項目介紹工業數據采集技術項目二工業數據采集認知"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"項目介紹工業數據采集技術一、項目背景在春意盎然的季節里，A公司迎來了新鮮血液——新入職的數據采集工程師小趙。面對工業數據采集這一既前沿又充滿挑戰的領域，小趙滿懷激情地開始了他的職業生涯。什么是工業數據采集？工業數據采集有什么意義？有哪些工業數據采集設備？怎樣采集工業數據？為了弄清楚這些問題，成長為一名合格的數據采集工程師，小趙迅速投入到了緊張而充實的學習過程中。讓我們和小趙一起，開啟這段探索之旅吧。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"項目介紹工業數據采集技術二、項目規劃為了迅速對工業數據采集建立初步認知，本項目系統地學習工業數據采集的定義、意義、架構、發展現狀、關鍵技術及趨勢，工業數據的類型、采集方法，以及常見的工業采集設備。本項目規劃任務如圖2-1工業數據采集認知項目規劃所示。圖2-1

工業數據采集認知項目規劃"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術任務2.1認識工業數據采集"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術任務說明

相關知識

任務實施

任務小結

任務測驗2.1.1任務說明任務描述A公司新人小趙查閱資料、詢問前輩，并來到生廠車間現場參觀數據采集設備，認識工業數據采集。本節任務就是和小趙一起從定義、意義、架構、平臺設備、發展現狀、關鍵技術及趨勢等方面認識工業數據采集。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術任務說明

相關知識

任務實施

任務小結

任務測驗知識目標任務目標：1）掌握工業數據采集定義；2）理解工業數據采集的重要意義；3）熟練掌握工業數據采集架構；4）了解發展現狀、關鍵技術及趨勢。能力目標1）掌握工業互聯網采集架構；2）熟練掌握工業數據采集實訓系統組成；3）理解掌握工業數據采集實訓系統網絡拓撲。素質目標1）感受科技發展，樹立積極學習的態度；2）培養認真、負責的職業精神；3）培養不怕辛苦、精益求精的工匠精神4）培養科技自立自強的精神、為國奉獻的責任感。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術任務2.1認識工業數據采集"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.1.2相關知識1.工業數據采集定義工業數據采集即利用泛在感

知技術對多源設備、異構系統、運營環境、人等要素信息進行實時高效采集和云端匯聚。工業數據采集對應工業互聯網平臺體系架構中的邊緣層，如圖2-2所示。通過各類通信手段接入不同設備、系統和產品，采集大范圍、深層次的工業數據，以及異構數據的協議轉換與邊緣處理，構建工業互聯網平臺的數據基礎。圖2-2

