工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集 課件全套 第1-22課時 認(rèn)識工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集-工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)故障處理2

第一課時

認(rèn)識工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集講師：XXX202X.XX.XX工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集（初級）習(xí)近平對職業(yè)教育工作作出重要指示強調(diào)：在全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家新征程中，職業(yè)教育前途廣闊、大有可為。要堅持黨的領(lǐng)導(dǎo)，堅持正確辦學(xué)方向，堅持立德樹人，優(yōu)化職業(yè)教育類型定位，深化產(chǎn)教融合、校企合作，深入推進育人方式、辦學(xué)模式、管理體制、保障機制改革，穩(wěn)步發(fā)展職業(yè)本科教育，建設(shè)一批高水平職業(yè)院校和專業(yè)，推動職普融通，增強職業(yè)教育適應(yīng)性，加快構(gòu)建現(xiàn)代職業(yè)教育體系，培養(yǎng)更多高素質(zhì)技術(shù)技能人才、能工巧匠、大國工匠。習(xí)近平對職業(yè)教育工作作出重要指示培養(yǎng)大國工匠貢獻青春力量國家政策扶持：大力推廣1+X職業(yè)技能等級證書中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人才白皮書（2020年版）》指出：1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是國家智能制造、國家安全、國計民生、國家核心競爭力；2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要復(fù)合型、多維度、多層次人才，目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)體系尚未完成，人才培養(yǎng)面臨諸多困難；3.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)職業(yè)涌現(xiàn)，但崗位規(guī)范程度較低，導(dǎo)致人才供需兩端匹配度不高；4.需要進一步引導(dǎo)普通高等院校加快建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域“1+X”證書試點。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)02工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的概念與組成部分03工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集的概念與組成部分04CONTENTS目錄工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程01素質(zhì)目標(biāo)：1.

養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度；2.

感受科技發(fā)展、樹立積極學(xué)習(xí)態(tài)度。知識目標(biāo)：1.

能描述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程、相關(guān)概念和體系架構(gòu)；2.

能理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的概念；3.

能說明工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的組成部分；4.

能描述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集的工作內(nèi)容。能力目標(biāo)：1.

能簡述國內(nèi)外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程；2.

能夠模擬工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集過程。在查閱相關(guān)資料并進行討論之后，請同學(xué)們說出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基本概念，談?wù)剬I(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)1.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0的理解，并將討論結(jié)果整理記錄下來。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展之路：學(xué)習(xí)目標(biāo)創(chuàng)設(shè)情景1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程PartOne1.1國外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展之路

美國德國英國法國日本韓國通用電氣（GE）聯(lián)合IBM、思科、英特爾和AT&T公司組建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC），將“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念大力推廣開來。在推進策略上，美國更加注重以創(chuàng)新為驅(qū)動，發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)、信息通信、軟件等優(yōu)勢，利用信息技術(shù)“自上而下”重塑制造業(yè)。德國更加注重發(fā)揮自身在制造裝備、自動化系統(tǒng)、工藝流程等方面優(yōu)勢，利用互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)“自下而上”改造制造業(yè)，提出工業(yè)4.0戰(zhàn)略。英國國出臺制造2050，法國制定“新工業(yè)法國”戰(zhàn)略。日本提出了“互聯(lián)工業(yè)”戰(zhàn)略，韓國將機器人、人工智能、自動駕駛和3D打印確立為智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主攻方向。自2017年開始，我國發(fā)布了一系列推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的政策和措施，“中央部署、地方推進、企業(yè)響應(yīng)”的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全方位發(fā)展的良好格局基本形成。在各項政策的積極推動下，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場規(guī)模逐年擴大。上圖為工業(yè)和信息化部對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)政策的解讀匯總。1.2我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀圖

工業(yè)和信息化部對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)政策的解讀匯總（圖片來源：中華人民共和國工業(yè)和信息化部網(wǎng)站）2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)PartTwo2.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)1.0圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)1.0（來源：《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本1.0）》，2016年）2016年，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本1.0）》，推動產(chǎn)業(yè)各界對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在認(rèn)識層面統(tǒng)一，為開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實踐提供了參考依據(jù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)1.0提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、安全三大體系，其中“網(wǎng)絡(luò)”是工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸交換和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的支撐基礎(chǔ)，“數(shù)據(jù)”是工業(yè)智能化的核心驅(qū)動，“安全”是網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)在工業(yè)中應(yīng)用的重要保障。基于三大體系，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重點構(gòu)建三大優(yōu)化閉環(huán)，即面向機器設(shè)備運行優(yōu)化的閉環(huán)，面向生產(chǎn)運營決策優(yōu)化的閉環(huán)，以及面向企業(yè)協(xié)同、用戶交互與產(chǎn)品服務(wù)優(yōu)化的全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的閉環(huán)，并進一步形成智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個性化定制、服務(wù)化延伸等四大應(yīng)用模式。概念學(xué)習(xí)2.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0（來源：《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本2.0）》，2020年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）在發(fā)展和演進的同時，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0充分繼承了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)1.0的核心思想，強化了在技術(shù)解決方案開發(fā)與行業(yè)應(yīng)用推廣的實施指導(dǎo)性，更好支撐我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下一階段的發(fā)展。概念學(xué)習(xí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0包括業(yè)務(wù)視圖、功能架構(gòu)、實施框架三大版塊，形成以商業(yè)目標(biāo)和業(yè)務(wù)需求為牽引，進而明確系統(tǒng)功能定義與實施部署方式的設(shè)計思路，“自上而下”層層細化和深入。圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)功能架構(gòu)3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的概念與組成部分PartThree3.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的概念概念學(xué)習(xí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務(wù)體系，支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業(yè)云平臺，包括邊緣層（數(shù)據(jù)采集）、平臺層（工業(yè)PaaS層）、應(yīng)用層（工業(yè)SaaS層）3個關(guān)鍵功能組成部分。以上所說的PaaS層、SaaS層，都需要服務(wù)器設(shè)備、云服務(wù)等承載其全部的計算、存儲需求，這個承載體就是IaaS層（InfrastructureasaService，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）。另外，原本封閉的設(shè)備一下子聯(lián)網(wǎng)了，必然會面臨很多網(wǎng)絡(luò)安全問題，所以還需要工業(yè)安全防護層來貫穿整個平臺架構(gòu)。2021年7月11日，從2021年世界人工智能大會上獲悉：我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展迅速，目前已完成100余個平臺建設(shè)，連接工業(yè)設(shè)備總數(shù)達到7300萬臺套。3.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的組成部分1邊緣層提供海量工業(yè)數(shù)據(jù)接入、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)預(yù)處理和邊緣分析應(yīng)用等功能。2平臺層提供IT資源管理、工業(yè)數(shù)據(jù)與模型管理、工業(yè)建模分析和工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新等功能。3應(yīng)用層提供工業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用、開發(fā)者社區(qū)、應(yīng)用商店、應(yīng)用二次開發(fā)與集成等功能。圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系框架（來源：《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本2.0）》，2020年）4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集的概念與組成部分PartFour工業(yè)數(shù)據(jù)采集即利用泛在感知技術(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)采集對應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構(gòu)中的邊緣層，如下圖所示。4.1工業(yè)數(shù)據(jù)采集的概念圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集的定位概念學(xué)習(xí)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，共同構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本任務(wù)提出的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集”是工業(yè)數(shù)據(jù)采集概念的子集，主要指工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。4.2工業(yè)數(shù)據(jù)采集的體系架構(gòu)概念學(xué)習(xí)圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集體系架構(gòu)（來源：《工業(yè)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)業(yè)研究報告》，2018年）工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集體系架構(gòu)包括設(shè)備接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換、邊緣數(shù)據(jù)處理3層，向下接入工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備或智能產(chǎn)品/裝備，向上與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺/工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)對接。設(shè)備接入：通過工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)總線、3G/4G、NB-IoT等各類有線和無線通信技術(shù)，接入各種工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備、智能產(chǎn)品/裝備，采集工業(yè)數(shù)據(jù)。協(xié)議轉(zhuǎn)換：一方面運用協(xié)議解析與轉(zhuǎn)換、中間件等技術(shù)兼容Modbus、CAN、Profinet等各類工業(yè)通信協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一。另一方面利用HTTP、MQTT等方式將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫藬?shù)據(jù)應(yīng)用分析系統(tǒng)或數(shù)據(jù)匯聚平臺。邊緣數(shù)據(jù)處理：基于高性能計算、實時操作系統(tǒng)、邊緣分析算法等技術(shù)支撐，在靠近設(shè)備或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理、存儲以及智能分析應(yīng)用，提升操作響應(yīng)靈敏度、消除網(wǎng)絡(luò)堵塞，并與云端數(shù)據(jù)分析形成協(xié)同。4.3工業(yè)數(shù)據(jù)采集特點及方式01連接性02數(shù)據(jù)第一入口03數(shù)據(jù)量大05實時性06融合性07多種工業(yè)協(xié)議并存數(shù)采特點01設(shè)備具備通訊接口直接與系統(tǒng)對接03040102數(shù)采方式02工業(yè)網(wǎng)關(guān)直接采集設(shè)備數(shù)據(jù)03通過IO模塊進行數(shù)據(jù)采集04安裝傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集層一、填空題1.

縱觀全球各主要國家的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實踐，其期間行成了一條“

、

、企業(yè)主體、

的發(fā)展道路。2.

自

年開始，政府發(fā)布了一系列推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的各項政策和措施，形成了

、地方推進、

的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全方位發(fā)展的良好格局。3.

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三大功能體系是

、

、

。課后活動二、問答題1.

