工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)及應(yīng)用 - 規(guī)劃能源數(shù)據(jù)采集方案

樹根互聯(lián)教育《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)項目二

采集生產(chǎn)能源數(shù)據(jù)任務(wù)一規(guī)劃能源數(shù)據(jù)采集方案>>賽項組成賦能萬物，連接未來01020304任務(wù)說明知識準(zhǔn)備任務(wù)實施課后思考任務(wù)描述R公司的實施項目經(jīng)理唐工帶著現(xiàn)場實施工程師羅工和剛?cè)肼毜男∴嵰黄鸬紿公司的第一分廠進行調(diào)研。在本任務(wù)中，他們需要調(diào)研現(xiàn)場的布局、需要接入的設(shè)備分布情況等，并根據(jù)這些布局進行制定采集方案架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。知識導(dǎo)圖任務(wù)目標(biāo)知識目標(biāo)：了解能源管理對企業(yè)的意義；了解能源采集儀表的幾種組網(wǎng)方式；熟悉雙碳戰(zhàn)略的目標(biāo)；熟悉“碳達(dá)峰”“碳中和”的含義；技能目標(biāo)：能根據(jù)客戶的實際情況梳理實施需求；能根據(jù)客戶現(xiàn)場實際情況規(guī)劃采集方案架構(gòu)；能根據(jù)客戶現(xiàn)場實際情況規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)布局。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304任務(wù)說明知識準(zhǔn)備任務(wù)實施課后思考1.雙碳戰(zhàn)略氣候變化是人類面臨的全球性問題，隨著各國二氧化碳排放，溫室氣體猛增，對生命系統(tǒng)形成威脅。在這一背景下，世界各國以全球協(xié)約的方式減排溫室氣體，我國由此提出“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo)。2020年9月22日，國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會上宣布，中國力爭2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。碳達(dá)峰（peakcarbondioxideemissions）是指在某一個時點，二氧化碳的排放不再增長達(dá)到峰值，之后逐步回落。1.雙碳戰(zhàn)略碳達(dá)峰是二氧化碳排放量由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點，標(biāo)志著碳排放與經(jīng)濟發(fā)展實現(xiàn)脫鉤，達(dá)峰目標(biāo)包括達(dá)峰年份和峰值。我國承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長，達(dá)到峰值之后逐步降低。碳中和是指企業(yè)、團體或個人測算在一定時間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，然后通過植物造樹造林、節(jié)能減排等形式，抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實現(xiàn)二氧化碳“零排放”。1.雙碳戰(zhàn)略1.雙碳戰(zhàn)略“碳達(dá)峰”與“碳中和”一起，簡稱“雙碳”。我國作為“世界工廠”，產(chǎn)業(yè)鏈日漸完善，國產(chǎn)制造加工能力與日俱增，同時碳排放量加速攀升。但我國油氣資源相對匱乏，發(fā)展低碳經(jīng)濟，重塑能源體系具有重要安全意義。首先我們要在經(jīng)濟增長和能源需求增加的同時，持續(xù)削減煤炭發(fā)電、大力發(fā)展和運用風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電、核電等非化石能源，實現(xiàn)清潔能源代替火力發(fā)電。其次加快產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型、促進服務(wù)業(yè)發(fā)展、強化節(jié)能管理、加強重點領(lǐng)域節(jié)能減排、優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)、開展各領(lǐng)域低碳試點和行動。1.能源管理的必要性（1）國家政策要求2017年9月，國家發(fā)展改革委與質(zhì)檢總局印發(fā)了《重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)推廣建設(shè)工作方案》，在方案中提到以物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)為支撐，大力推動重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱“監(jiān)測系統(tǒng)”）建設(shè)，加快推進重點用能單位完善能源計量體系、提高能源管理精細(xì)化水平，促進互聯(lián)網(wǎng)與節(jié)能工作深度融合，提高節(jié)能宏觀調(diào)控能力，推動完成能源消費總量和強度“雙控”目標(biāo)任務(wù)。