工業互聯網平臺體系架構"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.工業數據采集產業發展現狀（1）技術進步推動數據采集能力提升隨著物聯網、傳感器技術、云計算和邊緣計算等技術的快速發展，工業數據采集的效率和精度得到了顯著提升。（2）市場需求持續增長隨著工業生產的復雜性和規模的不斷擴大，企業對于實時、準確的工業數據需求日益增加。此外，隨著消費者對產品質量和安全性的要求不斷提高，企業也更加注重通過數據分析來改進產品設計和生產流程。這些市場需求為工業數據采集產業提供了廣闊的發展空間。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.工業數據采集產業發展現狀（3）政策支持為產業發展保駕護航從國家層面到地方政府，都出臺了一系列政策和計劃以促進工業數據采集的應用和發展。系統集成商數據處理與分析服務提供商（4）產業鏈構成日益完善工業數據采集產業的產業鏈構成日益完善，涵蓋了數據采集設備供應商、數據處理與分析服務提供商、工業應用軟件開發商以及系統集成商等多個環節。數據采集設備供應商工業應用軟件開發商"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.工業數據采集產業發展現狀（5）面臨的挑戰與機遇并存盡管工業數據采集產業取得了顯著的發展成就，但仍面臨一些挑戰。例如，數據安全和隱私保護問題日益凸顯，需要加強技術和管理手段來保障數據安全；不同設備和系統之間的協議標準不統一，導致數據互聯互通困難；部分企業對數據采集和應用的重視程度不夠，缺乏專業的數據管理團隊等。不過，隨著技術的不斷進步和應用場景的拓展，工業數據采集產業有望迎來更加廣闊的發展空間。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術3.工業數據采集意義工業數據采集是智能制造和工業互聯網的基礎，是數字化、智能化“兩化”融合的先決條件。發展工業數據采集是我國推動工業互聯網平臺全面深度應用的起點，也是制造業轉型升級的必要條件。2015年國務院發布的《中國制造2025》、《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》以及四部委印發的《智能制造工程實施指南（2016-2020）》都提出了工業數據采集的重要性。工業數據可以加速業務場景交互，推進傳統產業的改造升級，使生產制造靈活應對各種業務場景。只有采集大量的工業數據，才能基于工業大數據做分析、處理、監控、智能決策等，才能實現數字化的價值。因此，工業數據采集是智能制造和工業互聯網的基礎和先決條件，是工業企業實現透明工廠、智能工廠的基礎。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術3.工業數據采集意義（1）在生產控制方面，通過采集分析整合產品數據、制造設備數據、訂單數據以及生產過程中產生的其他數據，顯著提升了生產控制的準確性，大幅增強了生產制造的柔性化水平和協調度。（2）在智能化生產方面，通過智能數控設備、傳感識別技術、制造執行系統等先進的數字裝備與管控技術，實時采集生產制造過程中的工業數據，實現生產裝備和生產過程的“誘明化”運行，結合人工智能、大數據等技術，實現生產裝備和生產過程的智能化。（3）在故障診斷和運行優化方面，工業數據融入設備，將設備運行狀態透明化，有助于設備故障診斷和運行優化。實時采集溫度、電壓、電流等工業數據，可以實現設備全面、實時、精確的狀態監測；利用大數據分析技術，對海量工業數據進行挖掘分析，基于知識庫和自學習機制建立故障智能診斷模型，可實現設備故障精準定位；基于設備全生命周期的運行數據，可提前預判設備關鍵部件的變化趨勢、產品壽命和潛在風險，主動提前進行維護服務。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術4.工業數據采集架構工業數據采集架構由設備層、采集層、處理層、應用層和展示層組成，形成了從設備聯網、采集、處理、應用到展示的實訓設備數據監控應用生態，其中采集層實現設備接入、協議轉換和邊緣數據處理的功能。工業互聯網平臺包含處理層和展示層。工業數據采集架構如圖2-3所示。圖2-3

工業數據采集架構"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術邊緣數據處理：基于高性能計算、實時操作系統、邊緣分析算法等技術，在靠近設備或數據源頭的網絡邊緣側進行數據預處理、數據存儲以及邊緣分析的應用，提升操作響應靈敏度，消除網絡堵塞，并與云端數據分析協同。協議轉換：一方面運用協議解析與轉換、中間件等技術兼容Modbus、CAN、PROFINET等各類工業通信協議，實現數據格式的轉換和統一；另一方面利用HTTP、MQTT協議等將采集到的數據傳輸到云端數據應用分析系統或數據匯聚平臺。設備接入：通過工業以太網、工業光纖網絡、工業總線、4G/5G、NB-IoT等各類有線或無線通信技術，接入各種工業現場設備、智能產品／裝備，采集工業數據。圖2-3

工業數據采集架構"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術硬件接入產品（1）傳感器。傳感器是最常用的工業數據采集硬件之一，用于將各種物理量（如溫度、壓力、濕度、振動等）轉化為電信號。傳感器廣泛應用于工業生產線上，采集環境中的各種參數數據。（2）可編程邏輯控制器（Programmable

