《工业数据采集技术-Industrial data》课件-项目四 自动化产线数据采集

项目介绍工业数据采集技术项目四自动化产线数据采集"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"项目介绍工业数据采集技术一、项目背景C公司以其先进的自动化产线在业界小有名气。为了进一步提升生产效率，降低运营成本，C公司的经理决定对这条产线进行升级改造，重点提升产线的数据采集和处理能力。于是，他将这个重任交给了公司的总工程师李工。李工接受任务后，立即组织了一支技术精湛、勇于创新的团队，着手进行改造工程。在改造过程中，遇到了以下问题。（1）数据采集精度与速度的提升现有的RFID识别设备速度和条形码扫描的精度匹配不上高速运转的产线。（2）温湿度监控的实时性与稳定性现有传感器的灵敏度和稳定性略差，无法在某些复杂的环境中工作。（3）远程无线通信的可靠性无线通信的稳定性和可靠性不高，容易造成通信中断或数据丢失，对生产造成重大影响。（4）PLC控制器的数据处理能力PLC控制器数据处理能力低，无法实时采集、分析并反馈控制信号。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"项目介绍工业数据采集技术针对这些问题，李工走访同类型企业，调研相关技术企业，给出了一个产线数据采集解决方案。方案中提到，生产线要从条形码扫描模块、RFID无线识别模块、温湿度监控模块、远程无线通信模块、PLC控制器模块进行改造，产品换代，技术更新，根本上解决之前的数据采集精度低、速度慢以及通信的可靠性、稳定性差等问题。在向经理汇报方案过程中，李工向经理展示了图4-1某企业数据采集应用系统案例，并说明了数据采集的预期效果。图4-1

数据采集应用系统"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"项目介绍工业数据采集技术经理听取了李工的汇报和案例分析后非常满意，决定以招标的形式寻找合适的工业互联网公司，最终Y公司中标。签订合同后，Y公司安排周工带领项目团队开始生产线数据采集改造工作。经过数月的艰苦努力，改造工程终于圆满完成。改造后产线的数据采集和处理能力得到了质的飞跃，生产效率也大幅提升。更重要的是，这条产线变得更加智能和灵活，能够更好地适应市场的变化和客户的需求。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"项目介绍工业数据采集技术二、项目规划针对C公司的产线数据采集的需求，本项目围绕整个产线的数据采集展开。整个项目包括条形码编号数据、RFID身份编号数据、温湿度模块数据、远程无线模块、PLC控制器数据采集等。本项目规划任务如图4-2生产线数据采集项目规划所示。图4-2

生产线数据采集项目规划"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务4.1：条形码编号数据采集"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务说明

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任务实施

任务小结

任务测验4.1.1任务说明任务描述Y公司的周工率领其专业的现场实施团队，抵达C公司的生产线，首先聚焦于生产线的仓储管理系统，针对条形码仓储管理系统进行了详尽的现场调研。基于深入的观察、细致的分析以及C公司的具体需求，团队着手规划并准备对条形码编号数据采集系统进行全面的升级改造。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务说明

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任务实施

任务小结

任务测验素质目标任务目标：1）培养学生能够独立分析并解决问题的能力；2）培养学生在实际生产中拥有严谨的科学态度和工匠精神；3）培养学生的逻辑梳理能力和资料查找能力。知识目标1）了解条形码的定义和分类；2）熟悉条形码的应用过程；3）掌握条形码的识别过程。能力目标1）能够辨别条形码和二维码；2）能够使用扫码枪进行应用分析；3）能够利用条形码技术完成生产数据采集。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.1.2任务实施1．实训设备及工具（1）工业数据采集实训台（2）工业互联网平台（3）根云小智1台（4）条形码

若干个（5）扫码枪1部（6）香蕉插头测试线4根"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术2.条形码编号数据采集任务实施步骤（1）步骤1：电气连接及调试①根云小智电源连接及检查a.将24V电源线（棕色）连接根云小智电源正极口（PWR、1号口）。b.将0V电源线（黑色）连接根云小智电源负极口（GND、2号口）。c.将根云小智信号公共端（GND、3口）连接0V端子排。d.用万用电表蜂鸣挡检查根云小智电源是否短路。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②扫码枪信号连接及检查a.拿起扫码枪，将扫码枪的DB9母头插入到扫码枪调试端子台的DB9公头上，扫码枪调试端子台的2号端口（TX），3号端口（RX）已经集成到右侧的端子排上了。b.根云小智的RS232通讯端口已集成到实训台下方端子排，将根云小智4号端口（RX），5号端口（TX）使用香蕉插头测试线分别与扫码枪调试端子台的2号端口（TX），3号端口（RX）进行连接。c.RS-232调试端子台的通讯端口已集成到右侧的端子排上了，将RS-232调试端子台2号端口（TX），3号端口（RX）使用香蕉插头测试线分别与扫码枪调试端子台的2号端口（TX），3号端口（RX）进行连接。d.用RS232转USB数据线DB9公头插入RS-232调试端子台调试母头，USB端连接电脑。图3-17

扫码枪与根云小智接线示意图扫码枪与根云小智接线示意图如3-17所示。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（2）步骤2：小智数采配置①根云小智登录及配置a.将RS232转USB线公头插入RS232调试端子排母头中，USB插头端插入电脑USB口。图3-18

配置根云小智b.打开根云小智配置工具，选择电脑给RS232转USB线分配的串口号（COM7），选择根云小智的波特率（默认115200），选择根云小智的校验位（默认为8N1），点击打开，如图3-18所示。c.打开成功后，软件界面如图3-19所示。图3-19

根云小智串口打开成功"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②根云小智RS232通讯采集配置a.打开成功后，点击登录配置，如图3-20所示。b.点击菜单栏中的“串口”选项卡，对RS232通讯端口进行通讯参数配置，对RS232串口配置成“波特率115200，8N1”，如图3-21所示。图3-20

根云小智登录配置图3-21

通讯参数配置"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）步骤3：根云小智数据上云①根云平台修改模型a.登录根云平台，点击接入与建模，打开模型菜单，点击打开“根云小智_物模型_设备”物模型，如图3-22所示。图3-22

打开“根云小智_物模型_设备”物模型"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术b.打开“根云小智_物模型_设备”物模型后，点击右上角“修改模型”，添加1个“扫码枪编号”的点位变量，属性ID为“COM1”，如图3-23所示。图3-23