根據(jù)所學(xué)知識，簡要闡述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三大核心體系的內(nèi)容。2.

根據(jù)所學(xué)知識，簡要闡述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的組成。202X謝謝觀賞講師：XXX202X.XX.XX第二課時

認(rèn)識工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備和工業(yè)數(shù)據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集（初級）講師：XXX202X.XX.XX認(rèn)識工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備01認(rèn)識工業(yè)數(shù)據(jù)02CONTENTS目錄1認(rèn)識工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備PartOne通過頭腦風(fēng)暴，請同學(xué)們說說你了解的工業(yè)，并完成下表填寫。學(xué)習(xí)目標(biāo)創(chuàng)設(shè)情景素質(zhì)目標(biāo)：1.

養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度；2.

體驗數(shù)據(jù)采集過程的復(fù)雜程度，增強責(zé)任感；3.

體驗工作的成就感，樹立熱愛勞動意識。知識目標(biāo)：1.

能說明工業(yè)的概念和意義；2.

能描述工業(yè)行業(yè)的主要分類；3.

能歸納工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的主要類型。能力目標(biāo)：1.

能夠按照常用的分類方法說出一些典型的工業(yè)行業(yè)；2.

能夠正確識別工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備；3.

能夠解釋常用工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的作用。序號行業(yè)名稱工業(yè)分類及特點1234567表

你了解的工業(yè)1.1工業(yè)的概念工業(yè)（Industry）是指采集原料，并把它們加工成產(chǎn)品的工作和過程。工業(yè)是社會分工發(fā)展的產(chǎn)物，經(jīng)過手工業(yè)、機器大工業(yè)、現(xiàn)代工業(yè)3個發(fā)展階段。右側(cè)為工業(yè)現(xiàn)場組圖。概念學(xué)習(xí)工業(yè)是唯一生產(chǎn)現(xiàn)代化勞動手段的部門，它決定著國民經(jīng)濟現(xiàn)代化的速度、規(guī)模和水平，在當(dāng)代世界各國國民經(jīng)濟中起著主導(dǎo)作用。工業(yè)還為自身和國民經(jīng)濟其他各個部門提供原材料、燃料和動力，為人民物質(zhì)文化生活提供工業(yè)消費品；它還是國家財政收入的主要源泉，是國家經(jīng)濟自主、政治獨立、國防現(xiàn)代化的根本保證。工業(yè)的地位1.2工業(yè)行業(yè)的主要分類指對自然資源的開采，包括石油/煤炭/金屬礦開采和木材采伐工業(yè)指向國民經(jīng)濟各部門提供基本材料、動力和燃料的工業(yè)指對工業(yè)原材料進行再加工制造的工業(yè)重工業(yè)采掘（伐）工業(yè)原材料工業(yè)加工工業(yè)教學(xué)方案04指直接或間接以農(nóng)產(chǎn)品為基本原料的輕工業(yè)指以工業(yè)品為原料的輕工業(yè)輕工業(yè)以農(nóng)產(chǎn)品為原料以非農(nóng)產(chǎn)品為原料教學(xué)方案041.3工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的主要類型——專用采集設(shè)備概念學(xué)習(xí)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備可分為三類：專用采集設(shè)備、通用控制設(shè)備、專用智能設(shè)備/裝備。1.專用采集設(shè)備包含傳感器、變送器、采集器等，特點是設(shè)備單一，采集數(shù)據(jù)種類單一。（1）傳感器：一種能把特定的信息（物理、化學(xué)、生物）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出器件和裝置。（2）變送器：變送器是一種把傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀豢刂破髯R別的信號（或者將傳感器輸入的非電量轉(zhuǎn)換成電信號同時放大以便供遠方測量和控制）的轉(zhuǎn)換器。（3）采集器：手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器又稱盤點機、掌上計算機。它是將條碼掃描裝置、射頻識別（RFID）技術(shù)與數(shù)據(jù)終端一體化，帶有電池可離線操作的終端計算機設(shè)備，具備實時采集、自動存儲、即時顯示、即時反饋、自動處理、自動傳輸?shù)裙δ堋?.3工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的主要類型——通用控制設(shè)備2.

通用控制設(shè)備通用控制設(shè)備包含可編程邏輯控制器、遠程終端單元、嵌入式系統(tǒng)、工業(yè)控制計算機等。（1）PLC：可編程邏輯控制器（2）RTU：遠程終端單元（3）嵌入式系統(tǒng)（4）IPC：工業(yè)控制計算機采用一種可編程的存儲器，在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令。一種針對通信距離較長和工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣設(shè)計的具有模塊化結(jié)構(gòu)的、特殊的計算機測控單元。以應(yīng)用為中心，以現(xiàn)代計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)用戶需求靈活裁剪軟硬件模塊的專用計算機系統(tǒng)。簡稱工控機，主要用于工業(yè)過程測量、控制、數(shù)據(jù)采集等工作。1.3工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的主要類型——專用智能設(shè)備/裝備3.

專用智能設(shè)備/裝備包含機器人、數(shù)控機床、自動引導(dǎo)小車等（1）機器人：一種能夠半自主/全自主工作的智能機器，具有感知、決策、執(zhí)行等基本特征，可以輔助/替代人類完成危險、繁重、復(fù)雜的工作。（2）數(shù)控機床：是數(shù)字控制機床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序。（3）AGV：自動引導(dǎo)小車，指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)航裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)航路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車。一、填空題1.

工業(yè)是指

，并把它們加工成產(chǎn)品的

和

。工業(yè)是社會分工發(fā)展的產(chǎn)物，經(jīng)過

、

、現(xiàn)代工業(yè)幾個發(fā)展階段。

2.

工業(yè)是唯一

的部門，它決定著

的速度、規(guī)模和水平，在當(dāng)代世界各國國民經(jīng)濟中起著

作用。3.

根據(jù)工業(yè)產(chǎn)品單位體積的相對重量，可劃分為

和兩大類，其中重工業(yè)可以分為三類：

，輕工業(yè)可以分為兩大類：

、

。4.

流程制造是指

地通過生產(chǎn)設(shè)備，通過一系列的加工裝置使原材料進行

或

變化，最終得到產(chǎn)品。流程制造包括

和連續(xù)生產(chǎn)兩種類型。課后活動二、問答題1.

根據(jù)所學(xué)知識，簡述工業(yè)的概念和意義。2.

根據(jù)所學(xué)知識，簡要概述工業(yè)行業(yè)的主要分類？3.

根據(jù)所學(xué)知識，簡要概述常用工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的作用。5.

專用采集設(shè)備包括

、

、采集器等，特點是

，采集數(shù)據(jù)種類單一。2認(rèn)識工業(yè)數(shù)據(jù)PartTwo通過頭腦風(fēng)暴，請同學(xué)們說說你了解的工業(yè)數(shù)據(jù)，并完成下表填寫。學(xué)習(xí)目標(biāo)創(chuàng)設(shè)情景①素質(zhì)目標(biāo)：1.

討論工業(yè)數(shù)據(jù)的分類，養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度；2.

感受工業(yè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用，增強責(zé)任感。知識目標(biāo)：1.

能說明工業(yè)數(shù)據(jù)的概念和分類；2.

能歸納工業(yè)數(shù)據(jù)信號輸出形式；3.

能了解工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)互通的意義；4.

能歸納工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)的采用頻率。能力目標(biāo)：1.

能夠按照常用的分類方法對工業(yè)數(shù)據(jù)進行分類；2.

能夠正確解釋工業(yè)數(shù)據(jù)信號輸出形式；3.

能夠識別工業(yè)場景中的設(shè)備數(shù)據(jù)互通需求；4.

