò)允許范圍，機(jī)械設(shè)備將產(chǎn)生較大的動(dòng)載荷和噪聲，從而影響其工作性能和使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致零部件的早期失效。例如，透平葉片因振動(dòng)而產(chǎn)生的斷裂，可以引起嚴(yán)重事故。由于現(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)速度日益提高，振動(dòng)的危害更為突出

使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動(dòng)數(shù)據(jù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)振動(dòng)量，如振動(dòng)體的位移、速度或加速度進(jìn)行測(cè)量，可用于對(duì)機(jī)器和設(shè)施進(jìn)行基于狀態(tài)的維護(hù)。它們有助于及時(shí)檢測(cè)出機(jī)器損壞并防止代價(jià)高昂的間接損失。振動(dòng)監(jiān)測(cè)類(lèi)產(chǎn)品包括振動(dòng)變送器、振動(dòng)傳感器、速度傳感器和加速度傳感器。振動(dòng)變送器和振動(dòng)傳感器可檢測(cè)出損壞的軸承及驅(qū)動(dòng)器和旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件的不平衡問(wèn)題。當(dāng)速度傳感器與電子診斷裝置結(jié)合使用時(shí)，可作為振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)大型傳動(dòng)裝置進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)。

使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動(dòng)數(shù)據(jù)機(jī)械上最普遍的振動(dòng)問(wèn)題，大多數(shù)都發(fā)生在轉(zhuǎn)子上，例如不平衡，不對(duì)中，摩擦等。而對(duì)于有些機(jī)械，軸振動(dòng)的大部分被傳到軸承座上，在這種情況下，測(cè)量軸承殼的振動(dòng)，對(duì)于機(jī)械的綜合工況，可以提供有意義的信息。機(jī)械的被測(cè)點(diǎn)位置，一般要求在靠近軸承的位置的軸承座上或機(jī)殼上。因?yàn)檗D(zhuǎn)子的振動(dòng)通過(guò)軸承傳到軸承座上以及附近的機(jī)殼上，該位置的振動(dòng)相對(duì)較大，可以比較準(zhǔn)確地進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。測(cè)量方向有垂直和水平兩個(gè)方向。

使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動(dòng)數(shù)據(jù)如圖所示，HZD-D/S-Y型智能振動(dòng)監(jiān)控儀與HD-ST-6振動(dòng)傳感器配套使用，可用來(lái)測(cè)量軸承座，機(jī)殼或者結(jié)構(gòu)的振動(dòng)速度或振動(dòng)位移，對(duì)于電機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等要測(cè)量多點(diǎn)振動(dòng)的情況，該監(jiān)控儀尤其適用。

使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動(dòng)數(shù)據(jù)振動(dòng)監(jiān)控儀的主要功能如下：實(shí)現(xiàn)智能處理：報(bào)警Ⅰ值、Ⅱ值、量程值可通過(guò)面板按鍵設(shè)置，無(wú)需電位器調(diào)整雙通道監(jiān)測(cè)，可同時(shí)監(jiān)測(cè)垂直和水平方向的振動(dòng)，兩個(gè)通道同時(shí)顯示，互不干擾具有4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出、二級(jí)報(bào)警輸出功能，兩個(gè)通道分別設(shè)置兩個(gè)通道具有獨(dú)立的TMD示波輸出，用于信號(hào)波形顯示、記錄或故障分析診斷具有RS485通訊輸出，可輸送至DCS、PLC或其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、專(zhuān)門(mén)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)在線顯示、分析、診斷及事故追憶

使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動(dòng)數(shù)據(jù)報(bào)警延時(shí)調(diào)整范圍0~255秒，以防止現(xiàn)場(chǎng)干擾引起誤報(bào)警具有上、掉電檢測(cè)功能，同時(shí)切斷報(bào)警、停機(jī)輸出回路，能有效抑制儀表誤報(bào)警可在測(cè)量振動(dòng)位移或振動(dòng)速度之間切換，選擇需要的測(cè)量方式具有報(bào)警倍增功能。電流輸出：4~20mA，輸出負(fù)載≤500Ω