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工业物联网环境下设备数据采集研究与实现

发表时间：2021/6/15 来源：《基层建设》2021年第6期作者：许煦

[导读] 摘要：随着工业物联网的发展，工业设备的智能化程度越来越高，然而设备的通讯受限于不同设备的物理链路、各种不同的协议，使得数据的存储和查询效率很低。

        中国石油锦西石化公司 125000
        摘要：随着工业物联网的发展，工业设备的智能化程度越来越高，然而设备的通讯受限于不同设备的物理链路、各种不同的协议，使得数据的存储和查询效率很低。工业物联网主要集中在生产和服务方面的应用，往往会涉及能源、交通、工业控制等质量较高的设备和资产，对运行安全提出了更高的要求。文章介绍了一种新型的利用Modbus工业总线现场协议进行数据采集的方法,实现了在云端对边缘设备进行数据采集的功能。借助这种方法，工业数据的采集可以不依赖于具体硬件网关，减少使用成本，对于企业及时参与工业物联网的发展有一定的启示意义。
        关键词：工业物联网；；设备数据采集；研究与实现
        引言
        自20世纪90年代我国着手研究物联网核心技术以来，物联网技术水平大大提高，与此同时物联网相关行业在此背景下快速发展起来。大数据技术应运而生，利用大数据技术可以进一步促进物联网相关行业的发展。总之，从物联网相关企业的可持续发展角度考虑，本文围绕“大数据与物联网关系及应用”进行分析研究具备一定的意义。
        1物联网概述
        物联网是指通过信息传感器、射频识别术、全球定位系统以及红外感应器等各种相关装置及技术，而实现采集、监控及互动的过程。
        2大数据与物联网之间的关系分析
        对于物联网产业来说，要想实现可持续发展，则难以脱离大数据技术的支持。大数据技术能大大提高数据信息的处理效率，如以物联网中联网智能化监控为例，大数据技术能高效处理海量的监控存储数据，尤其是数量庞大的车辆数据，利用大数据技术可以获得精准的处理效果，比如在车牌号码、车身颜色分析方面，准确度高、速度快，可以降低人工分析的误差，并降低人工工作时间。
        3大数据在物联网中应用要点分析
        3.1数据采集
        用户使用本数据采集系统时，首要的需求便是采集现场数据。这要求系统能够支持用户设备的通信协议。为了能够方便用户的操作配置，系统的配置文件一定要清晰明了，不使用户感到迷惑。因此系统选用的JSON格式作为配置格式，既方便用户阅读和修改配置，也便于程序读取和解析。
        3.2数据存储
        近年来，受信息时代来临的影响，信息数据量呈快速增长的态势，以非关系数据库分布式存储技术为例，在物联网产业中应用广泛，可实现相关数据的有效存储，值得借鉴及应用。
        3.3数据可视化
        用户对于数据的分析和处理有着强烈的需求。例如，用户想要知道某台设备数据的波动情况，来判断这台设备是否稳定；或者根据数据的趋势来对后续数据的情况进行预测分析；为解决这个问题，系统提供多种方案，如可以借助百度云天工的物可视进行展示。
        3.4数据分析
        基于数据分析期间，通常需利用分布式数据库，对大量存储数据进行综合性分析，从而使相关用户对数据分析的需求得到有效满足。尤其是在大数据处理后的用户喜好和习惯，更是现代各类商家争夺的重要市场资源。在此过程中，存在一定的难度，主要是因为统计及分析的数据量庞大，需占用许多系统资源。所以，基于数据处理期间，需以数据的类型为依据，合理选择算法，进一步对采集获取的数据进行合理科学处理，从而使大数据在物联网相关产业中的应用效率及质量得到有效提升，进一步从海量数据信息当中挖掘出更多的且具有价值的信息，最终实现高效获取数据分析结果的目的。

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        4设计物联网无线网络层与实现方式
        4.1设计环境数据传感器构件
        在系统中，其无线网络层主要承载着多传感器的无线数据采集端，且是非常重要的端口，该采集端的主要功能是实现在监控现场进行数据采集的过程，且该采集端能够将所采集到的数据内容通过GPRS传输到相应的服务器中。在采集的过程中，图像数据主要是通过图像的传感器节点进行采集的，而在环境数据的采集过程中，主要是由环境节点的传感器进行数据采集的。
        4.2采集驱动模块
        该模块是程序的核心，该模块程序主要执行的动作有：解析存储配置、生成采集驱动、调度采集程序、开始和停止采集任务、校验数据类型、转换数据格式、监听网络端口等。程序执行的流程是：首先解析配置文件，判断每个驱动的采集协议，根据不同协议生成对应的采集驱动，然后开始采集。采集时，如果协议是Modbus，首先判断函数功能码，然后去调用对应的函数。如果采集到的数据不为空，首先判断采集点表中数据类型是否正确。如果正确，利用反射机制调用对应转换函数，将传进来的原始值转换为对应的需求值。如果协议是原始串口类型，则启动网络监听程序，等待客户端连接。
        4.3设计物联网数据链路与实现方式
        在物联网系统数据链路中，其数据链路层主要承载的是物联网网关。首先该数据链路层连接了相关的感知网络，并收集感知的数据，在本次研究中，我们将选择TQ6410嵌入式开发板。将其与一端的传感器节点进行相互连接，然后使其能够接收到来自于无线网络层传输过来的环境数据以及图像数据的信息。
        4.4安全管理体系
        安全管理体系成为工业互联网平台重要保障，主要包括数据安全、平台安全、访问安全。通过平台入侵实时检测、网络安全防御系统、恶意代码防护、网站威胁防护、网页防篡改等技术实现代码安全、应用安全、数据安全、网站安全和访问安全。
        4.5组建无线网络
        组建无线网络分为六步，其中两步较为关键，第一步组建流程如下：一，初始化；二，初始化状态下，设置直接队列和间接队列；三，打开无线，在通信环境中建立能量最小的可用信道；四，使用随机函数设置ID，并将网络状态设置为Ture。第二部组建流程如下：一，将是否在网络中的状态选择为否；二，初始化节点状态；三，构造类型为PT-SUN-SEARCH的帧，将该帧发送至信道内；四，在信道上建立Sun网络，勾选申请加入；五，加入请求被接收并且加入包成功被传送。
        结束语
        随着对生产力发展要求的不断提高，工业物联网技术进入工业控制领域的趋势无可置疑。发展工业物联网需要企业管理理念的更新改变以及相关科研实力的发展提高。
        参考文献
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