伺服驅動(dòng)器 1769-IF16C 抗干擾能力強

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03 工業(yè)數據采集的體系結構

工業(yè)數據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)數據采集建立物理世界和數字世界連接的起點(diǎn)。設備接入利用有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信方式，實(shí)現工業(yè)現場(chǎng)和工廠(chǎng)外智能產(chǎn)品/移動(dòng)裝備的泛在連接，將數據上報到云端。工業(yè)數據采集發(fā)展了這么多年，存在設備接入的復雜性和多樣性。

數據接入后，將對數據進(jìn)行解析、轉換，并通過(guò)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(chǎng)景，在協(xié)議轉換后，可能在本地做即時(shí)數據分析和預處理，再上傳到云端，提升即時(shí)性并降低網(wǎng)絡(luò )帶寬壓力。

邊緣計算近幾年發(fā)展迅速，大家越來(lái)越意識到數據就近處理的優(yōu)勢，無(wú)論是實(shí)效性還是出于數據安全性考慮，或是網(wǎng)絡(luò )的可靠性，邊緣計算在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系中扮演著(zhù)重要角色，邊云協(xié)同也逐漸成了共識。

根據硬件載體不同，將設備接入產(chǎn)品分為以下3類(lèi)，分類(lèi)并非，不同類(lèi)別之間的差異，在于其側重點(diǎn)不同。

1. 通用控制器

類(lèi)是通用控制器，來(lái)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(dòng)化領(lǐng)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同時(shí)，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(wǎng)絡(luò )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(dòng)控制單元等，通過(guò)串口或以太網(wǎng)物理接口連接，然后基于現場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)或標準以太網(wǎng)完成數據采集協(xié)議的解析，如圖3-3所示。

▲圖3-3 通用控制器

通用控制器應用于數控機床、激光切割機等各種自動(dòng)化裝備、機器人（如機械臂和移動(dòng)機器人）、SCADA系統的通信管理機，有些自動(dòng)化裝備擁有專(zhuān)用控制器，采用不同的硬件架構如PowerPC、ARM Cortex等?；谕ㄓ每刂破鞯脑O備接入，完成自動(dòng)化裝備自身數據、工藝過(guò)程數據采集。

2. 專(zhuān)用數據采集模塊

第二類(lèi)是專(zhuān)用數據采集模塊，采集現場(chǎng)對象的物理信號，傳感器將物理信號變換為電信號后，專(zhuān)用數據采集模塊通過(guò)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(fēng)力發(fā)電機利用力傳感器實(shí)現風(fēng)機混凝土應力狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測，為風(fēng)機混凝土基礎承載力的評估提供依據，同時(shí)利用加速度傳感器采集振動(dòng)信號，在風(fēng)力發(fā)電系統的運行過(guò)程中，實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測振動(dòng)狀況并發(fā)送檢測信息，根據檢測信息有效控制風(fēng)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(dòng)進(jìn)行安全預警。

將力傳感器和加速度傳感器安裝固定于風(fēng)機上，傳感器輸出端連接到專(zhuān)用數據采集模塊的輸入端，專(zhuān)用數據采集模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據上傳到本地或遠端服務(wù)器，進(jìn)行下一步數據分析和可視化。

專(zhuān)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(dòng)化裝備或機器人，如果某些關(guān)注的數據缺失，無(wú)法從其通用控制器直接獲取，此時(shí)可通過(guò)加裝傳感器，配合專(zhuān)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(jiàn)。

3. 智能產(chǎn)品和終端

第三類(lèi)是智能產(chǎn)品和終端，強調遠程無(wú)線(xiàn)接入和移動(dòng)屬性。例如通過(guò)運營(yíng)商4G/5G蜂窩網(wǎng)絡(luò )、Wi-Fi等室內短距離通信，或者低功耗廣域網(wǎng)無(wú)線(xiàn)連接上報數據。通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式可以采集智能產(chǎn)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(chǎn)品和終端在產(chǎn)品定義時(shí)直接集成了無(wú)線(xiàn)通信能力，手機和可穿戴設備屬于典型的例子。當前智能產(chǎn)品越來(lái)越豐富，萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代，默認具備遠程接入能力，對智能產(chǎn)品使用過(guò)程中的各種運行指標進(jìn)行監測，分析采集的數據，可以指導研發(fā)團隊更好地改進(jìn)產(chǎn)品。

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

工業(yè)數據采集關(guān)于數據的界定是非常廣義的，它可能來(lái)自通用控制器運行時(shí)的關(guān)鍵指標，或者傳感器采集的某個(gè)物理量，或者單純一個(gè)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(jiǎn)單的身份信息，完成一次確認，無(wú)須多余信息，雖然通信雙方有能力攜帶額外信息。

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