能夠理解工業(yè)數(shù)據(jù)的采樣頻率。表

你了解的工業(yè)數(shù)據(jù)序號工業(yè)數(shù)據(jù)工業(yè)數(shù)據(jù)分類及特點12345672.1工業(yè)數(shù)據(jù)概念和適用范圍概念學(xué)習(xí)一級數(shù)據(jù)對工業(yè)控制系統(tǒng)及設(shè)備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺等的正常生產(chǎn)運行影響較?。换蛑苯咏?jīng)濟損失較?。皇苡绊懙挠脩艉推髽I(yè)數(shù)量較少、持續(xù)時間較短。二級數(shù)據(jù)易引發(fā)較大或重大生產(chǎn)安全事故或突發(fā)環(huán)境事件，或直接經(jīng)濟損失較大；引發(fā)的級聯(lián)效應(yīng)明顯，影響范圍涉及多個行業(yè)、區(qū)域或者行業(yè)內(nèi)多個企業(yè)。三級數(shù)據(jù)易引發(fā)特別重大生產(chǎn)安全事故或突發(fā)環(huán)境事件，或造成直接經(jīng)濟損失特別巨大；對國民經(jīng)濟、行業(yè)發(fā)展、公眾利益、社會秩序乃至國家安全造成嚴(yán)重影響。本教材中所使用的為狹義概念上工業(yè)數(shù)據(jù)，即：工業(yè)生產(chǎn)活動中，由工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備所產(chǎn)生的設(shè)備狀況、工藝參數(shù)等工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。參考《工業(yè)數(shù)據(jù)分類分級指南（試行）》（以下簡稱《指南》），工業(yè)數(shù)據(jù)可分為一級、二級、三級等3個級別：2.2工業(yè)企業(yè)工業(yè)數(shù)據(jù)分類維度概念學(xué)習(xí)參考《指南》相關(guān)要求，工業(yè)企業(yè)工業(yè)數(shù)據(jù)分類維度包括但不限于以下幾類：研發(fā)數(shù)據(jù)域（研發(fā)設(shè)計數(shù)據(jù)、開發(fā)測試數(shù)據(jù)等）；生產(chǎn)數(shù)據(jù)域（控制信息、工況狀態(tài)、工藝參數(shù)、系統(tǒng)日志等）；運維數(shù)據(jù)域（物流數(shù)據(jù)、產(chǎn)品售后服務(wù)數(shù)據(jù)等）；管理數(shù)據(jù)域（系統(tǒng)設(shè)備資產(chǎn)信息、客戶與產(chǎn)品信息、產(chǎn)品供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)等）；外部數(shù)據(jù)域（與其他主體共享的數(shù)據(jù)等）。同時，平臺企業(yè)工業(yè)數(shù)據(jù)分類維度包括但不限于：平臺運營數(shù)據(jù)域（物聯(lián)采集數(shù)據(jù)、知識庫模型庫數(shù)據(jù)、研發(fā)數(shù)據(jù)等）；企業(yè)管理數(shù)據(jù)域（客戶數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)合作數(shù)據(jù)、人事財務(wù)數(shù)據(jù)等）。2.2工業(yè)企業(yè)工業(yè)數(shù)據(jù)分類維度根據(jù)常見工業(yè)數(shù)據(jù)的來源這一維度，可將工業(yè)數(shù)據(jù)進行分類，具體分類詳見下表分類系統(tǒng)類型典型系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)特點實時性管理系統(tǒng)設(shè)計資料產(chǎn)品模型、圖紙文檔半結(jié)構(gòu)/非結(jié)構(gòu)化類型各異、更新不頻繁、是企業(yè)核心數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入價值鏈管理供應(yīng)鏈SCM、客戶關(guān)系CRM半結(jié)構(gòu)/非結(jié)構(gòu)化沒有嚴(yán)格的時效性要求，需要定期同步批量導(dǎo)入資源管理ERP/OA、MES、PLM、環(huán)境管理系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化沒有嚴(yán)格的時效性要求，需要定期同步批量導(dǎo)入生產(chǎn)系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)DCS、PLC結(jié)構(gòu)化需要實時監(jiān)控，實時反饋控制實時采集生產(chǎn)監(jiān)控數(shù)據(jù)SCADA結(jié)構(gòu)化包含實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)實時采集、批量導(dǎo)入各類傳感器外掛式傳感器、條碼、射頻識別結(jié)構(gòu)化單條數(shù)據(jù)量小，并發(fā)度大，結(jié)合IoT網(wǎng)關(guān)實時采集其他外部裝置視頻攝像頭非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)量大、低時延，要求網(wǎng)絡(luò)帶寬和時延實時采集外部數(shù)據(jù)外部數(shù)據(jù)相關(guān)行業(yè)、法規(guī)、市場、競品、環(huán)境數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)相對靜止，變化較小，定期更新批量導(dǎo)入2.4工業(yè)數(shù)據(jù)信號輸出形式開關(guān)量為通斷信號，無源信號，電阻測試法為電阻0或無窮大；也可以是有源信號，專業(yè)叫法是階躍信號，就是0或1，多個開關(guān)量可以組成數(shù)字量。模擬量是指一些連續(xù)變化的物理量，如電壓、電流、壓力、速度、流量等信號量，通常電壓信號為0～10V，電流信號為4～20mA。脈沖量是在瞬間電壓或電流由某一值躍變到另一值的信號量。在量化后，其連續(xù)規(guī)律的變化就是數(shù)字量，如果其由0變成某一固定值并保持不變。數(shù)字量是在時間和數(shù)值上都是斷續(xù)變化的離散信號，通常所說的數(shù)字量是“0”和“1”組成的信號類型，通常是經(jīng)過編碼后的有規(guī)律的信號。工業(yè)數(shù)據(jù)信號輸出形式大致分為四類：開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量、脈沖量。概念學(xué)習(xí)2.5工業(yè)應(yīng)用場景的設(shè)備數(shù)據(jù)互通生產(chǎn)現(xiàn)場優(yōu)化制造工藝優(yōu)化不規(guī)則物體分揀設(shè)備運行優(yōu)化設(shè)備自執(zhí)行設(shè)備/系統(tǒng)維護復(fù)雜質(zhì)量檢測無人操作復(fù)雜指標(biāo)測量生產(chǎn)管理優(yōu)化生產(chǎn)排程全廠優(yōu)化物流優(yōu)化安全風(fēng)控分析生產(chǎn)能源管控用戶需求分析庫存管理財務(wù)流程優(yōu)化生產(chǎn)成本管理企業(yè)決策管理經(jīng)驗管理優(yōu)化產(chǎn)品溯源產(chǎn)品研發(fā)產(chǎn)品全周期生命融資風(fēng)險管控供應(yīng)鏈管理制造領(lǐng)域典型應(yīng)用場景梳理供應(yīng)鏈2.6工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采樣頻率概念學(xué)習(xí)采樣頻率，也稱為采樣速度或者采樣率，定義了單位時間內(nèi)從連續(xù)信號中提取并組成離散信號的采樣個數(shù)，它用赫茲（Hz）來表示。通俗地講，采樣頻率是指計算機單位時間內(nèi)能夠采集多少個信號樣本。采樣頻率的倒數(shù)是采樣周期（采樣時間），它是采樣之間的時間間隔。根據(jù)系統(tǒng)對設(shè)備數(shù)據(jù)需求的重要程度來確定采樣頻率，對于實時性要求比較高的數(shù)據(jù)，需要提高采樣頻率滿足實時性要求；對于實時性要求不高的，可以降低采樣頻率。序號名稱采樣頻率1振動傳感器50ms-500ms/次2壓力傳感器100ms-1s/次3電流傳感器100ms-500ms/次4溫濕度（工藝）1s-5s/次5溫濕度（環(huán)境）5min/次6PLC300ms-5s/次7數(shù)控系統(tǒng)1s-5s/次表

不同傳感器、PLC工業(yè)采集現(xiàn)場推薦的采樣頻率一、填空題1.

工業(yè)數(shù)據(jù)信號輸出形式大致分為4類：

、

、

、

。2.

工業(yè)企業(yè)工業(yè)數(shù)據(jù)分類維度包括但不限于研發(fā)數(shù)據(jù)域、

、運維數(shù)據(jù)域、

、

。3.

工業(yè)數(shù)據(jù)是指

。4.

模擬量是指

的物理量，如電壓、

、壓力、

、流量等信號量，模擬信號是幅度隨時間連續(xù)變化的信號，通常電壓信號為

，電流信號為

，可以用

模塊進行數(shù)據(jù)采集。5.

脈沖量是指

。課后活動二、問答題1.

簡單概述下工業(yè)數(shù)據(jù)的概念和分類。2.

工業(yè)數(shù)據(jù)信號輸出的形式有哪些？202X謝謝觀賞講師：XXX202X.XX.XX第三課時

認(rèn)識工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集（初級）講師：XXX202X.XX.XX網(wǎng)關(guān)的概念02工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的優(yōu)勢03CONTENTS目錄邊緣計算01素質(zhì)目標(biāo)：1.

養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度；2.

感受科技發(fā)展、樹立積極學(xué)習(xí)態(tài)度。知識目標(biāo)：1.

了解邊緣設(shè)備的含義；2.

知道網(wǎng)關(guān)的概念；3.

知道工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的優(yōu)勢；4.

知道工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的主要類型。能力目標(biāo)：1.

能夠正確描述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的優(yōu)勢；2.

能夠?qū)I(yè)智能網(wǎng)關(guān)進行準(zhǔn)確的分類。請同學(xué)們仔細觀察下面兩種邊緣設(shè)備，并查閱資料，小組思考討論，說說路由器和網(wǎng)關(guān)的作用以及區(qū)別，并將思考討論結(jié)果寫在課本空白處。學(xué)習(xí)目標(biāo)創(chuàng)設(shè)情景路由器工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)1邊緣計算PartOne1.1邊緣計算的概念邊緣計算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務(wù)。其應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足行業(yè)在實時業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。邊緣計算處于物理實體和工業(yè)連接之間，或處于物理實體的頂端。而云端計算，仍然可以訪問邊緣計算的歷史數(shù)據(jù)。概念學(xué)習(xí)1.2邊緣計算的引申邊緣計算通過在終端設(shè)備和云之間引入邊緣設(shè)備，包括路由器、網(wǎng)關(guān)、交換機、特定邊緣服務(wù)器等，并將云服務(wù)擴展到網(wǎng)絡(luò)邊緣。這些邊緣節(jié)點廣泛分布在終端設(shè)備和云層之間。例如房間內(nèi)、咖啡館、街道上、購物中心等。它們能夠?qū)K端設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)進行計算、存儲和上傳。邊緣計算模型具有3個明顯的優(yōu)點：（1）在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理大量臨時數(shù)據(jù)，不再全部上傳云端，這極大地減輕了網(wǎng)絡(luò)帶寬和數(shù)據(jù)中心功耗的壓力；（2）在靠近數(shù)據(jù)生產(chǎn)者的地方做數(shù)據(jù)處理，不需要通過網(wǎng)絡(luò)請求云計算中心的響應(yīng)，大大減少了系統(tǒng)延遲，增強了服務(wù)響應(yīng)能力；（3）邊緣計算不再上傳用戶隱私數(shù)據(jù)，而是把用戶隱私數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備上，減少了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險，保護了用戶數(shù)據(jù)安全和隱私。圖

