工业互联网数据采集技术 习题答案 蔡建军 项目1-3

项目1任务1.1认识工业数据1. 选择题（1）A（2）D（3）A2. 简答题（1）什么是工业数据？参考答案：工业数据是工业领域产品和服务在全生命周期产生和应用的数据，广义上包括但不限于工业企业在研发设计、生产制造、经营管理、运维服务等环节中生成和使用的数据，以及工业互联网平台企业在设备接入、平台运行、工业App应用等过程中生成和使用的数据。（2）简单描述在工业中常见的与数据采集相关的应用场景。参考答案：工业数据的应用覆盖工业生产的全流程和产品的全生命周期。工业数据的作用主要表现为状态描述、诊断分析、预测预警、辅助决策等方面，在智能化生产、网络化协同、个性化定制和服务化延伸四类场景下发挥着核心的驱动作用。（3）简单描述工业数据体系。参考答案：数据体系是工业智能化的核心驱动，包括数据采集交换、集成处理、建模分析、决策优化和反馈控制等功能模块。数据体系表现为通过海量数据的采集交换、异构数据的集成处理、机器数据的边缘计算、经验模型的固化迭代、基于云的大数据计算分析，实现对生产现场状况，协作企业信息、市场用户需求的精确计算和复杂分析。数据体系可协助形成企业运营的管理决策以及机器运转的控制指令，驱动从机器设备、运营管理到商业活动的智能和优化。工业数据架构从功能视角看，主要由数据采集与交换、数据预处理与存储、数据建模与数据分析和决策与控制应用4个层次组成。任务1.2工业数据采集方案分析1. 选择题（1）A（2）C（3）D2. 简答题（1）什么是工业数据采集？参考答案：工业数据采集是利用泛在感知技术对多源设备、异构系统、运营环境、人等要素信息进行实时高效采集和云端汇聚。工业数据采集对应工业互联网平台体系架构中的边缘层，通过各类通信手段接入不同设备、系统和产品，采集大范围、深层次的工业数据，以及异构数据的协议转换与边缘处理，构建工业互联网平台的数据基础。（2）简单描述工业现场设备的数据采集的方式。参考答案：工业设备数据采集有3种方式：分别是数据系统直接联网通信，通过工业网关进行采集和通过远程IO进行采集。（1）直接联网通信直接联网是指借助数控系统自身的通信协议、通信网口，不添加任何硬件，直接与车间的局域网进行连接，与数据采集服务器进行通信，服务器上的软件进行数据的展示、统计、分析，一般可实现对机床开机、关机、运行、暂停、报警状态的采集，及报警信息的记录。（2）工业网关采集对于没有以太网通信接口，或不支持以太网通信的数控系统，可以借助工业以太网关的方式连接数控机床的PLC控制器，实现对设备数据的采集，实时获取设备的开机、关机、运行、暂停、报警状态。（3）远程IO采集对于不能直接进行以太网口通信，又没有PLC控制单元的设备，可以通过部署远程IO进行设备运行数据的采集，通过远程IO的方式可以实时采集到设备的开机、关机、运行、报警、暂停状态。（3）简单说明工业数据采集有哪些特点？参考答案：工业设备数据采集具有一些鲜明的特征，在面对具体需求时，不同场景会对技术选型产生影响，例如设备的组网方式、数据传输方式、数据本地化处理、数据汇聚和管理等。（1）多种工业协议并存工业领域使用的通信协议有很多，如PROFIBUS、Modbus、CAN、HART、EtherCAT、EthernetIP、Modbus/TCP、PROFINET、OPCUA，以及大量的厂商私有协议。这种状况出现，很大程度上是因为工业软硬件系统存在较强的封闭性和复杂性。（2）时间序列数据工业数据采集大多数时候带有时间戳，即数据在什么时刻采集。大量工业数据建模、工业知识组件和算法组件，均以时间序列数据作为输入数据，例如时域分析或频域分析方法，都要求原始数据包含时间维度信息。（3）实时性工业数据采集的一个很大特点是实时性，包括数据采集的实时性以及数据处理的实时性。任务1.3认识工业大数据与云计算1. 选择题（1）D（2）D（3）A2. 简答题（1）什么是工业大数据？参考答案：工业大数据是指在工业领域信息化应用中所产生的数据，是工业互联网的核心，是工业智能化发展的关键。工业大数据是基于网络互联和大数据技术，贯穿于工业的设计、工艺、生产、管理、服务等各环节，使工业系统具备描述、诊断、预测、决策、控制等智能化功能的模式和结果。（2）简单描述工业云计算在数据分析领域的应用。参考答案：首先，云计算可以帮助工业企业实现数据的汇聚和整合。通过云计算，工业企业可以将分布在各个位置的数据汇聚到云端，从而实现数据的整合和共享。其次，云计算可以帮助工业企业实现数据的挖掘和分析。通过云计算，工业企业可以利用云计算提供的大规模计算能力，处理和分析大量的数据，从而获得更加准确和有用的信息。第三，云计算可以帮助工业企业实现智能化的数据分析。通过云计算，工业企业可以利用人工智能、机器学习等技术，实现对工业数据的智能化分析和预测，从而实现对生产过程的优化和智能化。（3）什么是云计算？参考答案：云计算是一种计算模型，可以随时随地的按需访问共享的、可配置的计算资源池（如网络、服务器、存储、应用程序和服务），只需最少的管理工作就可以快速配置和分发。云计算为用户提供三种级别的效劳：基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）。