Logic

Controller,

PLC）。PLC是一種專門用于工業自動化控制的硬件設備，可以用于實時監測和控制生產過程中的各種設備和機器。可編程邏輯控制器通常具備多個輸入輸出接口，用于傳輸和采集數據。（3）數據采集模塊。數據采集模塊是專門用于數據采集的硬件設備，可以直接連接各種傳感器和設備。數據采集模塊具備數據轉換、存儲和傳輸的功能，可以將采集到的數據發送到上層系統或云平臺。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術硬件接入產品（4）通信設備和網關。通信設備和網關用于將采集到的數據傳輸到上層系統或云平臺。它們起到數據傳輸的中轉作用，通過各種通信協議，如以太網、

WiFi、RS485等，將數據發送出去。（5）工控機／嵌入式設備。工控機／嵌入式設備通常集成了數據采集、存儲和處理功能，可以直接連接到工業現場的傳感器和設備，實現實時數據采集和處理。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術5.工業數據采集關鍵技術及趨勢關鍵技術（1）傳感器技術：傳感器是工業數據采集的基礎，通過各類傳感器實現對工業現場各種物理量的測量和轉換，將非電信號轉換為電信號，以便進行后續處理和分析。（2）工業通信網絡技術：包括有線和無線通信技術。（3）數據采集與訪問治理技術：包括數據采集、存儲、處理、分析和訪問控制等一系列技術。（4）邊緣計算技術：邊緣計算將數據處理和分析能力下沉到網絡邊緣，即靠近數據源的地方。在工業數據采集領域，邊緣計算技術可以實現對采集到的數據進行初步處理和分析，減輕云端的計算壓力，并快速響應生產現場的實時需求。（5）工業人工智能技術：通過機器學習、深度學習等人工智能技術，可以對采集到的數據進行深度挖掘和分析，發現數據中的規律和趨勢，為生產過程的優化和預測提供有力支持。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術5.工業數據采集關鍵技術及趨勢發展趨勢（1）技術融合與創新：隨著物聯網、云計算、大數據、人工智能等技術的不斷融合與創新，工業數據采集技術將更加智能化、自動化和高效化。例如，通過物聯網技術實現設備的互聯互通和數據的實時采集；通過云計算技術提供強大的數據處理和分析能力；通過人工智能技術實現數據的深度挖掘和智能決策。（2）無線通信技術的廣泛應用：隨著無線通信技術的不斷發展，特別是5G技術的商用化進程加快，無線通信技術將在工業數據采集領域得到更廣泛的應用。無線通信技術具有靈活性強、部署成本低等優點，可以滿足工業現場對數據采集的多樣化需求。（3）數據安全與隱私保護：隨著工業數據采集量的不斷增加和數據價值的不斷提升，數據安全和隱私保護問題將越來越受到重視。未來工業數據采集技術將更加注重數據的安全性和隱私性保護，通過加密技術、訪問控制技術等手段確保數據的安全傳輸和存儲。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術5.工業數據采集關鍵技術及趨勢發展趨勢（4）標準化與互操作性：為了實現不同設備和系統之間的數據互聯互通和共享利用，工業數據采集技術將更加注重標準化和互操作性建設。通過制定統一的數據采集標準、通信協議和接口規范等，可以實現不同設備和系統之間的無縫對接和協同工作。（5）智能化與自適應性：未來工業數據采集技術將更加智能化和自適應化。通過引入智能算法和模型等技術手段，可以實現對采集到的數據進行自動分析和處理，并根據實際情況進行自適應調整和優化。這不僅可以提高數據采集的準確性和效率，還可以降低人工干預的成本和風險。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術任務2.1認識工業數據采集"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.1.3任務實施1．實訓設備及工具（1）工業數據采集實訓臺（2）工業互聯網平臺"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.1.3任務實施2.任務實施步驟步驟1：學習工業互聯網采集架構。在工業生產環境中，無法將單獨的工業生產設備中的數據進行數據的整理，上傳互聯網，需要通過邊緣層的采集網關對工業設備的數據進行采集，之后上傳到工業互聯網平臺，之后才可以進行數據呈現及應用開發，整個架構如圖所示。圖2-4