章魚的邊緣計算2網(wǎng)關(guān)的概念PartTwo2.1網(wǎng)關(guān)的概念網(wǎng)關(guān)是一種充當(dāng)轉(zhuǎn)換重任的計算機系統(tǒng)或設(shè)備，它可以在通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間進行“翻譯”。與“網(wǎng)橋”只是單純地傳達信息不同，網(wǎng)關(guān)要對收到的信息重新打包，以適應(yīng)目的系統(tǒng)的需求。同時，網(wǎng)關(guān)還可以提供過濾和安全功能。網(wǎng)關(guān)屬于邊緣設(shè)備的一種。通常來說，網(wǎng)關(guān)的主要目的是在不同類型的通信技術(shù)之間提供橋梁，如下圖所示。這些技術(shù)在連接類型，接口或協(xié)議方面可能會有所不同。概念學(xué)習(xí)事物網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心+云分析2.2工業(yè)網(wǎng)關(guān)具備的能力01對下解析能力工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)需要具備對下（工業(yè)設(shè)備和自動化系統(tǒng)等）的協(xié)議解析能力，包括Modbus、PPI、MPI、CNC、現(xiàn)場總線協(xié)議，以及CAN、PROFIBUS等通信協(xié)議。03數(shù)據(jù)緩存、計算、上傳能力工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)需要具備數(shù)據(jù)緩存、本地計算（霧計算/邊緣計算）、數(shù)據(jù)上傳的能力。02對上協(xié)議對接、通訊能力工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)需要具備對上（IT系統(tǒng)）的協(xié)議對接能力和通信能力，包括工業(yè)以太網(wǎng)、Wi-Fi、4G、5G、NB-IoT等。在更為復(fù)雜化的工業(yè)現(xiàn)場，有大量的種類不一的設(shè)備，包括各種儀器儀表、傳感器、工業(yè)機器人、PLC、智能工業(yè)設(shè)備以及上位機等，它們的通信網(wǎng)絡(luò)接口種類多、協(xié)議繁雜、互不兼容；同時，還需要網(wǎng)關(guān)及時的處理、存儲、上傳產(chǎn)生的大量工業(yè)數(shù)據(jù)。因此，工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)在同樣遵循將不同技術(shù)、不同協(xié)議的設(shè)備橋接在一起的原則，同時還需要具備以下能力：3工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的優(yōu)勢PartThree1.共享數(shù)據(jù)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的接口允許工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備、控制系統(tǒng)與內(nèi)、外部信息系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)。工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)可以充當(dāng)網(wǎng)橋或協(xié)議轉(zhuǎn)換器的角色，使得工業(yè)現(xiàn)場所有設(shè)備無論新舊均可與網(wǎng)絡(luò)連通。3.提升處理網(wǎng)絡(luò)性能將非關(guān)鍵功能轉(zhuǎn)移至工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，可以釋放其本身更多的內(nèi)存和處理能力，可以使工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)專注于最重要的任務(wù)。工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)也會減輕網(wǎng)絡(luò)擁堵、網(wǎng)絡(luò)中斷帶給工業(yè)數(shù)據(jù)采集的負面影響；還可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為“輕量級”消息傳遞協(xié)議，如MQTT，從而減少帶寬、提高效率。2.改善安全性邊緣設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備、控制系統(tǒng)和外部網(wǎng)絡(luò)之間提供了安全層，可提供“防火墻”來保護工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備與系統(tǒng)，還可以提供安全監(jiān)控和控制方文。下圖為邊緣設(shè)備防火墻保護。3.2工業(yè)網(wǎng)關(guān)具備的能力邊緣設(shè)備的防火墻保護措施3.2工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的類型概念學(xué)習(xí)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)按照其功能、模塊化、采集對象可以分為不同類型，具體分類如下：1.按功能分類分為透明傳輸型工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集型工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和邊緣計算型工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。2.按是否模塊化分類分為模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和非模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)接口的靈活配置，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的業(yè)務(wù)需求；非模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)只能提供固定單一的接口，功能單一、滿足需求有限，但其成本相對較為低廉。右圖為工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)模塊化分類。模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)非模塊化工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)3.按采集對象分類可分為PLC工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、DCS工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、傳感器工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)和機器人工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)等。一、填空題1.

邊緣計算模型的3個優(yōu)點是

、

、

。2.

網(wǎng)關(guān)（Gateway），又稱

、

，它是在采用不同體系結(jié)構(gòu)或協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間進行互通時，用于提供

、

、數(shù)據(jù)交換等網(wǎng)絡(luò)兼容功能的設(shè)施。

3.

網(wǎng)關(guān)的主要目的是在不同類型的通信技術(shù)之間提供

，網(wǎng)關(guān)是邊緣設(shè)備的一中。4.

智能網(wǎng)關(guān)在同樣遵循將不同技術(shù)、不同協(xié)議的設(shè)備橋接在一起的原則，同時還需要具備

、

、

、能力。課后活動二、問答題1.根據(jù)所學(xué)知識，簡要闡述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的優(yōu)勢。2.根據(jù)所學(xué)知識，簡要闡述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的類型。202X謝謝觀賞講師：XXX202X.XX.XX第四課時

認(rèn)識工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集（初級）講師：XXX202X.XX.XX工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)——網(wǎng)絡(luò)通信03工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)——電源接口04CONTENTS目錄工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)——設(shè)備接口和上傳接口02工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)&指示燈01工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)——登錄配置界面05工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)——安裝與拆卸06素質(zhì)目標(biāo)：1.

養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度；2.

體驗工作的成就感，樹立熱愛勞動意識。知識目標(biāo)：1.

知道工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)組成；2.

知道工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)各結(jié)構(gòu)的功能作用；3.

知道工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的安裝與拆卸方法。能力目標(biāo)：1.

能夠正確識別工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)與作用；2.

能夠正確的安裝與拆卸工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。請同學(xué)們在設(shè)備斷電的狀態(tài)下，仔細觀察設(shè)備上的工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，并查閱相關(guān)資料，討論并總結(jié)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)組成，以及各結(jié)構(gòu)的功能，將成果填寫在下表中。學(xué)習(xí)目標(biāo)創(chuàng)設(shè)情景序號結(jié)構(gòu)名稱功能作用12341工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)&指示燈PartOne1.1工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)組成概念學(xué)習(xí)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)組成分為七個部分，分別是無線輸出接口、指示燈、設(shè)備接口、設(shè)備型號、調(diào)試口、輸出接口、電源接口。圖

工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)正面結(jié)構(gòu)圖

工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)底部結(jié)構(gòu)1.2工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)指示燈不同型號的工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，指示燈也有所不同，如圖2-2-3所示，指示燈類型有SYS（系統(tǒng)指示燈）、PWR（電源指示燈）、WAN（網(wǎng)絡(luò)指示燈）、DAQ（數(shù)據(jù)采集示燈）、RUN（運行指示燈）、ERR（故障指示燈）六種。工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)指示燈工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)指示燈功能作用如下：SYS：系統(tǒng)指示燈，1秒的頻率閃爍表示系統(tǒng)正常運行；PWR：電源指示燈，亮起表示已通電；WAN：網(wǎng)絡(luò)指示燈，常亮表示網(wǎng)絡(luò)正常；DAQ：數(shù)據(jù)采集指示燈，常亮表示網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集正常；RUN：系統(tǒng)正常運行指示燈，亮起表示CPU工作正常；ERR：運行故障指示燈，亮起表示需停機檢修，查明故障原因。2工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)——設(shè)備接口和上傳接口PartTwo2.1設(shè)備接口和上傳接口概念學(xué)習(xí)圖

9芯D型插座圖

工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)所使用的鳳凰接線端子1.

串行接口2.

鳳凰接線端子2.2接口解析3.

案例接口解析市面上工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)品牌眾多，但其功能原理相似，下面以山東萬騰工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)為例，對其VT-EDU-S、VT-EDU-N、VT-EDU-E系列工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)接口解析。（1）VT-EDU-S系列的接口簡析VT-EDU-S系列工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)備接口皆為2路串口，支持RS-232、RS-422、RS-485等標(biāo)準(zhǔn)，其引腳數(shù)據(jù)定義見表2-2-1。上傳接口為2路網(wǎng)口；同時，S002可根據(jù)實際情況配置Wi-Fi或4G無線接口。表VT-EDU-S系列串口引腳定義DB9123456789RS-422NCNCTX+RX-GNDNCNCTX-RX+RS-485NCNCAGNDNCNCBNCRS-232NCNCGNDNCNCTXRX2.2接口解析（2）VT-EDU-N系列的接口簡析表VT-EDU-N系列鳳凰接線端子接口定義定義簡述備注DI1開關(guān)量采集1通道DI2開關(guān)量采集2通道DI3開關(guān)量采集3通道DI4開關(guān)量采集4通道WCOM開關(guān)量采集公共端DCOMNCDGND開關(guān)量隔離地AI3-模擬量差分采集3負極通道默認(rèn)電壓采集AI3+模擬量差分采集3正極通道AI2-模擬量差分采集2負極通道默認(rèn)電流采集AI2+模擬量差分采集2正極通道AI1-模擬量差分采集1負極通道默認(rèn)電流采集AI1+模擬量差分采集1正極通道GND系統(tǒng)地485A485-A信號通訊接口485B485-B信號（3）VT-EDU-E系列的接口簡析VT-EDU-E系列工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)備接口為2路網(wǎng)口。數(shù)據(jù)上傳接口為2路網(wǎng)口，同時，E002/E003可根據(jù)實際情況配置Wi-Fi或4G無線接口。知識拓展3工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)——網(wǎng)絡(luò)通信PartThree3.1網(wǎng)絡(luò)通信概念學(xué)習(xí)圖

網(wǎng)線插頭與網(wǎng)線接口圖

T568B與T568A線序?qū)Ρ?.