添加1个“扫码枪编号”的点位变量"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术c.扫码枪输出是RS232串行通讯，RS232串行通讯是字符数据，所以选择String的数据类型。填写完成后点击确定，如图3-24所示。图3-24

添加自定义属性"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②根云小智上云配置a.重新打开根云小智配置工具，选择对应的串口号，波特率和校验位打开，点击登录配置，如图3-25所示。图3-25

重新打开根云小智配置"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术b.点击“工作模式”，将“根云小智_物实例_设备”物实例的认证标识复制进ClientID和用户名中，认证密钥复制进密码中，如图3-26所示。c.点击“下发配置”，此时根云小智数据上云配置已经全部完成。图3-26

复制认证标识和密码"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术③根云小智数据核查a.登录根云平台，点击“接入与建模”，打开实例菜单，点击打开“根云小智_物实例_设备”，查看根云小智是否上线，如图3-27所示。图3-27

检查根云小智在线状态b.验证“扫码枪编号”数据采集是否正确。“扫码枪编号”是扫码枪的扫码结果，将扫码枪对准条形码或二维码进行扫描，即可触发扫码枪输出扫码结果，故在初始状态下，“扫码枪编号”的值为空的，如图3-28所示。图3-28

验证“扫码枪编号”数据采集"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术c.完成上一步骤后，用手拿紧扫码枪，对准条形码或二维码，按下扫码枪的按钮进行扫描。此时打开“根云小智_物实例_设备”，查看“扫码枪编号”的值是否发生变化。d.通过重复执行上述步骤，“扫码枪编号”等于所扫码条形码或二维码的编号，故根云小智数据采集正确无误，如图3-29所示。图3-29

根云小智数据采集正确显示"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.1.3任务小结"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务4.2：RFID身份编号数据采集"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务说明

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任务实施

任务小结

任务测验4.2.1任务说明任务描述Y公司的周工率领其专业的现场实施团队在对条形码仓储管理系统进行全面的升级改造后，又着手于生产线的物料管理。采用RFID进行仓库物料的日常管理，基于深入的观察、细致的分析以及C公司的具体需求，团队着手规划并准备对RFID身份编号数据采集系统进行全面的升级改造。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务说明

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任务实施

任务小结

任务测验素质目标任务目标：1）培养学生勇于创新和严谨细致的工作作风；2）培养学生的逻辑思维能力和综合分析能力；3）培养学生理论联系实际、善于发现问题并积极寻求解决问题方法的能力。知识目标1）了解RFID系统的组成、工作原理和分类；2）熟悉RFID技术的基本概念和术语；3）掌握RFID技术在实际应用中的分析方法。能力目标1）能够使用RFID读卡器进行应用分析；2）能够辨析不同RFID技术的特性；3）能够利用RFID完成生产数据采集。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.2.2相关知识1.RFID（1）RFID的概念RFID即射频识别，俗称电子标签，是一种无线通信技术，用于非接触式自动识别目标并获取相关数据。图4-30所示为RFID标签。（2）RFID的工作原理当电子标签进入读写器天线的有效工作区域，读写器发出的射频信号激活电子标签，标签通过内置天线将自身编码信息回传至读写器，完成信息的读取或写入。读写器的接收天线捕获电子标签的信号，传至信号处理模块解调和解码，最后将有效信息传至后台系统处理。图4-30

RFID标签"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）RFID分类RFID有多种分类方式，常见的有按照工作频率、供电方式、耦合方式、通信方式等。①按照工作频率分类a.低频。b.高频。c.超高频。d.微波。不同工作频率的RFID，具有不同的特点，如表4-2所示。表4-2

不同工作频率的RFID对比分类低频工作频段

优点30-300kHz

技术简单，成熟可靠，无频

通讯速度低，读写距离短，天线

动物耳标识别、商品零售、电子率限制

尺寸大

闭锁防盗等3-30MHz

相对低频段，有较高的通讯

通讯速度低，读写距离短，天线

电子车票、电子身份证、小区物缺点典型应用高频速度和较长的读写距离，此

尺寸大频段在非接触卡中应用广泛超高频

433.92MHz及

读写距离长，天线尺寸小，

定向识别。各国有不同的频段管

生产线产品识别、车辆识别、集业管理等860MHz-960MHz可绕开障碍物，无需保持视

制，发射功率受限制，受某些材

装箱、包裹识别等线接触，可多标签同时识别

料影响较大微波2.45GHz或

有超高频的优点，更高的带

有超高频的缺点，此产品拥挤、

ETC高速不停车收费、雷达和无5.8GHz

线导航等宽和通讯速率，更长的识读

易受干扰，技术相对复杂距离，更小的天线尺寸"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②按照供电方式分类a.无源RFID。b.有源RFID。c.半有源RFID。不同供电方式的RFID对比如表4-3所示。表4-3

不同供电方式的RFID对比分类电源供应特点无源RFID没有电源，依靠读写

成本低、寿命长，但读取距离相对较器发射的电磁场获取

短能量有源RFID内部装有电池有较远的读取距离和较大的存储容量，但成本较高，电池寿命有限半有源RFID

内部电池仅为标签中

电池无法更换，寿命短，读写距离长的芯片供电"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术③按照耦合方式分类a.电感耦合。电感耦合也称为磁耦合，适用于低频和高频频段的RFID系统。b.电磁反向散射耦合。主要应用于超高频和微波频段的RFID系统。④按照通信方式分类a.半双工通信。在这种通信方式中，读写器和标签之间的通信不能同时进行。b.全双工通信。读写器和标签能够同时进行双向的数据传输。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（4）RFID应用RFID技术作为一种自动识别和数据采集技术，被广泛应用于多个领域。如图4-31所示。①物流业②零售业⑤身份识别与防伪⑥智慧畜牧③制造业⑦图书与租赁产品管理④医疗行业图4-31

RFID应用⑧金融服务"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术2.RFID数据采集系统（1）RFID系统的组成RFID系统主要由电子标签、读写器和计算机系统构成。图4-32为RFID系统的组成。图4-32

RFID系统的组成①电子标签电子标签是一种通信技术中的关键组件，是RFID系统的数据载体，通常由芯片和天线组成。RFID电子标签的特点如图4-33所示。图4-33