工業互聯網采集架構"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.1.3任務實施2.任務實施步驟步驟2：參觀工業數據采集實訓系統，學習系統組成。工業數據采集實訓系統主要由啞設備數據采集、控制器數據采集、能耗數據采集、環境數據采集、生產運營數據采集五大應用場景模塊組成，其中工業互聯網邊緣側常用物聯采集設備包含配電數據終端單元（DataTerminalUnit,DTU）無線數據終端、工業連接網關。圖2-5

工業數據采集實訓系統設備組成"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.1.3任務實施2.任務實施步驟步驟3：參觀工業數據采集實訓系統，學習系統網絡拓撲圖2-6

工業數據采集實訓系統網絡拓撲"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.1.4任務小結"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術任務2.2認識工業數據"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術任務說明

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任務實施

任務小結

任務測驗2.2.1任務說明任務描述通過對工業數據采集概念和工業數據采集設備的學習，小趙對要采集的工業數據也產生了濃厚的興趣，于是他發出疑問:“我們的項目主要會有哪些工業數據，這些數據要怎樣采集呢?”本任務通過學習和討論來了解工業數據的概念、分類和采集方法。下面就讓我們和小趙一起完成成任務吧。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術任務說明

相關知識

任務實施

任務小結

任務測驗任務目標：素質目標1）養成科學嚴謹的工作態度；2）培養合作意識，和團隊精神；3）培養解決問題的能力。知識目標1）理解工業數據的概念與特點；2）掌握不同依據下工業數據的分類；3）熟練掌握常見的數據采集方法。技能目標1）能識別采集數據的類型；2）能根據數據類型及設備制定數據采集方案。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.2.2相關知識1.工業數據的概念工業數據涵蓋了工業領域產品和服務在其全生命周期中產生和應用的所有數據。從廣義上講，這不僅包括工業企業在研發設計、生產制造、經營管理、運維服務等各個階段生成和使用的數據，還涵蓋了工業互聯網平臺企業在設備接入、平臺運行、工業應用程序應用等環節中產生的數據。狹義上的工業數據特指在工業生產過程中，由現場設備產生的設備狀態、工藝參數等關鍵生產數據。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.工業數據的特點1）多樣性多樣性01工業數據來源廣泛，包括結構化、半結構化、非結構化數據2）實時性實時收集處理，迅速應對變化3）海量性關聯性實時性0205工業數據數據規模急劇膨脹，數據量龐大4）復雜性信息類型多樣，處理方法復雜5）關聯性0403復雜性海量性各數據集之間關聯密切"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術3.工業數據類型根據不同類別工業數據遭篡改、破壞、泄露或非法利用后，可能對工業生產、經濟效益等帶來的潛在影響，將工業數據分為三個級別。一級數據二級數據三級數據易引發較大或重大生產安全事故或突發環境事件，給企業造成較大負面影響，或直接經濟損失較大引發的級聯效應明顯，影響范圍涉及多個行業、區域或者行業內的多個企業，或影響持續時間長，或導致大量供應商、客戶資源被非法獲取或大量個人信息泄露恢復工業數據或消除負面影響所需付出的代價較大的工業數據。易引發特別重大生產安全事故或突發環境事件，或造成的直接經濟損失特別巨大；對國民經濟、行業發展、公眾利益、社會秩序乃至國家安全造成嚴重影響的工業數據。對工業控制系統及設備、工業互聯網平臺等正常生產運行的影響較小；給企業造成的負面影響較小，或直接經濟損失較小；受影響的用戶和企業數量較少、生產生活區域范圍較小、持續時間較短；恢復工業數據或消除負面影響所需付出的代價較小的工業數據。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術表2-1