網(wǎng)口最常用的是RJ-45連接頭，俗稱“水晶頭”，屬于雙絞線以太網(wǎng)接口類型。在雙絞線標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用最廣的是ANSI/EIA/TIA-568A和ANSI/EIA/TIA-568B，簡稱T568A和T568B。3.2網(wǎng)絡(luò)通信4G通信技術(shù)，使圖像的傳輸速度更快，讓傳輸圖像的質(zhì)量和圖像看起來更加清晰。應(yīng)用4G技術(shù)讓用戶的上網(wǎng)速度更加迅速，速度可以高達100Mbps。Wi-Fi在中文里又稱作“行動熱點”,工業(yè)級Wi-Fi智能網(wǎng)關(guān)護性高、穩(wěn)定性好，可以很好地應(yīng)對復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。5G是具有高速率、低時延和大連接特點的新一代寬帶移動通信技術(shù)，未來在工業(yè)領(lǐng)域豐富的融合應(yīng)用場景將為工業(yè)體系變革帶來極大潛力，使能工業(yè)智能化發(fā)展。3.4G2.Wi-Fi4.5G4工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)——電源接口PartFour4.1電源接口概念學(xué)習(xí)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的點源接口采用三芯鳳凰接線端子，與電源適配器連接作為電源輸入端。相較于普通電源插頭，接線端子的牢固性更佳，對于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的正常運行來說非常重要，在工業(yè)自動化控制、軍工設(shè)備、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備等領(lǐng)域中都起到重要的連接作用。其輸入電源為DC9V～30V直流形式，且電源極性防反接，位于設(shè)備前面板，方便客戶接線。電源接線區(qū)與電口接線區(qū)保持安全接線距離，避免相互干擾，提高產(chǎn)品可靠性。電源接口如右圖所示。電源接口引腳定義分別為：1：電源正極；2：電源負極；3：電源接地端。電源接口位置位于設(shè)備底面板，方便接線，使用防呆（Fool-proofing）設(shè)計，靠近網(wǎng)口側(cè)為“+”。在實訓(xùn)平臺上，電源接口已連接妥當(dāng)。除必要時需安裝和拆卸網(wǎng)關(guān)，盡量不要隨意插拔電源接口。圖

電源接口表示5工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)——登錄配置界面PartFive5.1認(rèn)識智能網(wǎng)關(guān)的配置界面概念學(xué)習(xí)步驟一：WINDOWS電腦點擊開始—控制面板—網(wǎng)絡(luò)和Internet—網(wǎng)絡(luò)和共享中心—更改適配器—本地連接—屬性；步驟二：選取“Internet協(xié)議版本4（TCP/IPv4）”，然后單擊“屬性”，或者直接雙擊“Internet協(xié)議版本（TCP/IPv4）”；步驟三：選擇“使用下面的IP地址”和“使用下面的DNS服務(wù)器地址”。工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)通電后，用網(wǎng)線連接工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的上傳接口網(wǎng)口（Web登錄網(wǎng)口）與電腦網(wǎng)口，設(shè)置電腦IP與智能網(wǎng)關(guān)在同一網(wǎng)段下，即00（智能網(wǎng)關(guān)默認(rèn)IP地址）進行用戶側(cè)IP設(shè)置。具體步驟如下：參數(shù)填寫：1）IP地址：192.168.1.XXX（范圍：2-99,101-254）；2）子網(wǎng)掩碼：；3）默認(rèn)網(wǎng)關(guān)：；4）DNS服務(wù)器：14；填寫完畢后，點擊“確定”保存設(shè)置。5.2認(rèn)識智能網(wǎng)關(guān)的配置界面（2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)置：網(wǎng)絡(luò)設(shè)置分為兩部分，左側(cè)部分為數(shù)據(jù)上傳接口設(shè)置，與電腦的IP地址處于同一網(wǎng)段。此IP地址修改后，再次登錄智能網(wǎng)關(guān)配置界面時，需使用新修改的IP地址，智能網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置界面如圖2-2-11所示。智能網(wǎng)關(guān)的配置界面分為五個部分，分別為網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、MQTT、串口設(shè)置、數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)信息。概念學(xué)習(xí)（1）系統(tǒng)信息：系統(tǒng)信息內(nèi)容主要包括設(shè)備ID、版本號、出廠編號下載配置文件。除了設(shè)備ID可以根據(jù)實際工作需要進行修改，其他的信息皆為默認(rèn)。下載配置文件選項為廠家維護接口，在此不做詳細解析。6工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)——安裝與拆卸PartSix6.1工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的安裝步驟一：確保實訓(xùn)平臺已經(jīng)斷電；步驟二：將工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)背側(cè)的精密導(dǎo)軌對準(zhǔn)網(wǎng)關(guān)安裝臺上的導(dǎo)軌如下圖所示，從側(cè)上方向側(cè)下方滑動至底；步驟三：然后先把電源接口插入智能網(wǎng)關(guān)電源端子，再將網(wǎng)線插入智能網(wǎng)關(guān)輸出接口（網(wǎng)口）如下圖所示。圖左側(cè)為智能網(wǎng)關(guān)模組導(dǎo)軌，右側(cè)為智能網(wǎng)關(guān)導(dǎo)軌圖智能網(wǎng)關(guān)接入電源及網(wǎng)口6.2工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的拆卸步驟一：確保實訓(xùn)平臺已經(jīng)斷電；關(guān)閉智能網(wǎng)關(guān)模組電源（模組右側(cè)有電源開關(guān)或把實訓(xùn)平臺斷電），智能網(wǎng)關(guān)指示燈熄滅，如下圖所示。步驟二：先將電源端子斷開，再將網(wǎng)線拔出輸出接口（網(wǎng)口），電源連接位置如下圖所示。步驟三：將工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)從側(cè)下方向側(cè)上方滑動并取下如下圖所示。智能網(wǎng)關(guān)指示燈圖

智能網(wǎng)關(guān)電源連接位置圖

沿箭頭方向取下智能網(wǎng)關(guān)一、填空題1.

SYS（

）、PWR（電源指示燈）、WAN（

）、DAQ（數(shù)據(jù)采集示燈）、RUN（

）、ERR（

）。2.

設(shè)備接口指設(shè)備接入

的接口；上傳接口指的時工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)采集到設(shè)備數(shù)據(jù)后對接

或云平臺進行上傳的接口。3.

串行接口特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現(xiàn)

，從而大大降低了成本，特別適用于

通信，但傳送速度較慢。4.

接線端子可以分為

、插拔式接線端子、

、建筑物布線端子、

等類型。課后活動二、問答題1.

根據(jù)所學(xué)知識，簡述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)組成，并說明各結(jié)構(gòu)的作用。2.

根據(jù)所學(xué)知識，簡述工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)安裝與拆卸步驟。5.

網(wǎng)口即為網(wǎng)線接口，指的是

與網(wǎng)絡(luò)之間的接口，常見的網(wǎng)卡接口

、BNC連接頭和AUI連接頭。202X謝謝觀賞講師：XXX202X.XX.XX第五課時

采集振動傳感器數(shù)據(jù)（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集（初級）講師：XXX202X.XX.XX當(dāng)今社會，傳感器已廣泛應(yīng)用到諸如日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空航天、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、文物保護等人類文明的各個角落。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，在高度發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中，處處可見傳感器的身影。多樣的傳感網(wǎng)絡(luò)圖

常見的傳感樣式傳感器傳感器是能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成；當(dāng)傳感器的輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號時，被稱為變送器，即將非標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號的儀器。由于傳感器結(jié)構(gòu)相對簡單，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)相對單一、明晰，是數(shù)據(jù)采集項目實施的最基本單元之一。因此，本書以振動傳感器的數(shù)據(jù)采集作為第一個實施項目。本章節(jié)從數(shù)據(jù)采集項目的全流程著眼，通過選擇工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、連接振動傳感器和工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、配置工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)基本參數(shù)、設(shè)置工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)采集參數(shù)、測試工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等五個步驟，掌握數(shù)據(jù)采集各個實施步驟中的知識點和技能點。最后，我們增加了一個針對電流傳感器的數(shù)據(jù)采集實施項目，幫助大家深化上述知識點和技能點。工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)選型01振動傳感器的概念02CONTENTS目錄素質(zhì)目標(biāo)：1.

養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度；2.

感受科技發(fā)展、樹立積極學(xué)習(xí)態(tài)度。知識目標(biāo)：1.

理解設(shè)備信息收集的基本概念和方法；2.

理解采集對象數(shù)據(jù)信息的基本概念；3.

了解工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)選型涉及的其他信息。能力目標(biāo)：1.

能夠準(zhǔn)確收集設(shè)備信息；2.

能夠準(zhǔn)確收集采集對象的數(shù)據(jù)信息；3.

能夠準(zhǔn)確收集其他相關(guān)信息；4.

