工业互联网数据采集技术 课件 项目5 工业数据上云

项目5工业数据上云任务1认识数据上云任务一

工业数据上云与工业设备健康管理任务描述了解工业数据上云的概念、意义以及面临的挑战；理解工业数据上云核心链路；理解工业设备健康管理应用场景；能够针对具体情境中的任务需求设计工业数据上云的整体架构。云计算云计算是一种通过互联网提供计算服务、存储服务、数据库服务、应用程序服务和其他资源的技术用户能够根据需要使用这些资源，而无需拥有或管理物理硬件或软件云计算的应用广泛，包括企业应用、数据分析、网站托管、移动应用、人工智能、物联网等领域云计算为用户提供了许多便利和创新的机会，已经成为现代信息技术领域的重要组成部分工业数据上云的关键步骤可视化和报告使用可视化工具，以图形和图表的形式呈现工业数据，辅助管理层和决策者理解数据趋势和关键性能状况。同时，可以生成定期报告以进行绩效评估和决策支持。数据传输

采集到的数据通过互联网或专用网络传输到云平台。通常使用有线或无线网络进行传输，并需要确保数据的安全性和可靠性。数据存储数据被存储在云计算平台的服务器或数据库中。一般来说，云计算平台或工业互联网平台可提供高度可扩展的存储解决方案，以容纳大量数据。

实时监控和控制基于云上的实时性较强的数据，对生产过程进行实时监控，辅助运营团队迅速反应，减少生产中断和故障时间。数据分析和处理基于存储在云中的数据，企业可以使用各种数据分析工具和算法来分析处理，提取有价值的信息，以改进生产过程、优化资源利用和预测故障。数据采集工业设备和传感器收集生产过程中的各种数据，如温度、湿度、压力、流量、能耗等。这些数据通常以数字形式存在，可以直接用于分析和监控。工业数据上云的好处工业数据上云的好处包括提高生产效率、降低运营成本、增强生产质量、减少故障停机时间以及提供更好的数据可视化和决策支持等。工业数据上云有助于工业企业更好地理解和利用其生产数据，以在竞争激烈的市场中保持竞争优势。工业数据上云的意义实时监控和控制数据分析和优化预测性维护资源优化数据可视化和决策支持灵活性和可扩展性工业数据上云面临的挑战上云战略思想共识数据安全和隐私数据质量和一致性云服务成本带宽和网络稳定性数据集成和兼容性工业数据上云核心链路网络管理标识解析SDK工业物联网平台以太网、串口设备接入状态告警历史记录物模型5G、以太网、WIFIPLC数据采集API工业数据应用无线传感器ME150-1ME150-2ME150-3ME150-4ME150-5ME150-61轴加速度+1路温度3轴（X、Y、Z）加速度+1路温度1轴加速度+1路磁通3轴（X、Y、Z）加速度+1路温度1轴加速度+1路温度3轴（X、Y、Z）加速度+1路温度巡检及一般轴承等低频故障分析诊断型号性能用途数据采集仪无线在线无线在线电机诊断无线在线预警，不能用来故障精准分析无线在线预警（WiFi版）有线传感器温度采集器磁通传感器振动传感器采集仪-ME160智能巡检仪巡检APP手机APPPC端主要由点检人员使用，点检人员通过巡检app由数据采集仪对设备进行振动、温度、现场环境等的数据采集，通过巡检app对数据进行存储并上传服务器。主要由点检人员上级管理层使用，可对巡检路线、巡检点巡检进度等进行查询。主要由企业设备管理者使用，可对巡检app采集的数据进行自动统计，对设备的健康状态进行统计分析。可实现监督点检人员到位检查，复杂点检计划的接收与执行，设备振动、温度、现场情况等运行数据采集与记录存储、趋势分析、拍照、视频拍摄、语音呼叫等功能于一体的智能化产品。采集仪-ME170系列数据采集仪数据采集仪现场安装示意图数据采集仪传感器ME170在线数据采集仪（连接温度采集仪、磁通传感器、振动传感器、转速传感器（外采）等传感器）为康吉诺自主设计、代工生产的工业设备在线智能数据采集仪，可采集8路振动信号，8路温度信号、3路转速信号，支持以太网，WIFI，4G，5G等传输方式。工业网关PLC工业设备传感器斥候工业网关ISOonTCPEtherNET/IPModbusRTUPPIModbusTCPOPC-UA工业物联网平台设备管理数据管理连接管理安全与隐私管理应用开发与接口用户管理与权限控制RTS数据分析软件是读取、浏览和分析数据的重要人机交互平台，系统采用B/S架构设计，供管理人员和技术人员使用；系统整和了国内外厂家的8万多种型号的轴承型号和参数的数据库，拥有完整的多种传动结构型式，录入机泵对应关键信息后，能够自动计算设备的特征频率，根据结构参数计算出轴承、电机、叶轮等多种零部件的特征频率，方便快速识别设备故障特种。工业数据应用工业设备健康管理：政策背景提出加快建设和发展工业互联网，推动互联网、大数据等和实体经济深度融合，加快工业互联网关键网络设备产业化，围绕数控机床、大型动力装备等关键领域，实现智能控制、智能传感、工业级芯片与网络通信模块的集成创新，围绕质量分析、设备预测性维护等应用场景，开发工业大数据分析应用软件，实现产业化部署国务院