1.能源管理的必要性（1）國家政策要求2022年1月，國務(wù)院發(fā)布的《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》明確了，到2025年，全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比2020年下降13.5%，能源消費總量得到合理控制，化學(xué)需氧量、氨氮、氮氧化物、揮發(fā)性有機物排放總量比2020年分別下降8%、8%、10%以上、10%以上。節(jié)能減排政策機制更加健全，重點行業(yè)能源利用效率和主要污染物排放控制水平基本達(dá)到國際先進水平，經(jīng)濟社會發(fā)展綠色轉(zhuǎn)型取得顯著成效。1.能源管理的必要性（1）國家政策要求同時，我國實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的技術(shù)路徑需要從供給端和需求端共同發(fā)力，一方面含“碳”量高的化石能源，煤炭要面對供給側(cè)改革，控制化石能源總量，提高利用效能，從化石能源轉(zhuǎn)換為電能方面需要將繼續(xù)提高效率；另一方面在需求側(cè)，依托技術(shù)改造對能源合理使用、從而有效節(jié)能減排是核心。1.企業(yè)節(jié)能需求近幾年，中國工業(yè)企業(yè)面臨兩大挑戰(zhàn)：一方面企業(yè)的利潤普遍呈下降趨勢，企業(yè)在市場競爭中獲取利潤越來越難，據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)品的利潤率只有5%左右甚至更低；另一方面，隨著能源階梯價格機制的逐步形成，水、電、氣等能源價格逐步走高，能源費用占企業(yè)總體成本的比例也隨之提高，對于高能耗企業(yè)，能源成本占到工業(yè)品成本的20%甚至更高。對于工業(yè)品平均5%的利潤率，能源成本的管理水平甚至決定了企業(yè)的生存水平。如果不對能源成本進行精細(xì)化有效管理，企業(yè)搞不清自己的能源成本如何消耗、是否有效消耗，就更不清楚能源成本降低的改進方向了。而通過能源精細(xì)化管理，企業(yè)可以建立各個生產(chǎn)能耗指標(biāo)，如各個工作中心能源管理離散度、單位產(chǎn)值能耗、單位產(chǎn)品/零部件能耗，最終產(chǎn)品能耗等，建立相應(yīng)的模型后，可以細(xì)化指標(biāo)進行管理考核。1.企業(yè)節(jié)能需求對能源管理顆粒度從車間級細(xì)化到工序級、設(shè)備級后，問題出現(xiàn)后可追溯和排查的數(shù)據(jù)更完善；比如同樣的生產(chǎn)工序或者設(shè)備，相同產(chǎn)量下，如果能耗相差數(shù)倍，可以通過更全面的數(shù)據(jù)追溯調(diào)查，到底是工人在生產(chǎn)中操作相對比較隨意，生產(chǎn)同一件產(chǎn)品時有的工時短，有的工時長；還是設(shè)備使用不合理，待機時間過長，導(dǎo)致非有效生產(chǎn)時間能源浪費；根據(jù)不同的原因制定相應(yīng)的解決辦法。1.企業(yè)節(jié)能需求因此，企業(yè)對能源進行精細(xì)化管理，從能耗數(shù)據(jù)來進一步分析制定節(jié)能減排的有效措施，除了是應(yīng)對全球氣候變化的迫切需要，是企業(yè)應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任之外，更是企業(yè)對壓縮能源費用、提高利潤的生存發(fā)展需求。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304任務(wù)說明知識準(zhǔn)備任務(wù)實施課后思考1.梳理實施需求經(jīng)過對H公司總部及其第一分廠進行調(diào)研，對于實施工作，有如下需求：（1）網(wǎng)絡(luò)接入需求總公司可以對接收到的各生產(chǎn)工廠數(shù)據(jù)，進行訂閱、過濾、存儲、處理、匯聚、挖掘等應(yīng)用。部署在公司信息機房的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、接口服務(wù)器、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器等，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，并向總公司傳輸數(shù)據(jù)。在公司信息機房設(shè)有公司核心交換機，將各車間廠房交換機通過冗余光纖網(wǎng)絡(luò)接入公司核心交換機上。需要在廠房弱電間網(wǎng)絡(luò)柜內(nèi)設(shè)置一臺匯聚交換機，該廠房的各工作中心交換機，通過冗余光纖網(wǎng)絡(luò)接入到設(shè)在廠房的交換機上。在各工作中心設(shè)置一臺接入交換機，該工作中心的采集網(wǎng)關(guān)接入到本工作中心的交換機上。1.梳理實施需求經(jīng)過對H公司總部及其第一分廠進行調(diào)研，對于實施工作，有如下需求：

（2）數(shù)據(jù)采集需求配電室：需要對工廠的配電室的儀表的能源數(shù)據(jù)進行采集。1.梳理實施需求經(jīng)過對H公司總部及其第一分廠進行調(diào)研，對于實施工作，有如下需求：