项目2任务2.1数据采集设备安装1. 选择题（1）B（2）C（3）D2. 简答题（1）什么是工业传感器？参考答案：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。（2）简单说明工业温湿度传感器有哪些类型？参考答案：工业温湿度传感器主要可以分为以下3种类型。①温湿度一体化模拟量型传感器②RS485型温湿度传感器③网络型温湿度传感器，包括以太网型温湿度传感器、WiFi无线数据传输温湿度传感器和基于GPRS传输的温湿度传感器。（3）简单描述工业温湿度传感器的安装方法。参考答案：大多数的工业温湿度传感器都可以通过以下两种方式进行安装。①葫芦孔安装在墙面固定位置打入自攻丝及膨胀螺丝，壁挂方式挂接到葫芦孔。②挂壁扣安装挂钩一面使用沉头螺钉安装到墙壁上，另一面使用螺丝钉安装到设备上，然后将两部分挂到一起即可。任务2.2工业网关配置1. 选择题（1）A（2）C（3）C2. 简答题（1）什么是网关和工业网关？参考答案：网关又称网间连接器、协议转换器。默认网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。工业网关是连接互联网/物联网和控制层之间的核心设备，在工业互联网中起着承上启下的作用，上即工业互联网云平台、制造执行系统（MES）等，下即数据采集与监控系统（SCADA）、可编程逻辑控制器（PLC）、数控机床（CNC）、传感器等。（2）简单说明工业网关的设备接口与上传接口分别是什么？参考答案：设备接口是指设备接入工业网关的接口，上传接口是指工业网关采集到设备数据后对接服务器或云平台进行数据上传的接口。①串行接口②凤凰接线端子（3）什么是串行接口？参考答案：串行接口（SerialInterface）简称“串口”，也称串行通信接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口（串行通信是指将数据按位依次传输，通信双方按位进行，遵守时序的一种通信方式）。任务2.3工业数据采集1. 选择题（1）B（2）C（3）A2. 简答题（1）简单描述对工业数据进行收集时需要注意的问题？参考答案：工业数据的收集需要注意以下3个方面。①数据输入点最好是在事件发生地附近。②最好能够实时进行数据采集。如果数据记录的延迟时间过多，则观察对象可能已经发生了变化。③尽可能采用自动化技术来采集数据，替代人工的收集和记录，这一点和数据采集项目的契合度极高。（2）简单传感器设备在工业互联网中的作用？参考答案：工业传感器设备在工业互联网中负责收集数据，将数据通过智能网关上报给智能管理云平台，是工业设备实现智能化的真正基础，它可以监控设备的环境条件，评估生产线，通过收集的数据可以进行风险的评估，发现潜在的安全问题，甚至通过与智能网关的结合做到远程操控。（3）简单描述什么是从机设备？参考答案：对于支持Modbus协议的设备，有从机设备的概念。一个RS485总线上可以挂载多个从机设备。每个从机设备都有一个唯一的地址。每个从机设备可以是传感器，仪表等。平台通过Modbus协议与每个从机设备进行通信。平台上一个从机设备对应一个传感器设备。项目3任务3.1工业网络通信与数据传输1. 选择题（1）D（2）B（3）C2. 简答题（1）什么是有线通信技术？参考答案：工业互联网包含的网络通信技术按照数据传输介质主要分为有线通信技术和无线通信技术两大类。①有线通信技术。有线通信技术采用有线传输介质连接通信设备，为通信设备之间提供数据传输的物理通道。很多介质都可以作为通信中使用的传输介质，但这些介质本身有不同的属性，适用于不同的环境条件。在互联网应用中最常用的有线传输介质为双绞线和光纤。②无线通信技术。无线通信技术在信号发射设备上通过调制将信息加载于无线电波之上，当电波通过空间传播到达收信端时，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流，通过解调将信息从电流变化中提取出来，从而达到信息传递的目的。无线通信的终端部分使用电磁波89作为传输媒质，具有成本低、适应性强、扩展性好、连接便捷等优点。（2）什么是过程数据？参考答案：过程数据指的就是实时数据。随着工业互联网技术的发展，各种传感器、监控设备等智能化设备的广泛应用，使得大量的实时数据不断地被自动化控制系统获取，这些数据包含着大量的信息和价值。实时数据处理技术可以将这些数据迅速进行处理，实现对自动化控制系统的实时监测和控制。（3）列举常用的现场总线协议？参考答案：①PROFIBUS协议②PROFINET协议，③Modbus协议④RS232和RS485串行接口⑤CC-Link项目3任务3.2工业数据处理1. 选择题（1）A（2）D（3）C2. 简答题（1）什么是工业数据处理以及其包含的内容？参考答案：工业数据处理是指对工业生产过程中产生的各种数据进行分析、处理、加工和存储，以提取其中有价值的信息和知识，指导生产、优化流程、提高效率、降低成本等。工业数据在业务逻辑上大致可以分为3个部分，数据采集层、数据处理层和数据展现层。当然，根据不同的应用场景，还可以细分为更多的层次，比如数据处理可以分为元数据管理层、数据交互层、数据分