《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》工业和信息化部《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》要求培育新产品模式新业态，发展服务化延伸，推动工业企业产品和服务链条的数字化升级，从原有制造业务向价值链两端高附加值环节延伸，发展设备健康管理、产品远程运维等新型服务。重点行业聚焦焦设备维护低效化、生产过程黑箱化、下游需求碎片化、环保压力加剧化等痛点，以工艺优化为切入点，加速向设备运维智能化、生产工艺透明化、供应链协同全局化、环保管理清洁化等方向数字化转型工业和信息化部《工业互联网发展行动计划（2021-2023）》拓展服务化延伸。支持装备制造企业搭建产品互联网络与服务平台，开展基于数字孪生、人工智能、区块链等技术的产品模型构建与数据分析，打造设备预测性维护、装备能效优化、产品衍生服务等模式。工业设备健康管理：行业背景事后维护基于运行直到停下依赖于经验和感觉非计划停机预防式维护可接受的设备停机剩余使用被抛弃正常也可能被更换预测性维护早期预警在线诊断尽可能延长寿命无状态监测检测诊断现场工程师通过便携设备进行诊断检测在线传感器扁鹊大脑、算法模型故障诊断专家维修知识库有状态监测设备状态无法实时监控运维专家专业性强且数量少重点设备数据采集困难停机时间长，经济损失大设备故障容易造成安全隐患设备维护保养费用高设备健康诊断逻辑诊断能力转动机械覆盖：各类电机、泵、轴承等通用电气覆盖：高压柜、低压配电室、变压器等大数据+机器学习，识别各类故障匹配优质行业生态，完善的诊断模型库设备关联模型智能告警历史数据深度挖掘故障预判模型机器学习算法模型实时诊断故障在线诊断平台诊断结果传感器数据采集仪频谱远程专家扁鹊在线诊断定子偏心故障轴承座松动故障滚动体故障内齿圈故障工业设备健康管理针对造成OEE降低的设备故障、暂时停机、速度降低和因设备原因造成的不良率进行改进，提升设备稼动时间，提升设备运转效率，提升合格品率OEE计算OEE数据看板OEE分析图表案例介绍通过项目配置的ME-160（智能巡检仪）检测仪器定期采集设备状态数据（电机的电流电压、振动温度、磁通；转动设备的振动、转速等数据），经专业分析师进行分析后预判设备故障隐患并优化维修策略，针对性的开展设备点检、检修管理、检修计划派单，达到减少设备故障停机时间、避免计划外停机的目的；同时可根据设备状态检测结果，提出备件采购的合理建议。现场监测照片系统图片案例介绍针对**化工3套装置+3条外围车间的主要转动机械（电机、泵、齿轮箱）、通用电气（高压柜、低压配电室、变压器）及静态设备（管线、回流罐），进行离线诊断。采集转动设备的振动、温度转速等数据分析是否存在轴承破裂、轴裂痕等故障；采集通用电气的温度、电流电压、超声等数据分析是否存在局放、连接部松动等故障；采集静态设备的密封泄露、局部受热、振动异常等内容。通用电气温度诊断现场图转动设备振动诊断及分析示意图任务实施任务实施以传感器+工业网关+工业云平台+工业数据应用为关键节点，设计设备健康管理系统的整体架构图对架构中的数据链路进行简要描述请读者参考相关资料并进行设计，记录设计要点及简单步骤。5.2数据上云应用任务描述任务描述