工業數據按來源分類3.工業數據類型根據數據來源分類：（1）來自管理系統（2）來自生產系統（3）來自外部系統"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術3.工業數據類型根據存儲形式分類（1）結構化數據可以使用關系型數據庫表示和存儲，表現為二維形式的數據。數據以行為單位，一行數據表示一個實體的信息，每一行數據的屬性是相同的。數據結構字段含義確定、清晰，典型的如數據庫中的表結構。（2）半結構化數據結構化數據的一種形式，介于完全結構化數據（如關系型數據庫、面向對象數據庫中的數據）和完全無結構的數據（如聲音、圖像文件等）之間。具有一定結構，但語義不夠確定，如HTML。（3）非結構化數據沒有固定結構的數據。各種文檔、圖片、視頻、音頻等都屬于非結構化數據。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術3.工業數據類型根據數據溫度分類（1）熱數據：即時的位置狀態、加工狀態等。如實時的加工信息，能夠表示“正在什么位置干什么事情”，或者一些實時的記錄信息，如設備日志事件等。（2）溫數據：非即時的狀態和行為數據。比如用戶近期對某一設備的加工狀態特別感興趣（熱數據），與以往的關注點如統計數據（冷數據）形成鮮明對比，這說明該用戶正處于新用戶的成長期（溫數據），運營人員就可以考慮用相應的策略去拉動活躍度并促進轉化。（3）冷數據：較長時間之前的狀態數據，即設備歷史狀態、設備檔案、設備管理資料、設備參數等。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術4.數據采集方法數據采集兩個核心原則（1）目的性原則。在著手采集設備數據之前，必須明確數據采集的目標，理解這些數據將如何為業務創造價值，以及哪些數據對業務改進最為關鍵，從而提升數據采集投資的回報率。（2）經濟性原則。在確保數據采集目標的前提下，應充分利用現有設備條件（例如，已有的上位機系統和通訊協議等），以最經濟高效的方式設計數據采集方案。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術4.數據采集方法有上位機系統的設備數據采集有上位機系統的設備往往自動化程度和信息化程度都比較高。其上位機系統往往已經采集、存儲了設備數據，且能將設備數據存儲到自帶的數據庫中，以開放數據庫訪問權限、WebService等方式釋放數據訪問接口。因此，首選的數據采集方案就是直接從上位機系統中獲取設備的數據。這樣就把一個用于控制實際運營和工廠設備的運營技術（OperationalTechnology,OT）問題轉化為信息技術（InformationTechnology,IT）問題。圖2-8

有上位機系統的設備數據采集方案"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術4.數據采集方法基于TCP/IP通訊協議的設備數據采集對于生產現場沒有上位機系統的眾多設備，主流方法是采用工業網關（也稱“物聯網關”或簡稱“網關”）解析上述工業通信協議，實現對設備數據的采集，采集流程如圖2-9所示。首先，通過控制系統的數據接口結合其工業通信協議，把數據從工業現場的設備端采集到邊緣采集設備，如工業網關；然后，工業網關對工業通信協議進行解析，把設備數據轉換為網絡數據；最后，通過聯網方式結合物聯網協議，將采集的數據上傳至工業互聯網平臺服務器或采集服務器。圖2-9

工業網關數據采集流程"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術4.數據采集方法基于TCP/IP通訊協議的設備數據采集除了工業網關，也可以使用軟網關采集。軟網關采集指脫離硬件，直接把工業網關內的嵌入式軟件作為一個邊緣采集軟件安裝在上位機系統運行，通過解析工業通信協議，把設備數據轉換為網絡數據，上傳至工業互聯網平臺服務器或采集服務器。圖2-10

