工业互联网研究报告：边缘层数据采集（25页）

工业数据采集体系架构 1. 设备接入：通过工业以太网、工业光纤网络、工业总线、3G/4G、NB-IoT等 各类有线和无线通信技术，接入各种工业现场设备、智能产品/装备，采集工 业数据。 2. 协议转换：一方面运用协议解析与转换、中间件等技术兼容Modbus、CAN、 Profinet等各类工业通信协议，实现数据格式转换和统一。另一方面利用 HTTP、MQTT等方式将采集到的数据传输到云端数据应用分析系统或数据汇 聚平台。 3. 边缘数据处理：基于高性能计算、实时操作系统、边缘分析算法等技术支撑， 在靠近设备或数据源头的网络边缘侧进行数据预处理、存储以及智能分析应 用，提升操作响应灵敏度、消除网络堵塞，并与云端数据分析形成协同。工业数据采集产品类型 1. 设备接入：设备接入产品细分以下几类： a. 数据采集模块，即传感器； b. RTU/PLC/DCS/IPC/嵌入式系统等； c. 机器人/数控机床/专用智能设备或装备； d. 物料标识读取设备（RFID）。 2. 协议转换：工业通信网络接口种类多、协议繁杂、互不兼容，需要通过工业网关来 进行各种协议转换，工业网关主要包括串口转以太网设备、各种工业现场总线间的 协议转换设备和各种现场总线协议转换为以太网（TCP/IP）协议的网关等。 3. 网络传输：用于工业现场设备和智能产品/装备的网络连接和数据传输。设备包括工 业交换机、工业路由器、工业中继器、工业网桥、DTU等。 4. 边缘数据处理：主要产品包括边缘计算软件、配套数据库及相关模块等。 5. 工业数据采集安全：目前在工业数据采集系统中，主要通过工业防火墙和工业网闸 等产品，实现数据加密传输，防止数据泄漏、被侦听或篡改，保障数据采集和传输 过程中的安全。

核心技术一：工业通信网络 1. 现场总线：是自动化领域中底层数据通信网络，它是应用在生产现场，连接智能现场设备和自动化测量控 制系统的数字式、双向传输、分支结构的通信网络。目前应用较多的有Profibus、CAN、LonWorks、HART、 Modbus等。 2. 工业以太网：工业以太网是指在工业环境的自动化控制及过程控制中应用以太网的相关组件及技术。优势： 能够使企业的信息网络和控制网络实现统一。 3. 工业光纤网络：采用无源光网络（PON）技术，工业光纤网络在工业互联网体系架构中处于车间级网络位 置。优势：不受电磁干扰、部署灵活、传输距离远、高安全性。 4. TSN（低时延网络）：TSN是为了解决工业领域中的互操作性孕育而生的标准协议。是基于以太网标准的确 定性实时通信机制，定义了极其准确、极易预测的网络时间，具备高数据量传输与优先权设定功能等优势。 5. NB-IoT：支持海量连接、有深度覆盖能力、功耗低，适合于传感、计量、监控等工业数据采集应用。 6. 5G：5G拥有超高速，高可靠，低时延的特性，适合工业通信场景，取代WiFi、Zigbee和WirelessHART等无 线通信网络技术。

核心技术二：协议转换技术 1. 基本概况：目前在工业数据采集领域，多种工业协议标准并存，各种工业协议标准不 统一、互不兼容，导致协议解析、数据格式转换和数据互联互通困难。协议转换技术 就是将不同的工业通信协议通过协议解析、数据转换和地址空间重映射等技术手段转 换成统一协议，实现设备数据采集的信息交互以及和信息系统的互联互通，实现了访 问的统一性。 2. 关键技术：OPC基金会大力推动的OPC UA统一架构，是应用程序和现场控制系统连接 的标准，可以通过一个统一接口实现多种工业协议标准的数据交换，OPC UA是以SOA、 WebService为核心的跨平台数据交换技术。OPC UA可用作数据传输的统一通讯协议， 为互联互通提供了完善的解决方案。 3. 优点：高开放性和稳定性。