数据上云是指将数据从本地主机上传到云端服务器，实现批量、实时多源异构数据的便捷同步或接入。数据上云，能够帮助工业企业实现企业内部从设备、控制系统及信息系统的互联和数据融合，最终实现数据驱动业务与运营优化；然而其存在诸多的技术挑战，主要在于：工业多协议异构数据采集、边缘数据上云方案、工业设备模型化处理、工业设备实时数据云上流转等。

本任务将围绕上述核心问题进行深入探讨，并介绍如何使用工业物联网平台对工业设备实时数据进行采集。学习目标学习目标1．知识目标了解工业多协议兼容的边缘计算一体机功能及作用；了解边缘数据上云方案；了解工业设备物模型定义；了解工业设备实时数据云上流转的流程。2．技能目标掌握浪潮云洲工业物联网平台基本功能的使用方法；能够使用浪潮云洲工业物联网平台采集工业设备实时数据。3．素质目标具有在互联网中查找相关资料的能力；具有较强的理解和自我学习能力。5.2.1工业多协议兼容的边缘计算一体机

由于工业现场存在着多种网络架构和拓扑方案，所传输的数据速率和数据类型也存在较大差异，如何采集边缘侧多协议异构数据，是数据上云要解决的第一个问题。本任务以某款工业多协议兼容的边缘计算一体机为例进行介绍。

该工业多协议兼容的边缘计算一体机搭载工业物联网平台，面向智能制造物联应用场景，打造以设备为核心的工厂新型数据湖，支撑静默式改造，具备设备资产管理、设备联网、数据采集、智能分析、可视化创新应用等多重能力。

该设备能够在不改变产线结构的条件下自动采集工业设备关键数据；内嵌标识解析中间件，能够面向特定企业提供标识编码注册和标识解析服务；支持有线网络、4G/5G无线网络、串口转网口等多种网络连接环境；提供软硬一体化交付，支持采集频率可配置，支持集中配置管理，可以一站式解决工业设备数据采集复杂性的问题；集成多种工业设备数据采集协议模板，无需复杂配置即可对接市面主流的生产设备，可以满足多种工业场景需求，边缘计算一体机硬件配置如下。名称参数CPU双Cortex-A73+双Cortex-A53CPU、主频1.8CHZGPUGPU算力4TOPS(INT8)功耗36W规格支持8路H264/H2651080@30帧解码5.2.1工业多协议兼容的边缘计算一体机5.2.1工业多协议兼容的边缘计算一体机

边缘计算一体机具备数据采集、数据分析和数据应用等创新性功能，可以让边缘更主动、更智能、更简单。（1）数据采集边缘计算一体机提供了一个安全、稳定、高效的设备连接平台，为各标准协议提供相应驱动，支持各类工业设备和工业产品的接入，内置300多种工业设备数据采集协议模板，如图所示，无需复杂配置可对接市面主流的生产设备，包括但不限于PLC、机器人、数控机床、切割机、折弯机、注塑机、电力仪表、各种传感器等。5.2.1工业多协议兼容的边缘计算一体机（2）数据分析

根据系统需求进行选择和定义，面向智能制造物联应用、算法分析、云边协同等场景，通过主动标识产品实时采集和传输车间生产设备数据，进行分析计算，最终可视化展示数据分析结果，赋能智慧工业领域，帮助企业简化设备管理复杂性、降低成本、提升管理及生产效率，支撑企业智能化改造，助力企业数字化转型，