能夠結(jié)合設(shè)備信息和數(shù)據(jù)信息選擇合適的工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。請同學(xué)們仔細觀察，放在工作臺的中間的8臺不同型號的工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，這就是今天要學(xué)習(xí)的對象，可以說一下對工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的直觀感受和存在的疑惑。學(xué)習(xí)目標(biāo)創(chuàng)設(shè)情景1工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)選型PartOne1.1工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)選型概念學(xué)習(xí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集工作臺配有工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)區(qū)域，是本實訓(xùn)平臺的核心結(jié)構(gòu)，由若干個工業(yè)現(xiàn)場常見的工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，負責(zé)工業(yè)數(shù)據(jù)的采集工作。接下來，讓我們一起回顧一下工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)。圖

工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)模塊采集接口圖

工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)底部結(jié)構(gòu)1.2工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)功能說明名字本領(lǐng)采集功能采集端口管理口IP地址外觀VT-EDU-S001設(shè)備接口：雙串口采集接口；支持采集協(xié)議：RS-232/RS-422/RS-485（默認(rèn)RS422）波特率：最高支持1Mbps；上傳配置：工業(yè)以太網(wǎng)；支持上傳協(xié)議：ModbusTCP、MQTT等。歐姆龍PLCCOM104VT-EDU-S002設(shè)備接口：雙串口采集接口；支持采集協(xié)議：RS-232/RS-422/RS-485（默認(rèn)RS232）波特率：最高支持1Mbps；上傳配置：Wi-Fi、工業(yè)以太網(wǎng)；支持上傳協(xié)議：ModbusTCP、MQTT等。三菱PLCCOM105實訓(xùn)平臺工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)模組包含8臺數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)，它們功能介紹如下表所示。1.2工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)功能說明名字本領(lǐng)采集功能采集端口管理口IP地址外觀VT-EDU-N001設(shè)備接口：鳳凰端子接口，含1路RS-485接口、3路開關(guān)量采集接口、4路模擬量采集接口；支持采集協(xié)議：DC0～10V、DC4～20mA等多種標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號輸入；上傳配置：工業(yè)以太網(wǎng)；支持上傳協(xié)議：ModbusTCP、MQTT等。工業(yè)傳感器4路開關(guān)量3路模擬量1路RS-485010203VT-EDU-E001設(shè)備接口：雙網(wǎng)口采集接口；支持采集協(xié)議：PROFINET、EtherNet/IP、Powerlink、ModbusTCP等工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)接入；上傳接口：工業(yè)以太網(wǎng)；支持上傳協(xié)議：ModbusTCP、MQTT等。西門子PLCETH3051.2工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)功能說明名字本領(lǐng)采集功能采集端口管理口IP地址外觀VT-EDU-E002設(shè)備接口：雙網(wǎng)口采集接口；支持采集協(xié)議：PROFINET、EtherNet/IP、Powerlink、ModbusTCP等工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)接入；上傳接口：Wi-Fi、工業(yè)以太網(wǎng)；支持上傳協(xié)議：ModbusTCP、MQTT、OPCUA等。發(fā)那科數(shù)控機床ETH307VT-EDU-E003設(shè)備接口：雙網(wǎng)口采集接口；支持采集協(xié)議：PROFINET、EtherNet/IP、Powerlink、ModbusTCP等工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)接入；上傳接口：4G、工業(yè)以太網(wǎng)；支持上傳協(xié)議：ModbusTCP、MQTT、OPCUA等。

ETH3081.3智能網(wǎng)關(guān)上傳協(xié)議——ModbusTCP目前上述所說的網(wǎng)關(guān)都支持ModbusTCP及MQTT上傳協(xié)議，部分智能網(wǎng)關(guān)還支持OPCUA上傳協(xié)議。概念學(xué)習(xí)（1）ModbusTCP通信協(xié)議介紹1）ModbusTCP介紹Modbus由MODICON公司于1979年開發(fā)，是一種工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。1996年施耐德公司推出基于以太網(wǎng)TCP/IP的Modbus協(xié)議：ModbusTCP。Modbus協(xié)議是一項應(yīng)用層報文傳輸協(xié)議，包括ASCII、RTU、TCP三種報文類型。標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議物理層接口有RS232、RS422、RS485和以太網(wǎng)接口，采用master/slave方式通信。易于與各種系統(tǒng)互連：可用于管理網(wǎng)、實時監(jiān)控網(wǎng)及現(xiàn)場設(shè)備通信高速的數(shù)據(jù)：100M以太網(wǎng)的傳輸結(jié)果為：每秒4000個ModbusTCP報文，而每個報文可傳輸125個字TCP/IP已成為信息行業(yè)的事實標(biāo)準(zhǔn)：只要在應(yīng)用層使用ModbusTCP，就可實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換用戶強烈要求：目前中國已把ModbusTCP作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)之一，用戶可免費獲得協(xié)議及樣板程序網(wǎng)絡(luò)實施價格低廉：可全部使用通用網(wǎng)絡(luò)部件2）ModbusTCP優(yōu)點1.3智能網(wǎng)關(guān)上傳協(xié)議——MQTT

圖VT-EDU-N001智能網(wǎng)關(guān)ModbusTCP寄存器定義智能網(wǎng)關(guān)采集實訓(xùn)平臺模組數(shù)據(jù)，通過ModbusTCP協(xié)議上傳數(shù)據(jù)至Web客戶端顯示。智能網(wǎng)關(guān)采集傳感器模組上傳數(shù)據(jù)通信地址及寄存器定義如下圖所示：（2）MQTT通信協(xié)議介紹1）MQTT協(xié)議簡介及協(xié)議原理MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport，消息隊列遙測傳輸協(xié)議），是一種基于發(fā)布/訂閱（publish/subscribe）模式的“輕量級”通訊協(xié)議，該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上，由IBM在1999年發(fā)布。1.3智能網(wǎng)關(guān)上傳協(xié)議MQTT最大優(yōu)點在于，可以以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠程設(shè)備提供實時可靠的消息服務(wù)。概念學(xué)習(xí)作為一種低開銷、低帶寬占用的即時通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動應(yīng)用等方面有較廣泛的應(yīng)用。MQTT是一個基于客戶端-服務(wù)器的消息發(fā)布/訂閱傳輸協(xié)議。MQTT協(xié)議是輕量、簡單、開放和易于實現(xiàn)的，這些特點使它適用范圍非常廣泛。在很多情況下，包括受限的環(huán)境中，如：機器與機器（M2M）通信和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。其在，通過衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫(yī)療設(shè)備、智能家居、及一些小型化設(shè)備中已廣泛使用。2）MQTT協(xié)議實現(xiàn)方式實現(xiàn)MQTT協(xié)議需要客戶端和服務(wù)器端通訊完成，在通訊過程中，MQTT協(xié)議中有三種身份：發(fā)布者（Publish）、代理（Broker）（服務(wù)器）、訂閱者（Subscribe）。其中，消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務(wù)器，消息發(fā)布者可以同時是訂閱者。圖

MQTT消息1.3智能網(wǎng)關(guān)上傳協(xié)議——OPCUAOPC是自動化行業(yè)及其他行業(yè)用于數(shù)據(jù)安全交換時的互操作性標(biāo)準(zhǔn)。它獨立于平臺，并確保來自多個廠商的設(shè)備之間信息的無縫傳輸。概念學(xué)習(xí)OPC標(biāo)準(zhǔn)定義了客戶端與服務(wù)器之間以及服務(wù)器與服務(wù)器之間的接口，比如訪問實時數(shù)據(jù)、監(jiān)控報警和事件、訪問歷史數(shù)據(jù)和其他應(yīng)用程序等，都需要OPC標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)。OPC標(biāo)準(zhǔn)于1996年首次發(fā)布，其目的是把PLC特定的協(xié)議（如Modbus，Profibus等）抽象成為標(biāo)準(zhǔn)化的接口，作為“中間人”的角色把其通用的“讀寫”要求轉(zhuǎn)換成具體的設(shè)備協(xié)議。2008年發(fā)布的OPC統(tǒng)一架構(gòu)（UA）將各個OPCClassic規(guī)范的所有功能集成到一個可擴展的框架中，獨立于平臺并且面向服務(wù)。2008年發(fā)布的OPC統(tǒng)一架構(gòu)（UA）將各個OPCClassic規(guī)范的所有功能集成到一個可擴展的框架中，獨立于平臺并且面向服務(wù)。這種多層方法實現(xiàn)了最初設(shè)計UA規(guī)范時的目標(biāo)：1）功能對等性：所有COMOPCClassic規(guī)范都映射到UA；2）平臺獨立性：從嵌入式微控制器到基于云的基礎(chǔ)設(shè)施；3）安全性：信息加密、身份驗證和審核；4）可擴展性：添加新功能而不影響現(xiàn)有應(yīng)用程序的能力；5）綜合信息建模：用于定義復(fù)雜信息。2振動傳感器概念PartTwo2.1振動傳感器——定義&主要類型概念學(xué)習(xí)2.主要類型按振動傳感器功能可有以下幾種分類方法：按機械接收原理分：相對式、慣性式；按機電變換原理分：電動式、壓電式、電渦流式、電感式、電容式、電阻式、光電式；按所測機械量分：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、應(yīng)變傳感器、扭振傳感器、扭矩傳感器。一般來說，振動傳感器在機械接收原理方面，只有相對式、慣性式兩種，但在機電變換方面，由于變換方法和性質(zhì)不同，其種類繁多，應(yīng)用范圍也極其廣泛，此處做簡單了解掌握即可。1.定義能感受機械運動振動參量（機械振動速度、頻率、加速度等）并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。2.2振動傳感器——常見使用場景3.常見使用場景振動傳感器多用于機械中的振動和位移的長期監(jiān)測，生產(chǎn)線的在線自動檢測和自動控制，科學(xué)研究中的多種微小距離和微小運動的測量等。振動傳感器可廣泛應(yīng)用于能源、化工、醫(yī)學(xué)、汽車、冶金、機器制造、軍工及科研教學(xué)等諸多領(lǐng)域。我們以振動傳感器在泵房機組設(shè)備中的應(yīng)用為例，對振動傳感器進行說明講解。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機械工業(yè)化程度飛速提高，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的機械設(shè)備正逐步走向復(fù)雜化、高速化、自動化。為了掌握設(shè)備運行狀態(tài)，避免發(fā)生事故，對生產(chǎn)中的關(guān)鍵機組實行在線監(jiān)測和故障診斷，越來越引起人們的重視。振動傳感器承擔(dān)了這一重要任務(wù)，保證了設(shè)備的正常運行。圖