軟網關數據采集流程"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術4.數據采集方法基于非TCP/IP通訊協議的設備數據采集這一類設備支持的通訊協議（如Modbus-RTU、DeviceNet等）不屬于TCP/IP協議簇，硬件接口（如RS485等）往往與以太網不兼容。對于這類設備的數據采集，一般采用兼容該設備的接口和工業協議的專用網關，將其協議轉換為TCP/IP協議，再接入到車間的網絡中并進行協議解析，否則，在物理層面就無法實現互通。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術4.數據采集方法不具備通信接口的設備數據采集這種場景下，一般采用IO信號，針對控制系統而言，輸入指從儀表/傳感器進入控制系統的測量參數，輸出指從控制系統輸出到執行機構的參量）采集方法。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。圖2-11

啞設備數據采集流程圖1-12

數據采集的曲線救國方式"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術4.數據采集方法基于人工采集終端場景的數據采集有些信息化水平偏低的工業企業，在某些生產環節無法實現自動采集，則通過現場工位機、移動終端、條碼掃描槍等人工采集終端進行數據采集。數據采集內容包括生產開工與完工時間、生產數量、檢驗項目、檢驗結果、產品缺陷、設備故障等。基于人工采集終端的數據采集受制于人的主動性，在數據的實時性、準確性、客觀性等方面有所欠缺。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.2.3任務實施1．實訓設備及工具（1）工業數據采集實訓系統（2）工業互聯網工業接入與建模平臺"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.2.3任務實施2．任務實施步驟步驟1：了解實訓設備采集的數據類型工業數據采集廣義范圍既包括工業現場設備的數據采集和工廠外智能產品/裝備的數據采集，也包括對ERP、MES等應用系統的數據采集圖2-13

實訓設備采集的數據類型"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.2.3任務實施工業現場設備的數據包括設備（如機床、機器人）數據、產品（如原材料、在制品、成品）數據、過程（如工藝、質量等）數據、環境（如溫度、濕度等）數據、作業數據（現場人員操作數據，如單次操作時間）等數據，主要用于工業現場生產過程的可視化和持續優化，實現智能化的決策與控制。根據數據來源主要分為三類：①PLC、RTU、嵌入式系統、工控機等通用控制設備的數據；②機器人、數控機床、

AGV等專用智能設備/裝備的數據；③傳感器、變送器、采集器等專用采集設備的數據。圖2-14

生產現場數據"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.2.3任務實施要采集的工廠外智能產品/裝備的數據主要指工廠外智能產品/裝備運行時的關鍵指標數據，包括但不限于工作電流、電壓、功耗、電池電量、內部資源消耗、通信狀態、通信流量等。主要用于實現智能產品/裝備的遠程監控、健康狀態監測和遠程維護等應用。ERP、MES等應用系統的數據包括但不限于工藝文件、生產計劃和庫存數據、物料齊套清單、圖紙等標準作業程序（StandardOperationProcedure,SOP）文件、分布式數控（DistributedNumericalControl,DNC）系統數據、訂貨數據、設備狀態、質量檢測等。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2．任務實施步驟步驟2：對不同類型的數據制定采集方案①工業現場設備的數據采集主要通過現場總線、工業以太網、工業光纖網絡等工業通信網絡實現對工廠內設備的接入和數據采集。主要基于智能裝備本身或加裝傳感器兩種方式采集生產現場數據。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術②工廠外智能產品/裝備的數據采集主要通過工業物聯網實現對工廠外智能產品/裝備的遠程接入和數據采集。圖1-15示意了工廠外智能產品/裝備的數據采集過程。圖2-15

工廠外智能產品/裝備的數據采集過程"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.2.4任務小結"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術任務2.3：認識工業數據采集設備"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術任務說明

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任務實施

任務小結

任務測驗2.3.1任務說明任務描述學習了工業數據和工業數據采集相關知識后，小趙將心得體會匯報給老工程師，老工程師非常滿意，他對小趙說：“最近我們公司剛好有一個工業設備數據采集項目，你跟著我一起去實施。但在實施之前，你還需要認識各類工業數據采集設備。”本任務就是學習IO采集器、工業網關、工業采集板卡、PLC四種常見的工業數據采集設備，并學會安裝本項目中的IO采集器和工業網關。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術任務說明

