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

項目4工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡任務1工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡搭建

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡

隨著工業(yè)4.0時代的到來，工業(yè)數(shù)據(jù)采集與傳輸已成為企業(yè)實現(xiàn)智能化、高效化生產(chǎn)的關鍵環(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)絡覆蓋等因素的限制，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)線中設備是否能夠接入網(wǎng)絡是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地的關鍵，許多工業(yè)領域的管理者都將設備聯(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)絡總體上分為有線和無線兩種，4G是常用的無線工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡。4G網(wǎng)關可以通過物聯(lián)網(wǎng)卡實現(xiàn)設備上網(wǎng)。這類物聯(lián)網(wǎng)卡類似生活中常見的手機SIM卡，都能實現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)收發(fā)等功能，區(qū)別是物聯(lián)網(wǎng)卡專門面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)打造，用來保證數(shù)據(jù)的實時傳輸，常用于有線網(wǎng)絡和無線WIFI不能覆蓋的區(qū)域。優(yōu)點是即插即用，靈活方便，不用現(xiàn)場布線。

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡

基于4G工業(yè)網(wǎng)關的遠程數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，采用先進的4G通信技術，通過4G工業(yè)網(wǎng)關與PLC(可編程邏輯控制器)等工業(yè)設備連接，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集與傳輸。4G工業(yè)網(wǎng)關是一種集成了多種通信接口和工控協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)設備，可以接入不同類型的設備和傳感器，如PLC、DCS、傳感器設備等，通過強大的數(shù)據(jù)采集能力，采集設備狀態(tài)、參數(shù)、工藝等數(shù)據(jù)，并進行邊緣計算，數(shù)據(jù)清洗、過濾、標準化，再通過4G等移動網(wǎng)絡技術將工業(yè)設備的數(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)絡設備數(shù)據(jù)被4G工業(yè)網(wǎng)關傳輸?shù)皆贫嘶驍?shù)據(jù)中心進行進一步處理和分析。云端平臺可以實時監(jiān)控設備狀態(tài)、參數(shù)和工藝等數(shù)據(jù)，并生成報表和趨勢分析圖表。管理人員可以通過手機、電腦等設備隨時查看實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對工業(yè)設備的遠程監(jiān)控和管理。提高生產(chǎn)效率和管理水平。通過設置閾值和規(guī)則，可以實時監(jiān)測工業(yè)設備的運行狀態(tài)和異常情況，當發(fā)現(xiàn)異常時及時觸發(fā)報警通知管理人員進行處理。同時，數(shù)據(jù)還可以轉發(fā)給MES系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)過程全數(shù)據(jù)鏈的實時連通和實時傳輸，從而實現(xiàn)工廠智能化應用。

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡了解數(shù)據(jù)上傳的形式與過程；熟悉MQTT協(xié)議以及平臺內(nèi)部的MQTTAPI；了解HTTP協(xié)議以及平臺內(nèi)部的HTTPAPI，能夠采用遙測的方式發(fā)送數(shù)據(jù)到平臺設備端。

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡了解數(shù)據(jù)上傳的形式與過程；熟悉MQTT協(xié)議以及平臺內(nèi)部的MQTTAPI；了解HTTP協(xié)議以及平臺內(nèi)部的HTTPAPI，能夠采用遙測的方式發(fā)送數(shù)據(jù)到平臺設備端。

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡了解數(shù)據(jù)上傳的形式與過程；熟悉MQTT協(xié)議以及平臺內(nèi)部的MQTTAPI；了解HTTP協(xié)議以及平臺內(nèi)部的HTTPAPI，能夠采用遙測的方式發(fā)送數(shù)據(jù)到平臺設備端。

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡任務描述了解數(shù)據(jù)上傳的形式與過程；熟悉MQTT協(xié)議以及平臺內(nèi)部的MQTTAPI；了解HTTP協(xié)議以及平臺內(nèi)部的HTTPAPI，能夠采用遙測的方式發(fā)送數(shù)據(jù)到平臺設備端。

基于4G的工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡任務描述了解數(shù)據(jù)上傳的形式與過程；熟悉MQTT協(xié)議以及平臺內(nèi)部的MQTTAPI；了解HTTP協(xié)議以及平臺內(nèi)部的HTTPAPI，能夠采用遙測的方式發(fā)送數(shù)據(jù)到平臺設備端。

使用專用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動數(shù)據(jù)

工業(yè)數(shù)據(jù)采集體系包括設備接入、協(xié)議轉換、邊緣計算。設備接入是工業(yè)數(shù)據(jù)采集建立物理世界和數(shù)字世界連接的起點。設備接入利用有線或無線通信方式，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場和工廠外智能產(chǎn)品/移動裝備的泛在連接，將數(shù)據(jù)上報到云端。工業(yè)數(shù)據(jù)采集發(fā)展了這么多年，存在設備接入的復雜性和多樣性。

數(shù)據(jù)接入后，將對數(shù)據(jù)進行解析、轉換，并通過標準應用層協(xié)議如MQTT、HTTP上傳到物聯(lián)網(wǎng)平臺。部分工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用場景，在協(xié)議轉換后，可能在本地做即時數(shù)據(jù)分析和預處理，再上傳到云端，提升即時性并降低網(wǎng)絡帶寬壓力。

