《工业数据采集技术-Industrial data》课件-任务5 空压机开机状态采集

工业数据采集技术任务5.1：空压机开机状态采集"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5.1.2相关知识1.空压机简介空压机是空气压缩机的简称，它是一种用于将空气压缩成高压气体的机器设备，如图5-2空压机整套设备所示。压缩空气因其相对安全、洁净、原料取之不尽而得到广泛使用，尤其是在企业的现代化生产中，依托压缩空气的设备工具、生产流水线越来越多，空压机成为很多企业生产不可或缺的关键设备。图5-2

空压机整套设备"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术空压机广泛应用于各种工业领域，如：工厂维护（喷气清洁、喷砂、喷漆等）、药品制造（搅拌液体、传输原料、气动控制等）、飞机制造（喷洗机器、驱动装配工具、喷漆等）、木材、家具加工（喷射清洁、气动工具、雕刻工具等）。其工作原理主要涉及压缩、冷却和储存三个主要过程。（1）压缩过程：空气通过进气口进入压缩室，然后由活塞、螺杆等压缩元件进行压缩。在这个过程中，空气的体积逐渐减小，同时压力和密度增加。（2）冷却过程：由于压缩过程中会产生热量，因此需要通过冷却系统（如冷却器或冷却风扇）将压缩空气的温度降低，以保护设备并维持良好的工作温度。（3）储存过程：冷却后的压缩空气进入储气罐进行储存。储气罐是一个能够承受高压的密闭容器，确保在需要时能够稳定地供应压缩空气。"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）规范使用空压机空压机在使用过程中存在一定的安全风险，尤其是在操作不当或设备维护不足的情况下，如图5-3空压机使用不当引起的爆炸所示。因此，对于空压机的使用和维护必须严格遵守安全操作规程和保养规程，以确保工作人员的安全和设备的正常运行。此外，对于空压机的安全管理和维护保养应定期进行。图5-3

空压机使用不当引起的爆炸"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）交流接触器、继电器交流接触器是一种用于频繁接通和断开交流电路的自动控制电器。其工作原理是当吸引线圈通电后，使静铁芯产生电磁吸力，衔铁被吸合，与衔铁相连的连杆带动触头动作，使常开触头闭合，常闭触头断开，接触器处于得电状态；当吸引线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁被断开，使常开触头断开，常闭触头闭合，接触器处于失电状态。图5-4

交流接触器"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）交流接触器、继电器继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它通过电磁感应原理工作，当线圈通电时产生磁场，吸引或推动触点，从而实现电路的接通或断开。广泛应用于电力系统、自动化控制、通信设备等领域。图5-5

继电器"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术任务5.2：冲床作业次数采集"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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任务测验5.2.1任务说明根据项目计划，项目工程师吴郑需要对没有控制系统的冲床的作业次数信号进行数据采集，具体任务如下：（1）使用工业无线终端，基于冲床作业生产工艺及机械运动结构，设计对设备的冲压作业次数采集方案，完成冲压作业次数的数据采集目标。（2）结合冲床作业的机械运动特定，加装接近开关获取冲床作业信号，采用根云小智的干接法进行作业数字信号的采集。"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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任务测验任务目标：素质目标（1）培养学生精益求精的工匠精神；（2）培养学生耐心细致的工作态度；（3）培养学生的社会责任感。知识目标（1）了解冲床相关知识；（2）熟练掌握根云小智工作模式4的用法。能力目标（1）学会进行哑设备生产工艺分析，并设计数据采集方案；（2）学会使用根云小智干接法采集数字IO信号；（3）学会使用配置根云小智数据上云。"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5.2.2相关知识1.冲床简介冲床，也被称为冲压机、压力机，它主要通过电动机驱动飞轮，使曲轴、连杆和滑块产生机械运动，从而在模具的作用下对板材进行冲孔、落料、弯曲、拉深、成形等，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。冲床在汽车、电子、家电、五金等行业有着广泛的应用。例如，在汽车制造中，冲床用于生产车身、底盘等部件；在电子行业中，冲床用于生产各种金属外壳和支架等，外形如图5-36所示。图5-36

