工业互联网数据采集技术 课件 任务4.1 工业数据采集网络搭建

项目4工业数据采集网络任务1工业数据采集网络搭建

基于4G的工业数据采集网络

随着工业4.0时代的到来，工业数据采集与传输已成为企业实现智能化、高效化生产的关键环节。传统的数据采集与传输方式往往受到距离、网络覆盖等因素的限制，无法满足现代工业的需求。现代工业生产线中设备是否能够接入网络是工业互联网落地的关键，许多工业领域的管理者都将设备联网视为工业互联网落地的第一步。

工业数据采集网络总体上分为有线和无线两种，4G是常用的无线工业数据采集网络。4G网关可以通过物联网卡实现设备上网。这类物联网卡类似生活中常见的手机SIM卡，都能实现无线联网、数据收发等功能，区别是物联网卡专门面向工业物联网打造，用来保证数据的实时传输，常用于有线网络和无线WIFI不能覆盖的区域。优点是即插即用，灵活方便，不用现场布线。

基于4G的工业数据采集网络

基于4G工业网关的远程数据采集与传输系统，采用先进的4G通信技术，通过4G工业网关与PLC(可编程逻辑控制器)等工业设备连接，实现远程数据采集与传输。4G工业网关是一种集成了多种通信接口和工控协议的物联网设备，可以接入不同类型的设备和传感器，如PLC、DCS、传感器设备等，通过强大的数据采集能力，采集设备状态、参数、工艺等数据，并进行边缘计算，数据清洗、过滤、标准化，再通过4G等移动网络技术将工业设备的数据传输到云端或数据中心，具备稳定、高速、安全的数据传输能力，适用于不同工业环境和需求。

基于4G的工业数据采集网络设备数据被4G工业网关传输到云端或数据中心进行进一步处理和分析。云端平台可以实时监控设备状态、参数和工艺等数据，并生成报表和趋势分析图表。管理人员可以通过手机、电脑等设备随时查看实时数据和历史数据，实现对工业设备的远程监控和管理。提高生产效率和管理水平。通过设置阈值和规则，可以实时监测工业设备的运行状态和异常情况，当发现异常时及时触发报警通知管理人员进行处理。同时，数据还可以转发给MES系统平台，实现工厂生产过程全数据链的实时连通和实时传输，从而实现工厂智能化应用。

基于4G的工业数据采集网络了解数据上传的形式与过程；熟悉MQTT协议以及平台内部的MQTTAPI；了解HTTP协议以及平台内部的HTTPAPI，能够采用遥测的方式发送数据到平台设备端。

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使用专用数据采集模块采集振动数据

工业数据采集体系包括设备接入、协议转换、边缘计算。设备接入是工业数据采集建立物理世界和数字世界连接的起点。设备接入利用有线或无线通信方式，实现工业现场和工厂外智能产品/移动装备的泛在连接，将数据上报到云端。工业数据采集发展了这么多年，存在设备接入的复杂性和多样性。

数据接入后，将对数据进行解析、转换，并通过标准应用层协议如MQTT、HTTP上传到物联网平台。部分工业物联网应用场景，在协议转换后，可能在本地做即时数据分析和预处理，再上传到云端，提升即时性并降低网络带宽压力。

使用专用数据采集模块采集振动数据边缘计算近几年发展迅速，大家越来越意识到数据就近处理的优势，无论是实效性还是出于数据安全性考虑，或是网络的可靠性，边缘计算在工业物联网体系中扮演着重要角色，边云协同也逐渐成了共识。根据硬件载体不同，将设备接入产品分为以下3类，分类并非绝对，不同类别之间的差异，在于其侧重点不同。第一类是通用控制器，第二类是专用数据采集模块，第三类是智能产品和终端，本视频主要讲解专用数据采集模块。

使用专用数据采集模块采集振动数据专用数据采集模块，采集现场对象的物理信号，传感器将物理信号变换为电信号后，专用数据采集模块通过模拟电路的A/D模数转换器或数字电路将电信号转换为可读的数字量。

例如风力发电机利用力传感器实现风机混凝土应力状态的实时在线监测，为风机混凝土基础承载力的评估提供依据，同时利用加速度传感器采集振动信号，在风力发电系统的运行过程中，实时在线监测振动状况并发送检测信息，根据检测信息有效控制风机运转状态，避免由于共振而造成的结构失效，并对超出幅度阈值的振动进行安全预警。

使用专用数据采集模块采集振动数据

将力传感器和加速度传感器安装固定于风机上，传感器输出端连接到专用数据采集模块的输入端，专用数据采集模块通过网络将数据上传到本地或远端服务器，进行下一步数据分析和可视化。

专用数据采集模块的形式可能是数据采集板卡、嵌入式数据采集系统等。对于自动化装备或机器人，如果某些关注的数据缺失，无法从其通用控制器直接获取，此时可通过加装传感器，配合专用数据采集模块的方式，完成更多维度的数据采集，这种做法很常见。

使用专用数据采集模块采集振动数据

本节主要讲解使用专用数据采集模块采集振动数据振动是指物体或质点在其平衡位置附近所作有规律的往复运动。振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零部件的早期失效。例如，透平叶片因振动而产生的断裂，可以引起严重事故。由于现代机械结构日益复杂，运动速度日益提高，振动的危害更为突出

使用专用数据采集模块采集振动数据振动监测系统可以对振动量，如振动体的位移、速度或加速度进行测量，可用于对机器和设施进行基于状态的维护。它们有助于及时检测出机器损坏并防止代价高昂的间接损失。振动监测类产品包括振动变送器、振动传感器、速度传感器和加速度传感器。振动变送器和振动传感器可检测出损坏的轴承及驱动器和旋转机械部件的不平衡问题。当速度传感器与电子诊断装置结合使用时，可作为振动监测系统对大型传动装置进行全面的监测。

使用专用数据采集模块采集振动数据机械上最普遍的振动问题，大多数都发生在转子上，例如不平衡，不对中，摩擦等。而对于有些机械，轴振动的大部分被传到轴承座上，在这种情况下，测量轴承壳的振动，对于机械的综合工况，可以提供有意义的信息。机械的被测点位置，一般要求在靠近轴承的位置的轴承座上或机壳上。因为转子的振动通过轴承传到轴承座上以及附近的机壳上，该位置的振动相对较大，可以比较准确地进行振动监测。测量方向有垂直和水平两个方向。

使用专用数据采集模块采集振动数据如图所示，HZD-D/S-Y型智能振动监控仪与HD-ST-6振动传感器配套使用，可用来测量轴承座，机壳或者结构的振动速度或振动位移，对于电机、压缩机、风机、水泵等要测量多点振动的情况，该监控仪尤其适用。

使用专用数据采集模块采集振动数据振动监控仪的主要功能如下：实现智能处理：报警Ⅰ值、Ⅱ值、量程值可通过面板按键设置，无需电位器调整双通道监测，可同时监测垂直和水平方向的振动，两个通道同时显示，互不干扰具有4~20mA标准信号输出、二级报警输出功能，两个通道分别设置两个通道具有独立的TMD示波输出，用于信号波形显示、记录或故障分析诊断具有RS485通讯输出，可输送至DCS、PLC或其他计算机系统、专门数据处理系统等，实现在线显示、分析、诊断及事故追忆

使用专用数据采集模块采集振动数据报警延时调整范围0~255秒，以防止现场干扰引起误报警具有上、掉电检测功能，同时切断报警、停机输出回路，能有效抑制仪表误报警可在测量振动位移或振动速度之间切换，选择需要的测量方式具有报警倍增功能。电流输出：4~20mA，输出负载≤500Ω