RFID标签特点"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②RFID读写器RFID读写器是一种用于读取和写入RFID标签信息的设备。RFID读写器由RFID射频模块（发送器和接收器）、控制单元以及阅读器天线组成。射频模块负责发射和接收射频信号。控制单元负责处理和解码接收到的数据，并控制整个读写器的操作。阅读器天线则用于与RFID标签进行无线通信。图4-34所示为RFID读写器组成示意图。③计算机系统计算机系统一般指带有应用软件的计算机，用于实现数据的可视化展示、报表生成、数据分析和预警等功能，是进行人机交互的界面。图4-34

RFID读写器组成示意图"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（2）RFID数据采集系统优势①非接触式识别。②实时数据采集。③远距离识别。④高可靠性。⑤易于集成。RFID数据采集系统优势如图4-35所示。图4-35

RFID数据采集系统优势"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.2.3任务实施1．实训设备及工具（1）工业数据采集实训台（2）工业互联网平台（3）根云小智1台（4）ID卡1张（5）RFID读卡器1台（6）香蕉插头测试线4根"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术2．RFID身份编号数据采集任务实施步骤（1）步骤1：电气连接及调试①根云小智电源连接及检查a.将24V电源线（棕色）连接根云小智电源正极口（PWR、1号口）。b.将0V电源线（黑色）连接根云小智电源负极口（GND、2号口）。c.将根云小智信号公共端（GND、3口）连接0V端子排。d.用万用电表蜂鸣挡检查根云小智电源是否短路。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②根云小智信号连接及检查a.ID读卡器的通讯端口RS485_A（A）和RS485_B（B）已集成到实训台下方端子排。b.根云小智的RS485通讯端口已集成到实训台下方端子排，将根云小智2号端口（A）、3号端口（B）使用香蕉插头测试线分别与ID读卡器的通讯端口RS485_A（A）、RS485_B（B）进行连接。c.RS-232调试端子台的通讯端口已集成到右侧的端子排上了，将RS-232调试端子台2号端口（TX）、3号端口（RX）使用香蕉插头测试线分别与根云小智4号端口（RX）、5号端口（TX）进行连接。图3-36

根云小智与RFID读卡器接线示意图d.用RS232转USB数据线DB9公头插入RS-232调试端子台调试母头，USB端连接电脑。根云小智与RFID读卡器接线示意图如图3-36所示。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（2）步骤2：小智数采配置①根云小智登录及配置a.将RS232转USB线公头插入RS232调试端子排母头中，USB插头端插入电脑USB口。图3-37

配置根云小智b.打开根云小智配置工具，选择电脑给RS232转USB线分配的串口号（COM1），选择根云小智的波特率（默认115200），选择根云小智的校验位（默认为8N1），点击打开，如图3-37所示。c.打开成功后，软件界面如图3-38所示。图3-38

根云小智串口打开成功"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②根云小智RS485通讯采集配置a.打开成功后，点击登录配置，如图3-39所示。b.点击菜单栏中的“串口”选项卡，对RS485通讯端口进行通讯参数配置，RS485串口配置成“波特率9600，8N1”，如图3-40所示。图3-39

根云小智登录配置图3-40

通讯参数配置"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）步骤3：根云小智数据上云①根云平台修改模型a.登录根云平台，点击接入与建模，打开模型菜单，点击打开“根云小智_物模型_设备”物模型，如图3-41所示。图3-41

打开“根云小智_物模型_设备”物模型"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术b.打开“根云小智_物模型_设备”物模型后，点击右上角“修改模型”，添加1个“ID卡编号”的点位变量，属性ID为“COM2”。如图3-42所示。c.扫码枪输出是RS485串行通讯，RS485串行通讯是字符数据，所以选择String的数据类型。填写完成后点击确定。图3-42

添加1个“ID卡编号”的点位变量"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②根云小智上云配置a.重新打开根云小智配置工具，选择对应的串口号，波特率和校验位后点击打开，点击登录配置，如图3-43所示。图3-43

重新打开根云小智配置"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术b.点击“工作模式”，将“根云小智_物实例_设备”物实例的认证标识复制进ClientID和用户名中，认证密钥复制进密码中，如图3-44所示。c.点击“下发配置”，此时根云小智数据上云配置已经全部完成。图3-44

复制认证标识和密码"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术③根云小智数据核查a.登录根云平台，点击“接入与建模”，打开实例菜单，点击打开“根云小智_物实例_设备”，查看根云小智是否上线，如图3-45所示。图3-45

检查根云小智在线状态b.验证“ID卡编号”数据采集是否正确。“ID卡编号”是RFID读卡器的读取结果，将ID卡靠近RFID读卡器感应器，即可触发RFID读卡器输出读取结果，故在初始状态下，“ID卡编号”的值为空的，如图3-46所示。图3-46

验证“ID卡编号”数据采集"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术c.完成上一步骤后，用手拿紧ID卡，将ID卡靠近RFID读卡器感应器，RFID读卡器感应到ID卡后会发出“滴”一声，表示ID卡读卡完成。此时打开“根云小智_物实例_设备”，查看“ID卡编号”的值是否发生变化。d.通过重复执行上述步骤，ID卡编号等于所读取ID卡的编号，故根云小智数据采集正确无误，如图3-47所示。图3-47

根云小智数据采集正确显示"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.2.4任务小结"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务4.3：温湿度模块数据采集"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务说明

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任务实施

任务小结

任务测验4.3.1任务说明任务描述晨光初破晓，C公司核心区域的生产线便悄然启动，迎接新一天的生产任务。然而，生产线上的某个环节却突然出现异常。原本应稳定运行的机器骤然减速，产品质量亦开始出现波动。Y公司周工带领的技术团队迅速介入，他们发现工厂内的温湿度产生了细微的变化，对于精密的生产线而言，足以造成重大影响。生产线历经一系列的调整与优化，最终恢复正常运行，产品质量也有了显著提高。而这一切的背后，皆离不开温湿度传感器精准的数据采集以及及时的反馈。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务说明

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任务实施

任务小结

任务测验任务目标：素质目标1）培养学生养成科学严谨的工作态度；2）塑造学生的工匠精神；3）培养学生的自主学习能力和知识迁移能力。知识目标1）了解传感器的基本概念和分类；2）熟悉传感器的组成、工作原理和特性；3）掌握温湿度传感器在各个领域的应用。能力目标1）能够编制温湿度传感器的数据采集方案；2）能够根据各应用场景进行传感器的选型。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.3.2相关知识1.传感器图4-48