冲床"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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任务测验冲床的主要特点有：（1）高效率：冲床在冲压过程中，通过模具一次性完成所需形状的加工，因此生产效率非常高。（2）高精度：由于模具的精确设计和制造，冲床可以生产出高精度、高质量的冲压件。（3）灵活性：冲床可以适应不同形状和尺寸的板材加工，只需更换模具即可。（4）自动化程度高：现代冲床可以实现自动化操作，降低人工成本，提高生产效率。冲床按照使用的驱动力不同，可以分为机械式冲床和液压式冲床。普通钣金冲压加工，大部分使用机械式冲床。液压式冲床依其使用液体不同，有油压式冲床与水压式冲床，使用油压式冲床占多数，水压式冲床则多用于巨型机械或特殊机械。冲床在操作过程中也存在一定的安全风险。因此，操作人员需要严格遵守操作规程，确保设备的安全运行。同时，企业也需要定期对冲床进行维护和保养，以延长设备的使用寿命。"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5.2.3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）中间继电器1个（5）香蕉插头测试线4条"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．冲床作业次数采集任务实施步骤（1）步骤1：确定采集方式作业信号（生产执行信号）即设备电气控制系统中能够代表设备处于作业状态的相关信号。此信号的变化能够准确的反映设备在执行生产动作，且信号变化频次与生产执行频次为强比例关系。如注塑机的射胶信号，冲床的冲头滑块下压信号等。方案一：设备电气控制回路/辅助回路电气控制开关信号判断。如中间继电器，时间继电器、按钮开关等。获取如下信号：开关触点闭合/断开信号、电压转换信号。信号为“1”表示其关联控制的设备/负载处于“开启/运行”状态；信号为“0”表示其关联控制的设备/负载处于“关闭/停止”状态。"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术方案二：加装接近开关判断设备作业执行状态。有些设备的生产执行动作是纯机械控制的，如手动控制的冲床、立式钻等，这些设备没有相关的电气信号可采集。可考虑在设备执行机构合适位置加装开关传感器检测设备执行动作的状态。将开关信号对接到采集器进行信号获取。图5-37

常用接近开关种类通常通过加装行程开关，接近开关、光电开关、微动开关等方式进行监测判断，常用接近开关种类如图5-37所示。本任务采用方案二，获取信号为接近开关模块闭合/断开信号。信号为“1”表示其关联的设备执行机构“执行了”设定的生产动作；信号为“0”表示其关联的设备执行机构“未执行”设定的生产动作。"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：电气连接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.根云小智IO2和接近开关传感器已集成到实训台下方端子排，用0.3mm2黑色导线连接根云小智IO2与中间继电器常开触点K1，如图5-38所示。b.根云小智的配置端口使用RS232通讯端口，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RS-232调试端子台的2号端口（TX），3号端口（RX）进行连接。c.用RS232转USB数据线DB9公头插入RS-232调试端子台DB9母头，USB端连接电脑。图5-38

根云小智信号连接图"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）步骤3：根云小智数采配置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。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），单击打开，如图5-39所示。图5-39

根云小智通讯参数配置"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c.打开成功后，软件界面如图5-40所示。图5-40

串口打开成功标识"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IO信号采集配置a.打开成功后，双击登录配置，如图5-41所示。图5-41

对根云小智进行登录配置"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.单击菜单栏中的“I/O应用”选项卡，对IO信号采集端口进行采集模式配置，对IO2配置成“工作模式4”，触发方式为“上升沿触发”，延迟上报时间：“60”，周期上报：“120”，如图5-42所示。以上设置能实现把采集的数据上报作业信号规则为：作业信号上升沿（0→1）立即触发上报并作为首要上报规则；如果为下降沿（1→0）则启动计时，达到延时上报时间设定值（60s）无任何上升沿出现则上报“0”，此为延时上报并作次要上报规则；此外周期上报作为最后规则，当信号无变动，则从上一次上报时刻计时达到120s触发上报，上报当前的采集值。图5-42

根云小智IO信号采集配置"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）步骤4：根云小智数据上云①根云平台修改模型a.登录根云平台，点进接入与建模，打开模型菜单，单击打开“根云小智_物模型_设备”物模型，如图5-43所示。图5-43

打开物模型"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，单击右上角“修改模型”，如图5-44所示，手动添加1个“IO2_作业次数”的点位变量，如图5-45所示，属性ID为“io2_count”，如图5-46所示。图5-44

修改模型"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术图5-45

手动添加点位变量图5-46

设置点位变量属性"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c.添加1个“IO2_作业次数”的点位完成后，单击右上角“更新发布”，完成物模型修改，如图5-47所示。图5-47

完成物模型修改"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，双击登录配置，如图5-48所示。图5-48

打开根云小智配置工具"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.单击“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5-49、图5-50所示。图5-49