相關知識

任務實施

任務小結

任務測驗素質目標任務目標：1）養成科學嚴謹的工作態度；2）體驗工作的成就感，樹立熱愛勞動的意識；3）樹立安全意識，培養規范操作的習慣；4）培養開拓創新、精益求精的工匠精神。知識目標1）掌握IO采集器（根云小智）的典型應用、組成結構；2）了解常用的信號轉換器件；3）掌握工業網關的概念、功能，尤其是協議轉換功能；4）了解工業采集板卡的功能、種類；5）掌握PLC概念、控制系統組成、五個存儲區、八種數據類型。能力目標1）能根據實際要求完成工業網關技術選型；2）能安裝IO采集器（根云小智）；3）能安裝調試工業網關。"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.3.2相關知識1.IO采集器（根云小智）IO指輸入/輸出信號，這里的輸入輸出是針對控制系統而言，輸入指從儀表/傳感器進入控制系統的測量參數，輸出指從控制系統輸出到執行機構的參量，一個參量叫做一個點。本書中IO采集由根云小智（長期演進(LongTerm

Evolution,LTE)

DTU）完成。根云小智是一種工業無線數據終端，利用公用蜂窩網絡為用戶提供無線長距離數據傳輸功能圖2-18

根云小智（LTEDTU）典型應用圖2-19

根云小智（LTEDTU）結構"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術1.3.2相關知識常用的信號轉換器件（1）繼電器繼電器是最為常用的進行信號轉換和隔離的轉換器件。可精準有效的將設備控制中的電壓信號轉換成干接點信號，又不會干擾原有電氣控制回路的正常運行。圖2-20

繼電器（2）接近開關接近開關又稱無觸點接近開關，是理想的電子開關量傳感器。當被檢測體接近開關的感應區域，開關就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發出電氣指令，準確反應出運動機構的位置和行程。圖2-21

干簧管式無源接近開關"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術1.3.2相關知識常用的信號轉換器件（3）傳感器傳感器是一種能夠檢測出外界的物理量、化學量、生物量等信息，并將其轉換為模擬量或者數字量等電信號，然后通過網絡進行傳輸和存儲的器件或裝置。傳感器一般由敏感元件、轉換元件、調理電路三部分組成。圖2-22

傳感器功能"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術1.3.2相關知識2.工業網關工業網關是一款采用嵌入式硬件的計算機設備，具有多個用于連接設備的下行通信接口（南向接口），一個或者多個用于連接工業互聯網平臺或采集系統的上行網絡接口（北向接口），如圖2-23所示。通過連接兩個或多個異構的網絡，使之能夠互相通信，實現不同協議之間的數據交互。圖2-23

工業網關接口"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術1.3.2相關知識如圖2-24所示，工業網關具有協議轉換功能，這是它最核心最重要的功能，是它實現橋梁作用的關鍵。此外，針對不同的應用場景，工業網關還能有存儲功能、安全管理、設備管理、網關配置、OTA等功能。圖2-24

工業網關協議轉換功能"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術1.3.2相關知識對工業網關進行選型時，需要根據不同的現場情況和設備情況考慮以下指標：（1）支持的工業通信協議；（2）支持的設備通信接口；（3）可轉發的平臺接口；（4）最大的采集點數；（5）網關的聯網方式；（6）網關的可靠性；（7）網關的硬件配置；工業網關（8）網關邊緣的計算能力"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術1.3.2相關知識3.工業采集板卡工業采集板卡是計算機和外部信號之間的接口設備，其功能是將傳感器獲得的各種模擬信號轉換為計算機能夠識別的數字信號。圖2-25

