伺服驅(qū)動器 1769-IF16C 抗干擾能力強(qiáng)

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03 工業(yè)數(shù)據(jù)采集的體系結(jié)構(gòu)

工業(yè)數(shù)據(jù)采集體系包括設(shè)備接入,、協(xié)議轉(zhuǎn)換、邊緣計(jì)算。設(shè)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(diǎn),。設(shè)備接入利用有線或無線通信方式,，實(shí)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(bào)到云端,。工業(yè)數(shù)據(jù)采集發(fā)展了這么多年,，存在設(shè)備接入的復(fù)雜性和多樣性,。

數(shù)據(jù)接入后，將對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,、轉(zhuǎn)換,，并通過標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)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(yīng)用場景,，在協(xié)議轉(zhuǎn)換后，可能在本地做即時(shí)數(shù)據(jù)分析和預(yù)處理,，再上傳到云端,，提升即時(shí)性并降低網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力。

邊緣計(jì)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(shí)效性還是出于數(shù)據(jù)安全性考慮，或是網(wǎng)絡(luò)的可靠性,，邊緣計(jì)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(shè)備接入產(chǎn)品分為以下3類,，分類并非，不同類別之間的差異,，在于其側(cè)重點(diǎn)不同,。

1. 通用控制器

類是通用控制器，來自工業(yè)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(yè)自動化領(lǐng)域存在很多控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System,，DCS）和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control and Data Ac,，SCADA），它們在承擔(dān)本職功能的同時(shí),，可以作為接入設(shè)備使用,。

通用控制器通常集成了數(shù)字輸入輸出I/O單元,、網(wǎng)絡(luò)通信單元,，以及針對特定應(yīng)用的選配功能,，如模擬量輸入單元、模擬量輸出單元,、計(jì)數(shù)器單元,、運(yùn)動控制單元等，通過串口或以太網(wǎng)物理接口連接,，然后基于現(xiàn)場總線,、工業(yè)以太網(wǎng)或標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)完成數(shù)據(jù)采集協(xié)議的解析，如圖3-3所示,。

▲圖3-3 通用控制器

通用控制器應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床,、激光切割機(jī)等各種自動化裝備、機(jī)器人（如機(jī)械臂和移動機(jī)器人）,、SCADA系統(tǒng)的通信管理機(jī),，有些自動化裝備擁有專用控制器，采用不同的硬件架構(gòu)如PowerPC,、ARM Cortex等,。基于通用控制器的設(shè)備接入,，完成自動化裝備自身數(shù)據(jù),、工藝過程數(shù)據(jù)采集。

2. 專用數(shù)據(jù)采集模塊

第二類是專用數(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(zhuǎn)換器或數(shù)字電路將電信號轉(zhuǎn)換為可讀的數(shù)字量,。

例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用力傳感器實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)混凝土應(yīng)力狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測,，為風(fēng)機(jī)混凝土基礎(chǔ)承載力的評估提供依據(jù)，同時(shí)利用加速度傳感器采集振動信號,，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行過程中,，實(shí)時(shí)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(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),，避免由于共振而造成的結(jié)構(gòu)失效,，并對超出幅度閾值的振動進(jìn)行安全預(yù)警。

將力傳感器和加速度傳感器安裝固定于風(fēng)機(jī)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(luò)將數(shù)據(jù)上傳到本地或遠(yuǎn)端服務(wù)器，進(jìn)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(jī)器人,，如果某些關(guān)注的數(shù)據(jù)缺失,，無法從其通用控制器直接獲取,，此時(shí)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。

3. 智能產(chǎn)品和終端

第三類是智能產(chǎn)品和終端,，強(qiáng)調(diào)遠(yuǎn)程無線接入和移動屬性,。例如通過運(yùn)營商4G/5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi等室內(nèi)短距離通信,，或者低功耗廣域網(wǎng)無線連接上報(bào)數(shù)據(jù),。通過無線方式可以采集智能產(chǎn)品和終端的各種指標(biāo)數(shù)據(jù)，例如電量,、信號強(qiáng)度,、功耗、定位,、嵌入式傳感器數(shù)據(jù)等,。

大部分智能產(chǎn)品和終端在產(chǎn)品定義時(shí)直接集成了無線通信能力，手機(jī)和可穿戴設(shè)備屬于典型的例子,。當(dāng)前智能產(chǎn)品越來越豐富,，萬物互聯(lián)時(shí)代，默認(rèn)具備遠(yuǎn)程接入能力,，對智能產(chǎn)品使用過程中的各種運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測,，分析采集的數(shù)據(jù)，可以指導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊(duì)更好地改進(jìn)產(chǎn)品,。

例如具有移動屬性的自動化裝備,，如AGV機(jī)器人在室內(nèi)基于Wi-Fi自組網(wǎng)集群，實(shí)現(xiàn)AGV之間的通信,，草皮收割機(jī)在戶外作業(yè)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制,。有些產(chǎn)品終端本身不具備遠(yuǎn)程接入能力，可間接通過數(shù)傳模塊（Data Transfer Unit,，DTU）或工業(yè)網(wǎng)關(guān),，實(shí)現(xiàn)同樣的效果。

工業(yè)數(shù)據(jù)采集關(guān)于數(shù)據(jù)的界定是非常廣義的,，它可能來自通用控制器運(yùn)行時(shí)的關(guān)鍵指標(biāo),，或者傳感器采集的某個(gè)物理量，或者單純一個(gè)身份標(biāo)識信息,，比如RFID標(biāo)簽EPC數(shù)據(jù)區(qū)定義的標(biāo)簽ID,、廣播報(bào)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(rèn),，無須多余信息,，雖然通信雙方有能力攜帶額外信息。

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