5.2.1工业多协议兼容的边缘计算一体机（3）数据应用可支撑工厂智能制造对设备数据应用分析，支持工艺管理、生产监控、精益制造、预测维修、质量分析等场景的个性化开发。5.2.1工业多协议兼容的边缘计算一体机5.2.2边缘数据上云方案

工业物联网平台一般都具备适配多行业主流厂家接入方式和通信协议的能力，可以实现对物联网通信线路的可靠连接建立、连接状态监控、设备数据采集上传、设备控制指令下发。平台提供不同联网设备接入方案，打通物联网设备与云平台的无障碍通信。

平台支持各类工业系统（DCS、PLC、SCADA等）、业务系统（ERP、MES、EAM、MRO等）、工业设备和工业产品的接入，提供设备端SDK，快速连接设备上云，可智能解析为标准的云端数据格式。已适配工业协议如表5-3所示。序号协议1Modbus-TCP、Modbus-UDP2OPC/OPC-UA3EtherCAT4MqttSyncClient5RS-232通讯协议、RS-485通讯协议……5.2.3工业设备物模型定义物模型是对工业设备在云端的功能描述，包括设备的属性、服务和事件。工业物联网平台通过定义一种物的描述语言来描述物模型，即将物理空间的实体在云端进行格式化表示；分别描述了该实体是什么、能做什么、可以对外提供哪些信息。工业物联网平台提供了查看物模型与导入物模型功能，帮助用户快速创建物模型。平台提供查看物模型功能，如图所示，点击更多操作菜单栏中的查看物模型即可看到查看物模型界面，界面包含对物模型的定义及物模型模板。单击导出物模型文件即可将物模型以JSON格式导出。5.2.3工业设备物模型定义通过导入物模型功能可以将工业设备物模型批量导入至平台中，导入模型界面提供统一的JSON模板文件，如图所示，用户单击下载即可使用。单击“选择文件”按钮可将编写完成的工业设备物模型JSON文件上传至工业物联网平台，通过导入物模型功能可实现模型资产的沉淀积累。5.2.3工业设备物模型定义5.2.4工业设备实时数据云上流转（1）数据流转当设备基于Topic进行通信时，用户可以使用规则引擎将传感器数据转发到RDB、TSDB等中进行存储，其可支撑海量设备连接和海量物联消息存储，同时支持实时规则处理与消息多路流转。数据流转流程如图所示，对于工业场景，推荐使用平台连接实例，可提供安全高效的设备接入和数据传输服务。数据源配置功能板块主要功能有：1）数据流转规则的查询、创建、编辑、删除、启用及禁用等功能。2）创建数据流转规则时，支持进行规则名称定义、配置流转主题、选择目标数据库等操作。5.2.4工业设备实时数据云上流转（2）数据源配置数据流转功能将数据转发到关系型数据库，平台提供设备数据采集+结构化存储的联合方案，平台数据流转操作步骤如下：1）单选择规则管理模块下的数据流转子模块，在数据流转界面单击“新增”按钮，如图所示。5.2.4工业设备实时数据云上流转2）新建规则。将规则命名为温湿度数据流转并单击“下一步”按钮，如图所示。5.2.4工业设备实时数据云上流转3）选择Topic。项目名称为使用云平台采集工业设备实时数据，Topic选择斥候网关下的测试网关1，单击“下一步”按钮，如图所示。5.2.4工业设备实时数据云上流转4）选择目标数据库。此处数据库名称、表名要与流转目的地的数据库、表名匹配才能连接成功，如图所示，本例选取MongoDB数据库，表名为device。5.2.4工业设备实时数据云上流转5）单击“确定”按钮，工业物联网平台即与流转目的地的数据库建立连接，如图所示。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据【任务目的】使用工业物联网平台采集工业设备（温湿度传感器）时实数据【实施步骤】