（2）數(shù)據(jù)采集需求廠房內(nèi)電力儀表：對廠房內(nèi)現(xiàn)有的電力儀表進行能源數(shù)據(jù)采集，電能源采集顆粒度從車間級細(xì)化到設(shè)備級，每個生產(chǎn)工作站都用電都加裝智能電表進行采集及監(jiān)控。1.梳理實施需求經(jīng)過對H公司總部及其第一分廠進行調(diào)研，對于實施工作，有如下需求：

（2）數(shù)據(jù)采集需求工廠園區(qū)水、氣儀表：這些水、氣在園區(qū)內(nèi)比較分散，都需要加裝新的流量儀表進行采集。2.規(guī)劃采集架構(gòu)根據(jù)調(diào)研需求，規(guī)劃的數(shù)據(jù)采集架構(gòu)如圖所示，采集接入方案說明如下：配電室部分：采用RS485串聯(lián)儀表，匯聚至物聯(lián)網(wǎng)關(guān)完成數(shù)據(jù)采集。廠房內(nèi)電力儀表：新裝儀表就近有物聯(lián)網(wǎng)關(guān)的，采用RS485有線方式把儀表接入物聯(lián)網(wǎng)關(guān)完成數(shù)據(jù)采集；就近無物聯(lián)網(wǎng)關(guān)的，采用具有4G通信功能的物聯(lián)儀表采集，通過4G把儀表數(shù)據(jù)直接上傳到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺；工廠園區(qū)內(nèi)水、氣儀表：由于儀表分散，把流量儀表通過RS485接入Lora無線模塊，Lora無線模塊把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到Lora集中器，由集中器轉(zhuǎn)發(fā)接到網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。3.規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)布局根據(jù)調(diào)研需求，規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖所示。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304任務(wù)說明知識準(zhǔn)備任務(wù)實施課后思考掃碼獲取更多資訊樹根互聯(lián)教育《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)采集概述賽項組成賦能萬物，連接未來01020304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。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)。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304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(zhǔn)確性，大幅增強了生產(chǎn)制造的柔性化水平和協(xié)調(diào)度。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。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。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(xué)習(xí)機制建立故障智能診斷模型，實現(xiàn)設(shè)備故障精準(zhǔn)定位。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(fēng)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)。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)字化賽項組成賦能萬物，連接未來01020304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。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。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(yuǎn)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(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)。主要用于實現(xiàn)智能產(chǎn)品/裝備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、健康狀態(tài)監(jiān)測和遠(yuǎn)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。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。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304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(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(dāng)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(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。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(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。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)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、SiemensS7、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。OPCClassicSiemensS7Modbus-TCP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(xì)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。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(dāng)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)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(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S7ProfiNetModbus0.4.2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-Fi0.4.2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(fù)責(zé)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MQTTHTTPCOAP0.4.3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)備改造采集硬件平臺數(shù)據(jù)服務(wù)器有線或無線網(wǎng)絡(luò)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(fēng)險的關(guān)鍵工藝設(shè)備或產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備進行使用。0.4.4不具備通信接口的設(shè)備數(shù)據(jù)采集某些情況下，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。（1）數(shù)據(jù)采集的曲線救國方式說明：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(zhǔn)確性、客觀性等方面有所欠缺。現(xiàn)場工位機移動終端條碼掃描槍人工采集終端掃碼獲取更多資訊樹根互聯(lián)教育《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)采集概述賽項組成賦能萬物，連接未來01020304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。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)。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304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(zhǔn)確性，大幅增強了生產(chǎn)制造的柔性化水平和協(xié)調(diào)度。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。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。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(xué)習(xí)機制建立故障智能診斷模型，實現(xiàn)設(shè)備故障精準(zhǔn)定位。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(fēng)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)。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)字化賽項組成賦能萬物，連接未來01020304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。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。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(yuǎn)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(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)。主要用于實現(xiàn)智能產(chǎn)品/裝備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、健康狀態(tài)監(jiān)測和遠(yuǎn)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。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。賽項組成賦能萬物，連接未來01020304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(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(dāng)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(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。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(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。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)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、SiemensS7、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。OPCClassicSiemensS7Modbus-TCP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(xì)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。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(dāng)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)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(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S7ProfiNetModbus0.4.2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，