伺服驅動器 1769-IF16C 抗干擾能力強

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03 工業數據采集的體系結構

工業數據采集體系包括設備接入、協議轉換、邊緣計算。設備接入是工業數據采集建立物理世界和數字世界連接的起點。設備接入利用有線或無線通信方式，實現工業現場和工廠外智能產品/移動裝備的泛在連接，將數據上報到云端。工業數據采集發展了這么多年，存在設備接入的復雜性和多樣性。

數據接入后，將對數據進行解析、轉換，并通過標準應用層協議如MQTT、HTTP上傳到物聯網平臺。部分工業物聯網應用場景，在協議轉換后，可能在本地做即時數據分析和預處理，再上傳到云端，提升即時性并降低網絡帶寬壓力。

邊緣計算近幾年發展迅速，大家越來越意識到數據就近處理的優勢，無論是實效性還是出于數據安全性考慮，或是網絡的可靠性，邊緣計算在工業物聯網體系中扮演著重要角色，邊云協同也逐漸成了共識。

根據硬件載體不同，將設備接入產品分為以下3類，分類并非，不同類別之間的差異，在于其側重點不同。

1. 通用控制器

類是通用控制器，來自工業裝備大腦主控，例如可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、微控制單位（MicroController Unit，MCU）等，工業自動化領域存在很多控制和數據采集系統，如分布式控制系統（Distributed Control System，DCS）和數據采集與監視控制系統（Supervisory Control and Data Ac，SCADA），它們在承擔本職功能的可以作為接入設備使用。

通用控制器通常集成了數字輸入輸出I/O單元、網絡通信單元，以及針對特定應用的選配功能，如模擬量輸入單元、模擬量輸出單元、計數器單元、運動控制單元等，通過串口或以太網物理接口連接，基于現場總線、工業以太網或標準以太網完成數據采集協議的解析，如圖3-3所示。

▲圖3-3 通用控制器

通用控制器應用于數控機床、激光切割機等各種自動化裝備、機器人（如機械臂和移動機器人）、SCADA系統的通信管理機，有些自動化裝備擁有專用控制器，采用不同的硬件架構如PowerPC、ARM Cortex等。基于通用控制器的設備接入，完成自動化裝備自身數據、工藝過程數據采集。

2. 專用數據采集模塊

第二類是專用數據采集模塊，采集現場對象的物理信號，傳感器將物理信號變換為電信號后，專用數據采集模塊通過模擬電路的A/D模數轉換器或數字電路將電信號轉換為可讀的數字量。

例如風力發電機利用力傳感器實現風機混凝土應力狀態的實時在線監測，為風機混凝土基礎承載力的評估提供依據，利用加速度傳感器采集振動信號，在風力發電系統的運行過程中，實時在線監測振動狀況并發送檢測信息，根據檢測信息有效控制風機運轉狀態，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。

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據采集模塊的輸入端，專用數據采集模塊通過網絡將數據上傳到本地或遠端服務器，進行下一步數據分析和可視化。

專用數據采集模塊的形式可能是數據采集板卡、嵌入式數據采集系統等。對于自動化裝備或機器人，如果某些關注的數據缺失，無法從其通用控制器直接獲取，此時可通過加裝傳感器，配合專用數據采集模塊的方式，完成更多維度的數據采集，這種做法很常見。

3. 智能產品和終端

第三類是智能產品和終端，強調遠程無線接入和移動屬性。例如通過運營商4G/5G蜂窩網絡、Wi-Fi等室內短距離通信，或者低功耗廣域網無線連接上報數據。通過無線方式可以采集智能產品和終端的各種指標數據，例如電量、信號強度、功耗、定位、嵌入式傳感器數據等。

大部分智能產品和終端在產品定義時直接集成了無線通信能力，手機和可穿戴設備屬于典型的例子。當前智能產品越來越豐富，萬物互聯時代，默認具備遠程接入能力，對智能產品使用過程中的各種運行指標進行監測，分析采集的數據，可以指導研發團隊更好地改進產品。

例如具有移動屬性的自動化裝備，如AGV機器人在室內基于Wi-Fi自組網集群，實現AGV之間的通信，草皮收割機在戶外作業時的遠程監測和控制。有些產品終端本身不具備遠程接入能力，可間接通過數傳模塊（Data Transfer Unit，DTU）或工業網關，實現同樣的效果。

工業數據采集關于數據的界定是非常廣義的，它可能來自通用控制器運行時的關鍵指標，或者傳感器采集的某個物理量，或者單純一個身份標識信息，比如RFID標簽EPC數據區定義的標簽ID、廣播報文中攜帶的唯一MAC地址等，通信雙方彼此交換的可能僅僅是簡單的身份信息，完成一次確認，無須多余信息，通信雙方有能力攜帶額外信息。

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