泵房實際現(xiàn)場2.3振動傳感器——故障判斷應(yīng)用振動傳感器主要安裝在各種旋轉(zhuǎn)機械裝置的軸承蓋上（例如，汽輪機、壓縮機、風(fēng)機和泵），泵房機組設(shè)備中的振動傳感器一般安裝在機組外壁上。當(dāng)泵房或機組發(fā)生振動時，應(yīng)針具體情況，用振動傳感器測量并逐一分析可能造成的振動原因，找出問題的癥結(jié)后，再采取有效技術(shù)措施加以消除。工業(yè)振動分析技術(shù)是確定、預(yù)測和預(yù)防旋轉(zhuǎn)型設(shè)備故障的一種檢測手段。實施設(shè)備振動分析將會提高設(shè)備的可靠性和工作效率，減少停機時間，消除機電故障。振動分析技術(shù)是全球通用的用于確定設(shè)備故障的工具，使用該技術(shù)后，可制訂設(shè)備維修計劃，使設(shè)備盡可能長時間正常工作。圖

設(shè)備旋轉(zhuǎn)機械旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的旋轉(zhuǎn)組件都有各自特定的振動頻率，而其振動幅度則代表該設(shè)備的工作情況或工作質(zhì)量。振幅的擴大直接表示旋轉(zhuǎn)組件（例如，軸承或齒輪）發(fā)生了故障。對于旋轉(zhuǎn)機械來說，目前主要的分析信號來自振動信號。對于泵來說，泵發(fā)生重要故障的特征是機器伴有異常的振動和噪聲。振動信號能夠?qū)崟r反映水泵故障信息，應(yīng)用振動傳感器可以實時監(jiān)測泵的運行狀態(tài)，以便第一時間檢測到故障信息，通知檢修人員采取措施，保證泵正常工作，提高工作效率，同時消除安全隱患。設(shè)備旋轉(zhuǎn)機械如右圖所示。2.4本任務(wù)中所使用的振動傳感器可以通過觸摸屏控制電機啟動、停止，進而使電動機產(chǎn)生振動源，以供振動傳感器采集數(shù)據(jù)。觸摸屏控制界面如上圖所示，根據(jù)界面提示控制電動機起動、停止。圖

觸控可編程控制器運行狀態(tài)概念學(xué)習(xí)該款傳感器可安裝在機器的軸承座或機殼上，對同時兩線制輸出DC4～20mA的電流信號，可直接供給控制室里的PLC或集散控系統(tǒng)（DCS）監(jiān)視器、采集器、記錄儀或其他監(jiān)控設(shè)備。振動傳感器在實訓(xùn)模組中的位置如下圖所示。本任務(wù)采用的是HJ-9002系列一體化振動變送器（以下簡稱振動傳感器），對電機的絕對振動進行測量、機器進行實時監(jiān)控。圖

電機和振動傳感器在實訓(xùn)模組中的位置電機我們關(guān)注的重點是單個小型設(shè)備及在其關(guān)鍵部位安裝的傳感器所采集的數(shù)據(jù)，我們不妨先了解一下采集設(shè)備本身——電動機的相關(guān)信息。電動機（ElectricMachinery，俗稱“馬達”）是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。電動機在電路中用字母M（舊標(biāo)準(zhǔn)用D）表示，它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機械的動力源。發(fā)電機在電路中用字母G表示，它的主要作用是利用機械能轉(zhuǎn)化為電能。圖

電機結(jié)構(gòu)示意202X謝謝觀賞講師：XXX202X.XX.XX第六課時

采集振動傳感器數(shù)據(jù)（2）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集（初級）講師：XXX202X.XX.XXCONTENTS目錄振動傳感器的數(shù)據(jù)信息02振動傳感器的設(shè)備信息011振動傳感器的設(shè)備信息PartOne1.1設(shè)備的基本信息

概念學(xué)習(xí)收集設(shè)備的信息，首先要對設(shè)備有基本的了解，包括設(shè)備類型、設(shè)備名稱、生產(chǎn)廠家、設(shè)備型號、設(shè)備數(shù)量等，并據(jù)此來查閱準(zhǔn)確的設(shè)備資料（如產(chǎn)品手冊、說明書等），縮小工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的選型范圍，進而確定工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的具體型號。如在本任務(wù)中，我們可以了解到，我們將要收集的設(shè)備基本信息如下表所示：表

設(shè)備基本信息收集表設(shè)備類型設(shè)備名稱生產(chǎn)廠家設(shè)備型號設(shè)備數(shù)量備注傳感器一體化振動變送器杭江科技HJ-9002/（0～20mm/s）1螺紋安裝本節(jié)的應(yīng)用場景是利用振動傳感器采集電動機運行時振動產(chǎn)生的振動數(shù)值。1.2設(shè)備的技術(shù)參數(shù)信息通過查閱該款傳感器的產(chǎn)品說明書，我們能夠了解到本任務(wù)中所選用的HJ-9002型號振動傳感器的全部技術(shù)參數(shù)如下表所示。序號參數(shù)技術(shù)指標(biāo)1量程最大0～20mm/s2頻率響應(yīng)10～1000Hz3輸出DC4～20mA4輸出阻抗≤500Ω5工作電壓DC12-28V（兩線制環(huán)路供電）6接線方式二線制7測量方向垂直或水平8精度<F.S±5%9分辨率0.1mm/s10運行環(huán)境溫度-40℃～100℃11外形尺寸φ33×73mm12安裝方式螺紋安裝M10×1.5×10mm13重量約350g14殼體材質(zhì)304不銹鋼15電器接口航空連接器/隨機線預(yù)埋/接線盒16防護等級IP671.2設(shè)備的技術(shù)參數(shù)信息知識鏈接回顧一下，在《認(rèn)識工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)》（第2章2.2）中我們曾經(jīng)學(xué)習(xí)過，工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的接入接口形式包括串口、網(wǎng)口、鳳凰端子等。以VT-EDU-N001為例，它的接口形式相關(guān)的技術(shù)參數(shù)如下表所示：名字本領(lǐng)外觀VT-EDU-N001設(shè)備接口：鳳凰端子接口，含1路RS-485接口、3路開關(guān)量采集接口、4路模擬量采集接口；支持采集協(xié)議：DC0～10V、DC4～20mA等多種標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號輸入；上傳配置：工業(yè)以太網(wǎng)；支持上傳協(xié)議：Modbus、MQTT等。表

VT-EDU-N001工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)接入接口技術(shù)參數(shù)表 通過對知識鏈接的回顧可知，工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)通過設(shè)備接入接口（串口/網(wǎng)口/鳳凰端子等）與設(shè)備進行連接。1.3輸出方式&接線方式概念學(xué)習(xí)1.

輸出方式不同的傳感器有多種不同的輸出方式，在此僅對HJ-9002所使用的輸出方式進行講解。常見儀器儀表的信號輸出方式多為DC4～20mA，即采用最小電流為4mA，最大電流為20mA的信號來傳輸數(shù)據(jù)。DC4～20mA信號制是國際電工委員會:過程控制系統(tǒng)用模擬信號標(biāo)準(zhǔn)，如連接儀表、變送設(shè)備、控制設(shè)備、計算機采樣設(shè)備等。采用DC4～20mA輸出方式的優(yōu)點是傳輸精度較高、抗干擾能力較強等。2.接線方式二線制是指儀表供電和標(biāo)準(zhǔn)信號傳輸采用的導(dǎo)線數(shù)。二線制是兩根導(dǎo)線供電的同時傳輸DC4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號，其工作電源和信號共用一根導(dǎo)線，工作電源由接收端提供。二線制在消防，儀表，傳感器，工業(yè)控制等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。本例中使用的HJ-9002振動傳感器，有棕色和藍色2根導(dǎo)線。棕色導(dǎo)線接DC24V電源正端，藍色導(dǎo)線接DC24V電源負端，同時棕色和藍色導(dǎo)線也是DC4～20mA輸出引線。圖