传感器组成框图（1）传感器定义传感器是一种检测装置，它能够感受到被测量的信息，并将这些信息按照一定规律转换成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。①敏感元件敏感元件是传感器中能直接感受或响应被测量的部分，是传感器的核心部件。②转换元件（2）传感器组成转换元件负责将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号。传感器主要由敏感元件、转换元件、信号调理转换电路三部分组成。如图4-48所示。③信号调理转换电路信号调理转换电路是对转换元件输出的电信号进行进一步处理的部分。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）传感器分类传感器的分类方式多种多样，如图4-49所示。传感器的分类方式多种多样，不同的分类方式可以从不同的角度对传感器进行描述和分类。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景来选择合适的传感器。图4-49

传感器分类方式"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术2.温湿度传感器（1）温湿度传感器定义温湿度传感器是能同时测量感知环境温度和湿度参数的电子装置，融合了两种传感器功能，通过内置元件将信息转化为电信号等，实现实时准确监测。如图4-50所示为常见的温湿度传感器。图4-50

温湿度传感器"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（2）温湿度传感器类型根据输出信号不同，温湿度传感器可以分为温湿度模拟量型传感器、RS485型温湿度传感器和网络型温湿度传感器等。①温湿度模拟量型传感器②RS485型温湿度传感器③网络型温湿度传感器测环境温湿度，输出模拟信号，通过内置元件感知环境温湿度，

集成温湿度感知、数据处理和网络通能与多种模拟量输入设备连接，做后

并转换为数字信号经RS485接口，

信功能的智能传感器。如图4-53所示。续处理、显示和控制。如图4-51所示。

与外部设备通信交换数据。如图4-52所示。图4-51

温湿度模拟量型传感器图4-52

RS485型温湿度传感器图4-53

网络型温湿度传感器"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）应用场景温湿度传感器的应用非常广泛，几乎涵盖了所有需要监测和控制环境温湿度的领域，如图4-54所示。①环境监测②农业生产⑤交通运输⑥气象预报③工业制造④医疗保健⑦安全环保图4-54

温湿度传感器应用场景"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术3.传感器选型传感器选型如图4-55所示。传感器选型是一个综合考虑多个因素的过程，需要根据具体应用场景进行权衡和选择。图4-55

传感器选型"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.3.3任务实施1．实训设备及工具（1）工业数据采集实训台（2）工业互联网平台（3）工业连接网关1台（4）温湿度传感器1台（5）RS485转USB数据线1根（6）香蕉插头测试线2根（7）SL2.4一字螺丝刀1把（8）40CM长0.3mm2黑色数据线1根（9）40CM长0.3mm2白色数据线1根"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术2.温湿度模块数据采集任务实施步骤（1）步骤1：电气连接及调试①电源连接及检查工业连接网关电源连接及检查a.将24V电源线（棕色）连接工业连接网关电源正极口（V+口）。b.将0V电源线（黑色）连接工业连接网关电源负极口（V-）。c.用万用电表蜂鸣挡检查工业连接网关电源是否短路。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②信号连接及检查a.温湿度模块配置RS485连接（a）温湿度模块的通讯口（A、B）已经集成到下方的端子排上了，只需要用两根香蕉插头测试线分别将温湿度模块的通讯接口A口（标号为WSD-A）连接RS485调试端子台右边的RS485-A，B口（标号为WSD-B）连接RS485调试端子台右边的RS485-B。（b）用RS485转USB数据线DB9公头插入RS-485端子台调试母头，USB端连接电脑。b.工业连接网关与温湿度模块通讯连接工业连接网关的RS485通讯接口（标号为：IB-A1、IB-B1）已经集成到下方的端子排中，只需要用两根香蕉插头测试线分别将温湿度模块的通讯接口A口（标号为WSD-A）连接下方的端子排的工业连接网关的通讯接口A口（标号为IB-A1），温湿度模块的通讯接口B口（标号为WSD-B）连接下方的端子排的工业连接网关的通讯接口B口（标号为IB-B1）。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术温湿度模块与工业网关连接示意图如图3-56所示。图3-56

温湿度模块与工业网关连接示意图"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（2）步骤2：温湿度模块参数配置温湿度模块Modbus通讯参数配置①打开电脑的设备管理器，查看电脑为RS485转USB数据线分配的串口号。②打开温湿度变送器的配置工具，RS485ControlV21。如图3-57所③设置Modbus通讯参数配置、波特率和地址，其中温湿度模块的示。校验位、数据位、停止位出厂默认为8N1，不可修改。如图3-58所示。④点击右上角关闭，温湿度模块通讯参数配置完成。图3-58

设置Modbus通讯参数配置、波特率和地址图3-57

RS485ControlV21"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）步骤3：工业连接网关配置①工业连接网关数据采集配置图3-59

输入工业连接平台IP和端口a.打开电脑浏览器（默认使用谷歌浏览器），在网址栏输入工业连接平台IP和端口，例如：“11:9882”，其中9882为固定端口。如图3-59所示。b.在工业连接平台登录界面中，输入工业连接平台账号和密码，admin+Root@LinkADMIN123。如图3-60所示。图3-60

工业连接平台登录界面"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术c.打开设备管理下拉菜单，点击设备列表，点击创建，新建设备数采连接。如图3-61所示。d.设备名称只能使用包含0-9,a-z,A-Z,-，_的字符组合，例如WSD，描述可使用中文，例如温湿度模块。在数采配置中，设备协议为ModbusRTU协议，站号填写上述配置温湿度模块的ID地址，端口号选择/dev/ttyS4，波特率为9600，其余参数按默认配置。填写完后点击确定。如图3-62所示。图3-61

新建设备数采设备连接图3-62

数采参数配置"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②数据采集点表配置a.选择刚刚创建的温湿度模块设备连接，点击详情，进入采集点表配置界面。图3-63所示为采集点表配置界面。图3-63