查看物实例的认证标识和认证密钥图5-50

复制物实例的认证标识和认证密钥c.单击“下发配置”，此时根云小智数据上云配置已经全部完成。"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③根云小智数据核查a.登录根云平台，单击“接入与建模”，打开实例菜单，单击打开“根云小智_物实例_设备”，查看根云小智是否上线,如图5-51所示。图5-51

查看根云小智是否上线"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b.验证“IO2_作业次数”数据采集是否正确。“IO2_作业次数”是接近开关触发次数，将金属靠近接近开关即可触发接近开关输出信号，故在初始状态下，“IO2_作业次数”的值为“0”，如图5-52所示。图5-52

查看“IO2_作业次数”的值是否为0"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，手持金属靠近接近开关，触发接近开关输出信号，根云小智IO2电平信号变为“1”，根云小智检测到IO2端口有信号输入，自动进行信号计数，同时按照固定周期时间上报数据到根云平台。此时打开“根云小智_物实例_设备”，查看“IO2_作业次数”的值是否为“1”，如图5-53所示。图5-53

查看“IO1_开机状态”是否为1"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d.通过重复执行上述步骤可得，当接近开关检测到金属时，根云小智检测到IO2端口有信号输入，自动进行信号计数，“IO2_作业次数”的值自动加1。经过多次测试验证，接近开关检测到金属次数等于IO2_作业次数，如图5-54所示，故根云小智数据采集正确无误。图5-54

多次采集检测结果"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5.2.4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5.3：铣床单次作业时间采集"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5.3.1任务说明根据项目计划，项目工程师吴郑需要对铣床的单次作业时间信号进行数据采集，具体任务如下：（1）使用工业无线终端，基于铣床作业生产工艺及机械运动结构，设计对设备的单次作业时间数据采集方案，完成单次作业时间的数据采集目标。（2）结合铣床作业的机械运动特点，加装行程开关获取铣床作业信号，采用根云小智的干接法进行作业数字信号的采集。"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

任务测验任务目标：素质目标（1）培养学生精益求精的工匠精神；（2）培养学生耐心细致的工作态度；（3）培养学生绿色生产、节约能源的意识。知识目标（1）了解铣床相关知识；（2）熟练掌握根云小智工作模式3的用法。能力目标（1）学会对哑设备进行生产工艺分析，并设计数据采集方案。（2）学会使用根云小智干接法采集数字IO信号。（3）学会使用配置根云小智数据上云。"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5.3.2相关知识1.铣床简介铣床主要指用铣刀对工件多种表面进行加工的机床，用途非常广泛。铣床上可以加工平面、沟槽、分齿零件、螺旋形表面及比较复杂的各种曲面、齿轮等。此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动。铣床的生产率较高，在机械制造和修理部门得到广泛应用，如图5-55所示。图5-55

铣床"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1950年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。如图5-56所示。图5-56

数控铣床"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.行程开关行程开关，位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。行程开关由操作头、触点系统和外壳组成，如图5-57所示。图5-57

行程开关"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5.3.3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）根云小智1台（4）行程开关1个（5）中间继电器1个（6）香蕉插头测试线4条"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．铣床作业时间采集实施步骤（1）步骤1：确定采集方式本任务采集的是设备单次作业的信号，根据任务5.2的描述可知，作业信号的采集有两种方案可以选择，本任务采用方案二进行采集，获取信号为行程开关模块信号。并采用中间继电器进行信号转换，中间继电器是最为常用的进行信号转换和隔离的转换器件。可精准有效的将设备控制中的电压信号转换成干接点信号，又不会干扰原有电气控制回路的正常运行。中间继电器实质上是一种电压继电器，当中间继电器电路中通电，在内部产生的电磁力会让动铁芯进行贴合，从而引导动触点启动，让继电器的常闭触点能够分开，而常开触点能够闭合。当中间继电器电路断电之后，内部弹簧就会发挥效果，让动触点进行复位。"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：电气连接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.根云小智IO3和行程开关传感器已集成到实训台下方端子排，用0.3mm2黑色导线连接根云小智IO3与中间继电器常开触电K1，如图5-58所示。b.根云小智的配置端口使用RS232通讯端口，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RS-232调试端子台的2号端口（TX），3号端口（RX）进行连接。c.用RS232转USB数据线DB9公头插入RS-232调试端子台DB9母头，USB端连接电脑。图5-58

根云小智信号连接图"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）步骤3：根云小智数采配置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。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），单击打开，如图5-59所示。图5-59