使用專用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動數(shù)據(jù)邊緣計算近幾年發(fā)展迅速，大家越來越意識到數(shù)據(jù)就近處理的優(yōu)勢，無論是實效性還是出于數(shù)據(jù)安全性考慮，或是網(wǎng)絡的可靠性，邊緣計算在工業(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。根據(jù)硬件載體不同，將設備接入產(chǎn)品分為以下3類，分類并非絕對，不同類別之間的差異，在于其側重點不同。第一類是通用控制器，第二類是專用數(shù)據(jù)采集模塊，第三類是智能產(chǎn)品和終端，本視頻主要講解專用數(shù)據(jù)采集模塊。

使用專用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動數(shù)據(jù)專用數(shù)據(jù)采集模塊，采集現(xiàn)場對象的物理信號，傳感器將物理信號變換為電信號后，專用數(shù)據(jù)采集模塊通過模擬電路的A/D模數(shù)轉換器或數(shù)字電路將電信號轉換為可讀的數(shù)字量。

例如風力發(fā)電機利用力傳感器實現(xiàn)風機混凝土應力狀態(tài)的實時在線監(jiān)測，為風機混凝土基礎承載力的評估提供依據(jù)，同時利用加速度傳感器采集振動信號，在風力發(fā)電系統(tǒng)的運行過程中，實時在線監(jiān)測振動狀況并發(fā)送檢測信息，根據(jù)檢測信息有效控制風機運轉狀態(tài)，避免由于共振而造成的結構失效，并對超出幅度閾值的振動進行安全預警。

使用專用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動數(shù)據(jù)

將力傳感器和加速度傳感器安裝固定于風機上，傳感器輸出端連接到專用數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端，專用數(shù)據(jù)采集模塊通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳到本地或遠端服務器，進行下一步數(shù)據(jù)分析和可視化。

專用數(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。對于自動化裝備或機器人，如果某些關注的數(shù)據(jù)缺失，無法從其通用控制器直接獲取，此時可通過加裝傳感器，配合專用數(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。

使用專用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動數(shù)據(jù)

本節(jié)主要講解使用專用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動數(shù)據(jù)振動是指物體或質(zhì)點在其平衡位置附近所作有規(guī)律的往復運動。振動的強弱用振動量來衡量，振動量可以是振動體的位移、速度或加速度。振動量如果超過允許范圍，機械設備將產(chǎn)生較大的動載荷和噪聲，從而影響其工作性能和使用壽命，嚴重時會導致零部件的早期失效。例如，透平葉片因振動而產(chǎn)生的斷裂，可以引起嚴重事故。由于現(xiàn)代機械結構日益復雜，運動速度日益提高，振動的危害更為突出

使用專用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動數(shù)據(jù)振動監(jiān)測系統(tǒng)可以對振動量，如振動體的位移、速度或加速度進行測量，可用于對機器和設施進行基于狀態(tài)的維護。它們有助于及時檢測出機器損壞并防止代價高昂的間接損失。振動監(jiān)測類產(chǎn)品包括振動變送器、振動傳感器、速度傳感器和加速度傳感器。振動變送器和振動傳感器可檢測出損壞的軸承及驅(qū)動器和旋轉機械部件的不平衡問題。當速度傳感器與電子診斷裝置結合使用時，可作為振動監(jiān)測系統(tǒng)對大型傳動裝置進行全面的監(jiān)測。

使用專用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動數(shù)據(jù)機械上最普遍的振動問題，大多數(shù)都發(fā)生在轉子上，例如不平衡，不對中，摩擦等。而對于有些機械，軸振動的大部分被傳到軸承座上，在這種情況下，測量軸承殼的振動，對于機械的綜合工況，可以提供有意義的信息。機械的被測點位置，一般要求在靠近軸承的位置的軸承座上或機殼上。因為轉子的振動通過軸承傳到軸承座上以及附近的機殼上，該位置的振動相對較大，可以比較準確地進行振動監(jiān)測。測量方向有垂直和水平兩個方向。

使用專用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動數(shù)據(jù)如圖所示，HZD-D/S-Y型智能振動監(jiān)控儀與HD-ST-6振動傳感器配套使用，可用來測量軸承座，機殼或者結構的振動速度或振動位移，對于電機、壓縮機、風機、水泵等要測量多點振動的情況，該監(jiān)控儀尤其適用。

使用專用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動數(shù)據(jù)振動監(jiān)控儀的主要功能如下：實現(xiàn)智能處理：報警Ⅰ值、Ⅱ值、量程值可通過面板按鍵設置，無需電位器調(diào)整雙通道監(jiān)測，可同時監(jiān)測垂直和水平方向的振動，兩個通道同時顯示，互不干擾具有4~20mA標準信號輸出、二級報警輸出功能，兩個通道分別設置兩個通道具有獨立的TMD示波輸出，用于信號波形顯示、記錄或故障分析診斷具有RS485通訊輸出，可輸送至DCS、PLC或其他計算機系統(tǒng)、專門數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等，實現(xiàn)在線顯示、分析、診斷及事故追憶

使用專用數(shù)據(jù)采集模塊采集振動數(shù)據(jù)報警延時調(diào)整范圍0~255秒，以防止現(xiàn)場干擾引起誤報警具有上、掉電檢測功能，同時切斷報警、停機輸出回路，能有效抑制儀表誤報警可在測量振動位移或振動速度之間切換，選擇需要的測量方式具有報警倍增功能。電流輸出：4~20mA，輸出負載≤500Ω