采集点表配置界面"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术b.点击添加点位，新建IO点，填写名称，例如采集温度值则填写T1，名称只能使用包含0-9,a-z,A-Z,-，_，描述可以填写中文，通过温湿度模块默认数据点表可知，A相电压存储在保持寄存区，因此用03号功能码，数据地址为1，数据类型为WORD（无符号短整型），其他数据点表按此类推。图3-64所示为新建IO点。图3-64

新建IO点"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术c.点击确定，温湿度模块采集点位配置完成。如图3-65所示。图3-65

温湿度模块采集点位配置完成d.点击启用按钮，工业连接网关开始采集温湿度模块数据。如图3-66所示。图3-66

工业连接网关开始采集温湿度模块数据"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（4）步骤4：工业连接网关数据验证①工况监控点击数据服务下拉菜单，点击工况监控。如图3-67所示。图3-67

工况监控"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②数据采集核验选中温湿度模块设备，验证温湿度模块数据采集是否成功和正确。如图3-68所示。图3-68

验证温湿度模块数据采集"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.3.4任务小结"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务4.4：远程无线模块数据采集"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务说明

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任务实施

任务小结

任务测验4.4.1任务说明任务描述传统的有线数据采集方式不仅布线复杂、维护成本高，而且难以适应生产线快速调整的需求。而远程无线模块数据采集技术，则能够通过无线信号实时传输生产数据，包括设备运行状态、生产效率、产品质量参数等，为管理层提供即时、全面的生产信息。在得到公司高层的大力支持后，周工带领团队开始了紧锣密鼓的筹备工作。他们首先选择了市场上最先进的远程无线数据采集模块，这些模块体积小、功耗低、传输距离远，非常适合在复杂的工业环境中使用。随后，团队对生产线上的每一台设备进行了改造，确保每一道工序的数据都能被准确捕捉并传输至中央控制系统。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务说明

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任务实施

任务小结

任务测验任务目标：素质目标1）培养学生整合知识和归纳总结的能力；2）塑造学生良好地发现问题、分析问题与解决问题的能力；3）培养学生的自主学习能力和知识迁移能力。知识目标1）了解WiFi无线通信传输技术；2）熟悉LoRa终端与LoRa通信传输与数据采集组网方式；3）掌握LoRa通信协议以及通信参数配置。能力目标1）能够根据实际应用场景完成远程IO模块选型；2）能够正确安装远程I/O模块工具软件。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.4.2相关知识1.无线通信技术（1）无线通信原理无线通信原理是将信息转换成无线信号，然后通过空气等介质传输到接收端，并再次转换为可识别的信息。无线通信包括调制、传输、接收、解调。如图4-69所示。图4-69

无线通信原理"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（2）无线通信技术类型目前，主流的无线通信技术包括蓝牙、WiFi、Zigbee、LoRa、NFC、RFID等。主流无线通信技术不同如下表4-5。表4-5

主流无线通信技术的不同技术蓝牙工作频段2.4GHz的ISM频

体积小、易集成，低功耗、适用

广泛应用于智能手机、笔记本电脑、智范围广、抗干扰能力较好

能手表、智能音响等设备特点应用段WiFi2.4GHz和5GHz

无线接入、高速传输、建设便捷、网络媒体、掌上设备、日常休闲等覆盖范围广Zigbee

2.4GHz低功耗、可靠性高、低成本、低

智能家居、工业自动化、智能交通、医时延、低数据量、网络容量大、

疗保健等领域高保密性、全球通用性和开放性好传输距离远、低功耗、低成本LoRaISM频段433MHz、868MHz、915MHz等13.56MHz智慧城市、工商业管理、农林渔牧等领域NFCRFID通信距离短、使用频繁包括低频、高

快速扫描、体积小、形状多样化、工业自动化、商业自动化、交通运输控频、超高频

可重复使用

制管理、防伪等领域支付应用、安防应用、标签应用"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）工业无线通信技术应用工业无线通信技术在工业领域有广泛应用，如图4-70所示。①工业自动化控制③远距离设备管理④高危环境通信②移动设备通信图4-70

工业无线通信技术的应用"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术2.WiFi通信协议（1）WiFi技术简介WiFi技术，是一种基于IEEE802.11系列标准的无线局域网技术，用于无线数据传输和连接设备。（2）技术特点WiFi技术特点如图4-71所示。图4-71

WIFI技术特点"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）WiFi的标准和速率WiFi技术遵循IEEE802.11系列标准，涵盖多个版本，诸如802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac、802.11ax等。这些标准对无线网络的各个方面进行了规范定义，包括频率范围、传输速率、频道宽度、安全性等。不同版本WIFI的标准和速率如下表4-6所示。表4-6

不同版本WiFi的标准和速率版本频段5GHz2.4GHz2.4GHz2.4GHz和5GHz频段5GHz2.4GHz和5GHz传输速率802.11a802.11b802.11g802.11n802.11ac802.11ax最高54Mbps最高11Mbps最高54Mbps最高600Mbps最高1Gbps最高11Gbps"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（4）WiFi的组网结构在WiFi组网中，比较常见且典型的结构分类方式主要有以下4种。①一对多模式一个中央设备（如无线路由器或接入点）充当网络的核心，多个终端设备与之相连，具有集中控制和管理的特点。如图4-72所示。图4-72

一对多模式图②点对点模式结构简单直接，两个或多个设备直接相互连接，无需中央设备介入。如图4-73所示。图4-73

点对点模式图"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术③Mesh网络模式多个节点（可以是AP或终端设备）之间相互连接，形成一个多跳的网络。如图4-74所示。图4-74

Mesh组网模式图④无线桥接模式用于连接两个或多个独立的无线网络，扩展网络覆盖范围。如图4-75所示。图4-75

无线桥接组网模式图"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术3.LoRa通信协议（1）LoRa技术简介LoRa是一种专为物联网设计的无线通信技术，在物联网架构中，LoRa处于物联网的无线终端感知层和网络传输层。（2）LoRa技术特点LoRa技术特点如图4-76所示。图4-76

LoRa技术特点"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）LoRa技术应用LoRa技术在物联网领域得到了广泛应用。①智能城市对于城市基础设施应用而言，LoRa技术能够让日常生活中的连接照明、废物清除、车辆服务等变得更加智能。如图4-77。a.智能路灯。b.智能停车。c.智能交通。图4-77