本任务将操作如何把工业设备（温湿度传感器）采集到的温度与湿度实时数据通过MQTT协议上传到工业物联网平台，并将接收到的温湿度实时数据以JSON数据格式的方式进行定义。该工业物联网平台对数据进行可视化呈现，同学们能够通过此功能更加直观的了解自己当前账户下所包含的资产总量、产品总量、在线设备及全部设备量、标识注册总量及消息总量；查看近七日内，平台上全部设备所上报的全部消息数据量；并能够实时的查询某个物联网设备实时上报的数据的变化情况，使用工业物联网平台能够锻炼同学们研发、使用工业物联网平台的能力，提升同学们的实际项目研发经验。本任务具体实施步骤如下：任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据1）登录工业物联网平台官网，填写账号、登录密码及验证码后点击登录按钮，如图所示。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据2）登录成功后将显示概览界面，如图所示，该界面主要是将用户所有的项目、产品、设备以及消息等宏观情况集成到一起的统一界面，为用户提供便捷的查询功能。界面左侧为平台的9个功能模块：概览、项目管理、资产管理、设备管理、标识管理、SDK管理、规则管理、告警管理与个人中心。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据3）选择“项目管理”模块，如图所示，在项目管理界面中单击添加项目按钮。工业物联网平台提供对设备按照项目分组的功能，以满足不同业务场景下，对不同项目下的设备分组管理的需求，从而达到快速定位问题设备属于哪个项目，实现用户、项目、产品设备之间的高效联动。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据4）在创建项目界面中输入项目名称与行业类型，单击“确定”按钮，如图所示。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据5）项目创建好后，选择“资产管理”模块中的“资产拓扑”项，完善信息，如图所示。创建资产时，支持为资产选择父级资产，从而创建资产的拓扑树。通过“资产拓扑”功能可实现物理资产、虚拟资产及设备资产的统一集中配置管理。此外，平台还提供批量导入及导出功能，便于用户进行项目大数据量资产的批量管理。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据新增资产分为以下两步：①为完善资产信息。如图所示，其中资产名称、资产编号、资产类型与父级资产为必填项，其余选项可选填。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据②为完善资产属性。如图所示，用户可根据具体需求完善资产的属性，若此处无须完善，单击“下一步”按钮即可。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据新增资产完成后，在“资产拓扑”界面即可看到创建的传感器资产，如图所示。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据6）资产拓扑设置完成后，单击“设备管理”模块下的产品子模块新增网关产品，如图所示。该模块提供工业物联网产品下多类设备集合与管理服务，可以将设备属性、设备基础信息、设备分组、设备影子、物模型、设备运行状态等功能进行统一管理，适用于设备的层级管理、监测、遥控和维护保养等场景，面向智慧工业项目提供设备全生命周期一站式管理服务。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据单击“确定”按钮后，在“网关产品”界面即可看到新增的产品。产品是设备的集合，通常是一组具有相同功能定义的设备集合。工业物联网平台为每个产品颁发全局唯一的ProductKey，每个产品下可以有成千上万的设备，如图所示。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据ProductKey用于斥候网关与平台间的通信配置，如图所示。打开相应的斥候工业网关配置页面，选择“云服务”项后启用云服务，云平台类型选择“浪潮云洲”，基本设置中服务器地址为工业物联网平台官网地址，MQTT客户端ID为浪潮云洲官方注册提供，用户可根自己注册的ID进行填写。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据7）网关产品配置完成后，选择“设备管理”→“设备”子模块中的“网关设备”项，配置网关设备，如图所示。工业物联网平台提供产品对应的设备实例管理功能，设备可以直接连接物联网平台，也可以作为子设备通过斥候网关连接物联网平台。“设备管理”模块的主要功能有查询、新增、配置下发、删除等。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据工业物联网平台为设备颁发产品内唯一的证书DeviceName，用于斥候网关与平台间的通信配置，如图所示。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据

将工业物联网平台DeviceName复制后粘贴到斥候网关云服务配置界面DeviceName，如图所示，具体配置在步骤6中已经介绍，此处不在赘述。任务实施——使用云平台采集工业设备实时数据8）网关设备配置完成后需要配置网关子产品。选择“网关子产品”项，在打开的“网关子产品”界面中可以进行物联网子产品的创建、编辑、管理操作，以及产品信息、功能定义、服务订阅等功能的设置及查看。单击“创建产品”按钮，打开“创建网关子产品”对话框，如图所示。物联网产品主要分为网关类产品、网关子产品和直连（智能类）产品。任务实施——使用云平台采