工業采集板卡圖2-26

工業采集板卡功能"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術1.3.2相關知識工業采集板卡的種類豐富，其分類方法主要如下：（1）根據用途分類，工業采集板卡可分為：工業采集板卡、視頻采集卡、圖像采集卡、工業圖像采集卡等。（2）根據接口類型分類，工業采集板卡可分為：PCI采集卡、PXI采集卡、USB采集卡、CAN采集卡等。圖2-25

工業采集板卡"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術1.3.2相關知識4.PLCPLC是專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統，它采用一種可編程的存儲器，在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，通過數字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程。PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊和電源等組成，圖2-27是典型的PLC控制系統組成方框圖。圖2-27

PLC示意圖"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術1.3.2相關知識4.PLCPLC的五個存儲區：?

（1）輸入過程映像存儲器I?

（2）輸出過程映像存儲器Q?

（3）位存儲器M?

（4）臨時存儲器L?

（5）數據塊DB"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術1.3.2相關知識4.PLCPLC八種數據類型：（1）位（bit）：PLC最小存儲單位，也稱“布爾型”（2）字節（Byte）：8位組成1個字節（3）字符型（CHAR）：存儲ASCII碼值，占1字節（4）整型（INT）：有符號整數，占2字節（5）字（WORD）：無符號整數，

占2字節（6）雙字（DoubleWORD）：無符號整數，占4字節（7）雙整型（DoubleINT）：有符號整數，占4字節（8）實型（Real）：浮點數，占4字節PLC數據類型"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.3.3任務實施1．實訓設備及工具根云小智GBox網關計算機24V直流電源SIM卡配套天線電源線網線絕緣手套GBox網關網關配套天線"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.3.3任務實施2.IO采集器及工業網關安裝任務實施步驟（1）步驟1：根云小智設備安裝。①參考安裝指示圖，安裝根云小智。注意事項：a.根云小智天線接口為SMA陰頭插座，安裝天線時將配套天線的SMA陽頭旋到天線接口上，并確保旋緊，以免影響信號質量。b.安裝或取出SIM卡時，先用尖狀物插入SIM卡座右側小黃點，SIM卡套即可彈出。c安裝SIM卡時，先將SIM卡放入卡套，并確保SIM卡的金屬接觸面朝外，再將SIM卡套插入抽屜中，并確保插到位。圖2-28

根云小智安裝指示圖"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.3.3任務實施②根據端口定義，完成電路連接。如圖1-29所示，根云小智提供12個接口，包含電源輸入端口、串口通訊端口、數字量采集端口、模擬量采集端口。圖2-29

根云小智接口圖"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.3.3任務實施（2）步驟2：安裝調試工業網關本任務選用的工業網關需要安裝連接的示意圖如圖1-30所示。安裝過程如下。①安裝前檢查確保安裝地點、環境負荷是符合要求，周圍無振動和易燃易爆物品，無腐蝕氣體等，安裝點的溫度和濕度不應超過網關規定的工作溫濕度范圍，關閉設備電源。②安裝SIM卡使用十字螺絲刀將SIM卡蓋板上的螺絲擰下，打開網關卡的卡蓋，將SIM卡保持芯片面朝下，放置在網關SIM卡槽內，把卡蓋放回。圖2-30

工業網關連接示意圖

圖1-31

安裝SIM卡位置"以數據為眼，洞察工業深層奧秘，驅動產業升級！"工業數據采集技術2.3.3任務實施③接電源線準備好24V直流電源，并按電源說明為其連接供電線路，將網關上的電源接線端與電源模塊的直流輸出端相連，請注意正負，如所圖1-32所示是網關頂端的電源端口接好電源線的效果圖。④接通信線通信接線是網關和設備之間的連接通信。本任務的設備已與交換機連接通信，因此本步驟是把工業網關的網口1的通過網線接到交換機，最終通過交換機實現設備和網關的通信，接線完成后如圖1-