LoRa技术应用于智能城市"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②智慧农业由于LoRa技术具有低功耗、远距离特性和良好的无线质量，所以通过使用LoRa传感器能够将信号从农场发送至云，用户便能利用信号数据改善运营，构建出一个庞大的智慧农业网络体系，从而改善农业状况。如图4-78。a.土壤水分检测。b.LoRa生物识别传感器。c.监测水质。图4-78

LoRa技术应用于智慧农业"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术③智慧医疗LoRa技术适用于医疗应用，改善医疗保健和民生。LoRa技术用于检测食物温度，防止食物变质、减少浪费，保障食品安全。如图4-79。除了以上的场景外，LoRa技术还可以应用于智能家居、建筑设备、家庭安全、智能工业、智能计量、供应链和物流等领域。图4-79

LoRa技术应用于智慧医疗"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（4）LoRaWANLoRaWAN是一种专为低功耗广域网设计的无线通信协议，旨在实现物联网设备之间的长距离、低功耗通信。①LoRaWAN网络架构a.LoRaWAN网络架构组成LoRaWAN网络架构主要由四部分组成。如图4-80所示。（a）终端节点（b）基站（c）网络服务器

（d）应用服务器图4-80

LoRaWAN网络架构组成"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术b.LoRa网络架构图LoRa联盟推荐的LoRa网络架构图为4-81。该云平台能够从应用服务器中分离出来，位于LoRa的核心网和应用服务器之间，且可以与LoRa的核心网共同部署。*LoRaNode是LoRa终端节点*Concentrator是实现对LoRa终端节点提供接入和汇聚功能的LoRa基站*NetworkServer是LoRa的核心网*ApplicationServer由不同业务领域的服务器组成，并通过Web或手机接入的方式向用户提供业务服务图4-81

LoRa网络架构图"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②LoRa和LoRaWAN区别如果把LoRa视作一种语言，那么LoRaWAN就是一套语法规则。LoRa是一种专有的调制技术。LoRaWAN是基于LoRa技术构建的一种网络协议规范。LoRaWAN为LoRa技术的应用提供了一个标准化的框架，使不同厂家的设备能够相互兼容和交互。LoRa和LoRaWAN两者相互配合，共同为物联网中的低功耗、远距离通信提供支撑。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.4.3任务实施1．实训设备及工具（1）工业数据采集实训台（2）工业互联网平台（3）RJ45网线2根（4）LoRa无线网关1台（5）工业连接网关1台"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术2.远程无线模块数据采集任务实施步骤（1）步骤1：电气连接及调试①工业连接网关电源连接及检查a.将24V电源线（棕色）连接工业连接网关电源正极口（V+口）。b.将0V电源线（黑色）连接工业连接网关电源负极口（V-）。c.用万用电表蜂鸣挡检查工业连接网关电源是否短路。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②信号连接及检查a.工业连接网关需要与LoRa无线网关组网才能采集到网关的数据，因此，工业连接网关与LoRa无线网关组网之前，需要确认LoRa无线网关的IP地址是否与工业连接网关的IP地址在同一个网段下，否则不能组网。b.如果工业连接网关的两个网口都不在LoRa无线网关的IP地址的网段下，则需要对工业连接网关的IP地址进行修改。本实训平台的LoRa无线网关默认地址是0，因此可不需要修改工业连接网关的网口的IP。c.用一根RJ45连接工业连接网关的ETH2网口（默认地址08），另一端连接至交换机，再用两根网线，分别把LoRa无线网关至交换机和电脑至交换机连接起来。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术LoRa无线网关与工业连接网关连接示意如图3-82。图3-82

LoRa无线网关与工业连接网关连接示意图"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（2）步骤2：LoRa无线网关数据点表梳理本实训平台LoRa无线网关数据点表3-7，数据标识规划及定义如下。表3-7

LoRa无线网关数据点表标识序号名称仓位有料（光电传感器）数据类型地址IN11234BoolBoolBoolBoolIN1IN2IN3IN425261624OUT1

三色灯_绿灯

BoolOUT1OUT2OUT3OUT4BoolBoolBool"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）步骤3：工业连接网关数采配置①LoRa无线网关Modbus通讯参数配置图3-83

Lora收发模块与电脑连接通讯a.使用USB转RS485转换器将Lora收发模块与电脑连接通讯，如图3-83所示。b.打开AMX_MDLORAv20.exe工具对Lora采集模块进行配置；将串口配置后，点击“开始扫描”。如图3-84所示。图3-84

AMX_MDLORAv20.exe工具对Lora采集模块进行配置"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术c.将无线收发频率配置后分别点击发送，如图3-85所示。d.线串口透传模块配置。如图3-86所示。e.使用PC通过USB转485转换器连接Lora无线收发模块。3-85无线收发频率配置并发送图图3-86

线串口透传模块配置"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术图3-87

AMXLoraTool.exe工具对Lora收发模块进行配置f.打开AMXLoraTool.exe工具对Lora收发模块进行配置。将串口配置后，点击“打开串口”后再点击“进入命令模式”。如图3-87所示。g.将无线收发频率配置后分别点击发送。如图3-88所示。图3-88

无线收发频率配置后并发送"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②工业连接网关通讯配置a.用RJ45网线连接电脑与工业连接网关ETH1网口，修改电脑IP地址与连接的工业连接网关的网口的IP地址在同一个网段下，否则无法连接。提醒：工业连接网关4个网口IP地址不同，若是连接工业连接网关1号网口（默认地址11），需修改电脑IP地址在211.211.211.X网段下（X值不可为245，不可与工业连接网关网口IP地址冲突）。b.检查电脑与工业连接网关是否连接成功。同时按住电脑键盘win+R键，输入cmd点击确定，输入ping11（此处为所连接的工业连接网关网口的默认地址），按回车，若显示图3-89内容则表示连接成功。图3-89

连接成功显示"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术③工业连接网关数据采集配置a.打开电脑浏览器（默认使用谷歌浏览器），在网址栏输入工业连接平台IP和端口，例如：“11:9882”，其中9882为固定端口。如图3-90所示。图3-90

网址栏输入工业连接平台IP和端口b.在工业连接平台登录界面中，输入工业连接平台账号和密码，admin+Root@LinkADMIN123，如图3-91所示。图3-91