根云小智通讯参数配置"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c.打开成功后，软件界面如图5-60所示。图5-60

串口打开成功标识"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IO信号采集配置a.打开成功后，双击登录配置，如图5-61所示。图5-61

对根云小智进行登录配置"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.单击菜单栏中的“I/O应用”选项卡，对IO信号采集端口进行采集模式配置，对IO3配置成“工作模式3”，如图5-62所示。特别说明：因为需要完成采集铣床单次作业时间的目标，因此选择工作模式3。工作模式3是上升沿间隔采集上报工作模式，可以捕获I/O口电平上升沿，并在捕获到时上报上一次捕获至本次捕获之间的时间差，单位为秒。配置完成后单击下方的下发配置。图5-62

根云小智IO信号采集配置"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）步骤4：根云小智数据上云①根云平台修改模型a.登录根云平台，点进接入与建模，打开模型菜单，单击打开“根云小智_物模型_设备”物模型，如图5-63所示。图5-63

打开物模型"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，单击右上角“修改模型”，如图5-64所示，手动添加1个“单次作业时间”的点位变量，如图5-65所示，属性ID为“io3_cycle_tm”，如图5-66所示。图5-64

修改模型"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术图5-65

手动添加点位变量图5-66

设置点位变量属性"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c.添加1个“单次作业时间”的点位完成后，单击右上角“更新发布”，完成物模型修改，如图5-67所示。图5-67

完成物模型修改"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，双击登录配置，如图5-68所示。图5-68

打开根云小智配置工具"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.单击“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5-69、图5-70所示。图5-69

查看物实例的认证标识和认证密钥图5-70

复制物实例的认证标识和认证密钥c.单击“下发配置”，此时根云小智数据上云配置已经全部完成。"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③根云小智数据核查a.登录根云平台，单击“接入与建模”，打开实例菜单，单击打开“根云小智_物实例_设备”，查看根云小智是否上线,如图5-71所示。图5-71

查看根云小智是否上线"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b.验证“单次作业时间”数据采集是否正确。“单次作业时间”是接近开关上一次触发至本次触发之间的时间差，将金属靠近接近开关即可触发接近开关输出信号，故在初始状态下，“单次作业时间”的值为“0”，如图5-72所示。图5-72

查看“单次作业时间”的值是否为0"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，手持金属靠近接近开关，触发接近开关输出信号，根云小智IO3电平信号变为“1”，根云小智检测到IO3端口有信号输入，自动进行信号计秒，同时按照固定周期时间上报数据到根云平台。此时打开“根云小智_物实例_设备”，记录“单次作业时间”的值，如图5-73所示。图5-73

查看“IO1_开机状态”是否为1"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d.通过重复执行上述步骤可得，当接近开关检测到金属时，根云小智检测到IO3端口有信号输入，自动进行信号计秒。经过多次测试验证，接近开关检测到金属的时间间隔等于单次作业时间，如图5-74所示，故根云小智数据采集正确无误。图5-74

多次采集检测结果"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5.3.4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5.4：车床主轴电机温度采集"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5.4.1任务说明根据项目计划，项目工程师吴郑需要对车床主轴电机温度信号进行数据采集，具体任务如下：（1）使用工业无线终端，结合电机运行特点，对设备的电机作业温度进行数据采集。（2）采集方式：基于加工主轴电机工作特性，加装PT100热电阻获取电机温度信号，使用根云小智的模拟量数据采集方式进行电机温度数据的采集。"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

任务测验任务目标：素质目标（1）培养学生精益求精的工匠精神；（2）培养学生耐心细致的工作态度；（3）培养学生的全局思维。知识目标（1）了解车床相关知识；（2）了解热电阻的相关知识；（3）熟练掌握根云小智工作模式4的用法。能力目标（1）学会分析设备健康状态判断；（2）了解传感器及变送器信号形式及特点；（3）学会使用根云小智模拟信号采集；（4）不同类型数据在网关、平台的数据类型匹配。"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5.4.2相关知识1.车床简介车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。铣床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的，如图5-75所示。图5-75

车床"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，产生了机电一体化的新型机床（数控机床）。数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，如图5-76所示。图5-76