電氣接線示意1.4量程&分辨率概念學(xué)習(xí)1.量程廣義上，量程是度量工具的測量范圍，其值由度量工具的最小測量值和最大測量值決定。對傳感器而言，能夠測量的最大被測量的數(shù)值被稱為測量上限，最小被測量則被稱為測量下限，而測量范圍就是上限和下限之間的區(qū)間就是傳感器的量程。量程和輸出有著密切的關(guān)系，當(dāng)傳感器的被測量值達到最大時，傳感器對應(yīng)的輸出值就叫“滿量程輸出”。例如，一只壓力傳感器測量的量程是0-100kPa，輸出為DC4～20mA，則它的滿量程值是100kPa，20mA就是它的“滿量程輸出”。2.分辨率是指傳感器可感受到的被測量的最小變化的能力，即傳感器的輸入量從某一非零值緩慢地變化，當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時，其輸出不會發(fā)生變化，也就是說，傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的；只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨率時，其輸出才會發(fā)生變化。例如，振動傳感器的分辨率是0.1mm/s，當(dāng)輸入量小于0.1mm/s時（如0.08mm/s），傳感器的輸出不會發(fā)生變化。2振動傳感器的數(shù)據(jù)信息PartTwo2.1振動值的振幅和頻率概念學(xué)習(xí)（2）頻率單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，是描述周期運動頻繁程度的量，常用符號f或ν表示，單位為秒分之一。為了紀(jì)念德國物理學(xué)家赫茲的貢獻，人們把頻率的單位命名為赫茲，簡稱“赫”，符號為Hz。振幅與頻率的關(guān)系如下圖所示:（1）振幅是指振動的物理量可能達到的最大值，通常以A表示。它是表示振動的范圍和強度的物理量。在機械振動中，振幅是物體振動時離開平衡位置最大位移的絕對值，振幅在數(shù)值上等于最大位移的大小。振幅是標(biāo)量，單位用米或厘米表示。振幅描述了物體振動幅度的大小和振動的強弱。在交流電路中，電流振幅或電壓振幅是指電流或電壓變化的最大值，也叫電壓或電流的峰值。振動傳感器是測試技術(shù)中關(guān)鍵部件，其作用是接收機械形變量，并轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量，即振動信號轉(zhuǎn)換為電信號，因此振動傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為振動值。2.2工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)選型涉及的其他信息知識鏈接再次回顧，在《認(rèn)識工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)》（第2章2.2）和本任務(wù)的任務(wù)描述中提到，工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)主要包括面板指示燈、數(shù)據(jù)采集接口、數(shù)據(jù)上傳接口、電源端子、精密導(dǎo)軌等幾部分。由此可知，在選擇工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的過程中，還需要確定數(shù)據(jù)采集完成后將以何種方式、何種協(xié)議進行上傳。根據(jù)實際情況，工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的主要上傳方式可選擇：以太網(wǎng)、Wi-Fi、4G、5G等。工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)支持的上傳協(xié)議主要有：OPCUA、MQTT、ModbusTCP等。工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)還有一個專用調(diào)試口console，請大家一定不要私自操作、以免造成設(shè)備損壞。注意事項一、填空題1.

振動傳感器能感受

參量并轉(zhuǎn)換成可用

的傳感器。2.

振動傳感器按所測機械量可分為

傳感器、

傳感器、

傳感器、力傳感器、應(yīng)變傳感器、

傳感器、扭矩傳感器。3.

振動傳感器多用于機械中的

和

的長期監(jiān)測，生產(chǎn)線的在線自動檢測和自動控制，科學(xué)研究中的多種和

等。4.

本任務(wù)采用的是HJ-9002系列一體化振動變送器（以下簡稱振動傳感器），對電機的絕對

進行測量、機器進行實時監(jiān)控。課后活動二、問答題1.

根據(jù)所學(xué)知識，簡要闡述實訓(xùn)臺工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的區(qū)別。2.

根據(jù)所學(xué)知識，簡要闡述振動傳感器的分類及應(yīng)用場景。5.

本任務(wù)采用的是HJ-9002系列一體化振動變送器它可安裝在機器的軸承座或機殼上，采用

線制輸出

mA的電流信號。課外拓展這里有一份壓力傳感器的技術(shù)參數(shù)文字描述，請從中選出與工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)選型相關(guān)的重要信息，填寫工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)信息采集表，在實驗臺上選出合適的工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，并說明理由。壓力傳感器技術(shù)參數(shù)：1、壓力范圍：-100Pa～80Pa；2、過載壓力：200%F.S；3、輸出信號：DC4～20mA；4、工作電壓：DC24V（DC12～32V）；5、綜合精度：±0.05%F.S；6、接線方式：四線制；7、接口形式：航空插頭。圖

壓力傳感器的技術(shù)參數(shù)設(shè)備基本信息收集表項目詳細信息設(shè)備參數(shù)信息收集表參數(shù)技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)信息收集表數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)特征其他信息收集表項目詳細信息表

工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)選型信息收集表202X謝謝觀賞講師：XXX202X.XX.XX第七課時

采集振動傳感器數(shù)據(jù)（3）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集（初級）講師：XXX202X.XX.XXCONTENTS目錄配置工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)基本參數(shù)02連接振動傳感器和工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)011連接振動傳感器和工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)PartOne學(xué)習(xí)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)：1.

養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度；2.

體驗工作的成就感，樹立熱愛勞動意識；3.

培養(yǎng)舉一反三的學(xué)習(xí)能力。知識目標(biāo)：1.

理解通信電纜的概念；2.

掌握通信電纜制作和檢測過程中需要使用的工具的概念。能力目標(biāo)：1.

能夠正確制作通信電纜；2.

能夠正確檢測通信電纜；3.

能夠正確連接振動傳感器和通信電纜。1.1制作通信電纜——通信線纜的定義概念學(xué)習(xí)1.通信線纜的定義（1）通信線纜通信線纜即傳輸電信號或光信號的各種導(dǎo)線的總稱。本冊中所指的通信電纜是即時通信線纜中的一種，由一對以上相互絕緣的導(dǎo)線絞合而成。通信電纜通常由纜芯、護套和護層構(gòu)成，多根互相絕緣的導(dǎo)線或?qū)w構(gòu)成纜芯，外部具有密封護套的通信線路，有的在護套外面還裝有外護層。（2）本任務(wù)所使用的電纜簡介RVB全稱兩芯平型銅芯聚乙烯絕緣軟電線，俗稱紅黑（平行）線，是一種扁形無護套的軟電線，由一根紅色和一根黑色絕緣銅線平行絕緣擠出的軟線，其名稱也是由此得來的。其中，字母R表示軟電線（導(dǎo)體結(jié)構(gòu)），字母V表示聚氯乙烯（護套材料），字母B表示平行（電線形狀）。（3）接口和線序簡介RVB通常紅色為正極（+），黑色為負極（-）。由于實訓(xùn)平臺和工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)已有現(xiàn)成的接口，無需制作額外的接口，只需要將線端接入即可。RVB的兩端紅、黑線分別對應(yīng)實訓(xùn)平臺振動傳感器接口的A+/A-，以及工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)VT-EDU-N001的電流模擬量接口的AI1+/AI1-（或AI2+/AI2-）。圖

不同直徑的RVB1.2制作通信電纜——通信電纜的制作（1）準(zhǔn)備工作通信電纜的制作所需要的工具如下圖：RVB線50cm，銅線線徑0.75mm；60W的電烙鐵及1mm口徑的焊錫絲一卷；1.25mm2口徑的剝線鉗1個；小號螺絲刀一個。（2）制作過程步驟一：如下圖所示，將RVB線從中間分開約2cm，并用剝線鉗分別剝?nèi)啥司€端的外皮。圖

鉗子剝線圖

紅黑線、剝線鉗、螺絲刀、電烙鐵和焊錫絲1.2制作通信電纜——通信電纜的制作步驟二：用手將線芯捻緊實（如下左圖所示），用電烙鐵將焊錫絲融化，并均勻涂抹至裸露的線芯處（如下右圖所示）。銅線鍍錫是為了防止銅線暴露在空氣中氧化形成銅綠，增加電阻；還可以防止絕緣橡皮發(fā)粘、變脆，影響其性能。步驟三：用剝線鉗將已和錫融合的線芯端剪至剩1cm，如下圖。圖

鍍錫線切掉多余部分圖銅線捻實圖銅線補錫1.3檢測并連接通信電纜1.連接通信電纜步驟一：如下左圖，將RVB線的一端接入到實訓(xùn)平臺的振動傳感器信號輸出接點端子。其中紅線為+，對應(yīng)A+口，黑線為-，對應(yīng)A-口。將端口的開關(guān)打開，依順序插入RVB線，關(guān)閉開關(guān)。用手嘗試拽一下，若無松動，則為此端接線成功。圖

連接網(wǎng)關(guān)端子圖

連接設(shè)備模組步驟二：將選定的工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)的鳳凰端子端口取下，用2.0*50mm的一字螺絲刀松動對應(yīng)的端口螺絲，如下右圖，線序?qū)?yīng)同上。通常通信電纜在制作完成后需要檢測是否制作成功。但由于RVB線不需要制作額外的接口，因此一般不需要另外進行檢測。1.3檢測并連接通信電纜步驟三：將RVB線插入鳳凰端子，并用螺絲刀擰緊。用手嘗試拽一下，如無松動，則為此端接線成功，如下左圖所示。圖

工業(yè)傳感器模組電源接口圖

RVB與網(wǎng)關(guān)連接如下右圖所示，電源線接頭有防反接設(shè)計，需對準(zhǔn)凸起處進行電源安裝，安裝好后需擰緊接口后端螺絲。步驟四：將端子插回工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)，并將電機、振動傳感器和工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)通電，查看是否連接成功并收集數(shù)據(jù)。我們可以根據(jù)信息采集表得知：設(shè)備的工作電壓為DC24V，電源線接頭采用兩針頭設(shè)計。1.3檢測并連接通信電纜通過網(wǎng)關(guān)后面的銘牌得知：工作電壓范圍是DC9～30V。圖

最終連接圖這里有個小技巧點，電源端接頭為兩針頭設(shè)計的，有且只有DC24V。另外兩種電源端接頭：DC12V為三針頭設(shè)計，DC5V為四針頭設(shè)計，后續(xù)實訓(xùn)內(nèi)容根據(jù)需要連接不同電源接口。最后，完成最終操作的連線圖，如下右圖所示：圖

網(wǎng)關(guān)出廠銘牌信息表一、填空題1.

通信線纜即傳輸電信號或光信號的各種導(dǎo)線的總稱。其按結(jié)構(gòu)分類，類型主要有被覆線、

、通信電纜和

；按使用要求分類，類型主要有

電纜、

電纜和電纜。2.

RVB全稱

電線，俗稱紅黑（平行）線，是一種扁形無護套的軟電線，由一根紅色和一根黑色絕緣銅線平行絕緣擠出的軟線，其名稱也是由此得來的。3.

和