输入工业连接平台账号和密码"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术c.打开设备管理下拉菜单，点击设备列表，点击创建，新建设备数采连接。如图3-92所示。d.设备名称只能使用包含0-9,a-z,A-Z,-，_的字符组合，例如LoRa，描述可使用中文，例如LoRa无线网关。在数采配置中，设备协议为ModbusRTU协议，站号填写上述配置LoRa无线网关的ID地址，端口号选择/dev/ttyS4，波特率为9600，其余参数按默认配置。填写完后点击确定。如图3-93所示。图3-92

新建设备数采连接e.点击确定，LoRa无线网关数据采集参数配置完成。图3-93

LoRa参数配置"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术④数据采集点表配置a.选择刚刚创建的LoRa无线网关设备连接，点击详情，进入采集点表配置界面。如图3-94所示。图3-94

采集点表配置界面"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术b.点击添加点位，新建IO点，填写名称，例如输入通道1则填写IN1，名称只能使用包含0-9,a-z,A-Z,-，_，描述可以填写中文，通过LoRa无线网关的默认数据点表可知，输入通道1在输入寄存区，因此用02号功能码，数据地址为0，数据类型为bool（布尔型），其他数据点表按此类推。如图3-95所示。图3-95

新建IO输入点"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术c.点击添加点位，新建IO点，填写名称，例如输出通道1则填写OUT1，名称只能使用包含0-9,a-z,A-Z,-，_，描述可以填写中文，通过LoRa无线网关的默认数据点表可知，输出通道1在输出寄存区，因此用05号功能码，数据地址为0，数据类型为bool（布尔型），其他数据点表按此类推。如图3-96所示。图3-96

新建IO输出点"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（4）步骤4：数据核验①工况监控点击数据服务下拉菜单，点击工况监控。如图3-98所示。图3-98

点击工况监控"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②数据采集核验选中LoRa无线网关设备，验证LoRa无线网关数据采集是否成功和正确，如图3-99所示。图3-99

验证LoRa无线网关数据采集"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.4.4任务小结"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务4.5：PLC控制器数据采集"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务说明

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任务实施

任务小结

任务测验4.5.1任务说明任务描述某一天经理把负责的李工叫到办公室：“之前的工作完成得不错，接下来要面对PLC控制器。”通过前面任务的学习，我们已经充分了解了采集条形码、RFID、温湿度传感器以及LoRa无线网关，接下来学习较为复杂的西门子PLC设备数据采集。与之前相比，采集数据的个数从单一变为两个，进而变为多个。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务说明

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任务实施

任务小结

任务测验任务目标：素质目标1）培养学生科学严谨的工作态度；2）引导学生体验工作的成就感，树立热爱劳动意识；3）培养学生举一反三的学习能力。知识目标1）了解S7-1200PLC结构及各模块性能；2）熟悉S7-1200PLC各模块接线规则；3）掌握PLC基础逻辑指令的用法。能力目标1）能够掌握西门子控制器简单编程的操作步骤；2）能够利用S7-1200PLC进行数据采集。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.5.2相关知识1.S7-1200PLC及其相关部件（1）认识S7-1200PLC①S7-1200PLC简介S7-1200PLC是西门子公司推出的一款PLC，主要面向简单而高精度的自动化任务。S7-1200PLC设计紧凑、组态灵活、扩展便捷、功能强大，可用于控制各种各样的设备以满足自动化需求。如图4-100所示。图4-100

S7-1200PLC"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②S7-1200PLC的特点a.高度集成的工程组态系统图4-101

TiaPortal典型应用TiaPortal典型应用如图4-101所示。b.集成化用户环境TiaPortal通过两种不同的视图营造了友好的集成化用户环境。Portal视图和项目视图如图4-102所示。图4-102

Portal视图和项目视图"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术c.集成可视化控制在同一个项目中组态和编程，人机界面可以直接使用S7-1200PLC的变量。S7-1200PLC变量表如图4-103所示。d.集成PROFINET接口S7-1200PLC在CPU模块上集成了一个工业以太网PROFINET接口，使得编程过程、调试过程、PLC和人机界面的操作、运行及与第三方设备的通信均可采用工业以太网进行。如图4-104所示。图4-103

S7-1200PLC变量表图4-104

S7-1200PLC集成PROFINET接口"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术e.嵌入CPU模块本体的信号板信号板嵌入在CPU模块的前端，具有两个数字量输入/输出接口或者一个模拟量输出，能够在不增加CPU模块占用空间的前提下扩展CPU的控制能力。如图4-105所示。f.高速输入/输出具有6个高速计数器（3个100KHz和3个30KHz）、两个脉宽调制输出（PWM）和两个脉冲串（PTO）。g.PID功能16个PID控制回路，支持自适应的快速功能块、PID自动调节功能。h.库功能图4-105

信号板通过库功能能够在同一个项目和其他已有项目中调用或移植使用项目的组成部分。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（2）S7-1200PLC硬件模块①S7-1200PLC组成S7-1200PLC主要由CPU模块、通信模块（CM）、信号模块（SM）和信号板（SB）及各种附件组成。如图4-106所示。图4-106

S7-1200PLC组成"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术a.CPU模块CPU将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET、高速运动控制I/O以及板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中，形成功能强大的控制器。b.通信模块（CM）S7-1200PLC的CPU最多可以添加三个通信模块，支持PROFIBUS主从站通信，RS485和RS232通信模块为点对点的串行通信提供连接及I/O连接主站。如图4-107所示。图4-107

通信模块"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术c.信号板（SB）和信号模块（SM）图4-108

信号板如果只需少数输入/输出的情况下，可以使用信号板（SB）。通过信号板可以对S7-1200PLC进行扩展，而不增加所需安装空间。信号板如图4-108所示。信号模块（SM）安装在CPU模块的右侧，使信号模块的总线连接器伸到CPU中，即为信号模块建立了机械和电气连接。信号模块如图4-109所示。图4-109

信号模块"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）S7-1200PLC的型号S7-1200PLC目前有5款CPU，CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C、CPU1217C。根据电源信号和输入输出信号的类型，除了CPU1217C只有一种类型以外其余四款CPU各有三种型号。5款CPU本机自带数字量、模拟量输入输出点数有所差异，如图4-110所示。图4-110

5款不同类型的S7-1200PLC对比图"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术2.S7-1200PLC的接线（1）S7-1200PLC的接线规则①端子块允许的线径为0.3-2mm2；

②端子块允许的最大力矩为0.56N·m。（2）S7-1200PLCCPU接线①CPU1214CAC/DC/Relay

CPU1214CAC/DC/Relay接线如下图4-111所示。图4-

111

CPU1214C

AC/DC/Relay接线图"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②CPU1214CDC/DC/DC③CPU1214CDC/DC/RelayCPU1214CDC/DC/DC接线如下图4-112所示。CPU1214CDC/DC/Relay接线如下图4-113所示。图4-112

CPU1214CDC/DC/DC接线图图4-113

CPU1214CDC/DC/Relay接线图"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）S7-1200PLC信号板接线②DI/DQ信号板的接线SB1223DI/DQ信号板有2个输入、2个晶体管输出，DI/DQ信号板的接线如图4-115所示。③AQ信号板的接线SB1232

AQ信号板有1个模拟量输出，AQ信号板的接线如图4-116所示。①DQ信号板的接线SB1222DQ信号板有4个晶体管输出，如图4-114所示。图4-114

SB1222DQ信号板的接线图4-115

SB1223DI/DQ信号板的接线图4-116

SB1232

AQ信号板的接线"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术3.S7-1200PLC的逻辑应用（1）位逻辑指令位逻辑指令见表4-9所示。表4-9

位逻辑指令表①常开触点与常闭触点常开触点在指定的位为1时闭合，0时断开。常闭触点在指定的位为l时断开，0时闭合。②NOT取反触点NOT触点用来转换能流输入的逻辑状态。③输出线圈线圈通电时写入1，断电时写入0。④置位/复位指令置位指令将指定的地址位置位为1并保持。复位指令将指定的地址位复位为0并保持。PLC常用的位逻辑指令除了所列举的指令之外，还涵盖了置位优先锁存器与复位优先锁存器、边沿检测触点指令、边沿检测线圈指令等指令。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术表4-10

定时器指令表梯形图线圈

说明梯形图功能框TP定时器可生成具有预设宽度时间的脉冲。（2）定时器指令S7-1200PLC有4种定时器。①脉冲定时器（TP）。TON定时器在预设的延时过后将输出Q设置为ON。②接通延时定时器（TON）。③断开延时定时器（TOF）。④保持型接通延时定时器（TONR）。定时器指令格式如表4-10。TOF定时器在预设的延时过后将输出Q重设为OFF。TONR定时器在预设的延时过后将输出Q设置为ON。在使用R输入重置经过的时间之前，会跨越多个定时时段一直累加经过的时间。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）计数器指令S7-1200PLC有3种计数器：加计数器（CTU），减计数器（CTD）和加减计数器（CTUD）。①加计数器指令（CTU）参数CU的值从0变为1时，CTU使计数值加1，直到CV达到指定的数据类型的上限值，此后，CU状态的变化，CV值不再增加。如图4-117所示。②减计数器指令（CTD）图4-117

加计数器指令图4-118

减计数器指令参数CD的值从0变为1时，CTD使计数值减1。如果参数CV(当前计数值)的值等于或小于0，则计数器输出参数Q=1。如图4-118所示。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术③加减计数器指令（CTUD）加计数（CU）或减计数（CD）输入的值从0跳变为1时，CTUD会使计数值加1或减1。如果参数CV（当前计数值）的值大于或等于参数PV（预设值）的值，则计数器输出参数QU=1。如果参数CV的值小于或等于零，则计数器输出参数QD=1。如图4-119所示。图4-119

加减计数器指令"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术4.5.3任务实施1．实训设备及工具（1）工业数据采集实训台（2）工业互联网平台（3）RJ45网线2根（4）S7-1200PLC1台（5）工业连接网关1台"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术2.PLC控制器数据采集任务实施步骤（1）步骤1：电气连接及调试①工业连接网关电源连接及检查a.将24V电源线（棕色）连接工业连接网关电源正极口（V+口）。b.将0V电源线（黑色）连接工业连接网关电源负极口（V-）。c.用万用电表蜂鸣挡检查工业连接网关电源是否短路。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②工业连接网关网络连接及检查a.工业连接网关需要与PLC组网才能采集到网关的数据，因此，工业连接网关与PLC组网之前，需要确认PLC的IP地址是否与工业连接网关的IP地址在同一个网段下，否则不能组网。b.如果工业连接网关的两个网口都不在PLC的IP地址的网段下，则需要对工业连接网关的IP地址进行修改。本实训平台的PLC默认地址是，因此可不需要修改工业连接网关的网口的IP。c.用一根RJ45连接工业连接网关的ETH2网口（默认地址08），另一端连接至交换机，再用两根网线，分别把PLC至交换机和电脑至交换机连接起来。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术PLC与工业连接网关连接示意图如图3-120。图3-120

PLC与工业连接网关连接示意图"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（2）步骤2：PLC数据点表梳理本实训平台PLC数据点表3-11，数据标识规划及定义如下。表3-11

PLC数据点表序号

标识1

Start2

Stop3

Reset名称数据类型

地址启动按钮停止按钮复位按钮BoolBoolBoolBoolBool%I0.0%I0.1%I0.2%I0.3%I0.44

Select_SA1

选择开关5

ESTOP

急停开关Yellow_ligh6三色灯_黄

Bool%Q0.1t7

green_light

三色灯_绿

Bool8

Red_Light

三色灯_红

Bool%Q0.2%Q0.3%MW10%MD12910设备启动次数

Int设备开机率

Real"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术（3）步骤3：工业连接网关数采配置①西门子PLCS7通信协议解析a.S7通信协议是西门子公司用于其S7系列可编程逻辑控制器（PLC）的通信协议。它是一种二进制协议，用于在计算机或者网关和S7PLC之间进行通信。b.S7通信协议支持多种通信方式，包括串口、以太网和专用总线等。它可以实现实时数据读写、程序下载、远程诊断和监控等功能，本例使用以太网的通信方式。c.S7通信协议具有高效性、稳定性和安全性等特点，广泛应用于自动化控制领域。图3-84

AMX_MDLORAv20.exe工具对Lora采集模块进行配置"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术②西门子PLCS7通信协议配置a.本实训平台的PLC的IP地址默认为，可用博图软件对PLC的IP地址进行修改。点击设备组态，点击PLC，在PROFINET目录下的以太网地址中修改。如图3-121所示。图3-121

修改PLC的IP"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技