数控车床"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.热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。它的主要特点是测量精度高、抗振性能好、机械强度高、耐高温耐压性能好、性能可靠稳定。应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，其中Pt100的应用最为广泛，如图5-77所示。图5-77

pt100温度传感器"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5.4.3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）根云小智1台（4）Pt100热电阻1个（5）香蕉插头测试线4条"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．铣床作业时间采集实施步骤（1）步骤1：确定采集方式在工业现场的数据采集场景中，经常通过外加传感器，采集并监测设备的生产设备的关键参数。如外加温度传感器监测设备的轴承温度，外加电流互感器监测设备的运行电流，速度传感器监测部件的运转速度等。经过现场调研，本任务采集的是设备的关键参数温度信号，需要外接温度传感器检测生产设备的电机工作温度。"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：电气连接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.温度变送器输出模拟信号类型是5-20mA型的模拟量信号，温度变送器的信号输出端口已经集成在下方端子排，只需要用香蕉插头测试线插入温度变送器信号输出端口（标号为：温度检测），另一条插入根云小智ADC1端口（标号为：小智-AI1）即可，如图4-78所示。b.用万用电表蜂鸣挡检查信号线是否连接正确。图5-78

根云小智信号连接图"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）步骤3：根云小智数采配置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。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），单击打开，如图5-79所示。图5-79

根云小智通讯参数配置"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c.打开成功后，软件界面如图5-80所示。图5-80

串口打开成功标识"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IO信号采集配置a.打开成功后，双击登录配置，如图5-81所示。图5-81

对根云小智进行登录配置"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.单击菜单栏中的“I/O应用”选项卡，对IO信号采集端口进行采集模式配置，对IO4配置成“工作模式5”，周期上报：“120”，如图5-82所示。特别说明：工作模式5是ADC采样模式，主动采集端门模拟输入并换算为4~20mA实际电流值(两位小数点)，在按照配置的主动上报周期上报之外，还需要在采集值出现相对于上一次采集值有大于或等于+5%的变化时，主动上报。配置完成后单击下方的下发配置。图5-82

根云小智IO信号采集配置"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）步骤4：根云小智数据上云①根云平台修改模型a.登录根云平台，点进接入与建模，打开模型菜单，单击打开“根云小智_物模型_设备”物模型，如图5-83所示。图5-83

打开物模型"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，单击右上角“修改模型”，如图5-84所示，手动添加1个“电机温度”的点位变量，如图5-85所示。添加自定义属性，属性ID为“io4_adc”，温度传感器输出4~20ma电流模拟量信号，模拟量信号是连续有小数的信号，所以选择Number的数据类型，如图5-86所示。填写完成后单击“确定”。图5-84

修改模型"以数据为眼，洞察工业深层奥秘，驱动产业升级！"工业数据采集技术图5-85

手动添加点位变量图5-86

设置点位变量属性"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c.添加1个“电机温度”的点位完成后，单击右上角“更新发布”，完成物模型修改，如图5-87所示。图5-87

完成物模型修改"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，双击登录配置，如图5-88所示。图5-88

打开根云小智配置工具"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.单击“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5-89、图5-90所示。图5-89

查看物实例的认证标识和认证密钥图5-90

复制物实例的认证标识和认证密钥c.单击“下发配置”，此时根云小智数据上云配置已经全部完成。"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③根云小智数据核查a.登录根云平台，单击“接入与建模”，打开实例菜单，单击打开“根云小智_物实例_设备”，查看根云小智是否上线,如图5-91所示。图5-91

查看根云小智是否上线"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b.验证“电机温度”数据采集是否正确。“电机温度”是PT100热电阻的温度信号，将热源靠近PT100热电阻即可触发温度输出信号，故在初始状态下，“电机温度”的值为恒定的，如图5-92所示。图5-92

查看“电机温度”的初始值"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，用手握紧PT100热电阻传感器，用人体体温触发PT100热电阻温度输出信号，根云小智检测到IO4端口有模拟电流信号输入，自动进行模拟量采集，同时按照固定周期时间上报数据到根云平台。此时打开“根云小智_物实例_设备”，查看“电机温度”的值是否发生变化，如图5-93所示。图5-93

查看“电机温度”的值是否发生变化"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d.通过重复执行上述步骤可得，当用手握紧PT100热电阻传感器时，根云小智检测到IO4端口有电流信号输入，自动进行模拟量采集，“电机温度”的值自动发生变化。经过多次测试验证，电机温度的值接近人体温度，如图5-94所示，故根云小智数据采集正确无误。图5-94

查看“电机温度”的值是否正确"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5.4.4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5.5：摇臂钻床电流采集"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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任务测验5.5.1任务说明根据项目计划，项目工程师吴郑需要对摇臂钻床的电流信号进行数据采集，具体任务如下：（1）使用工业无线终端，结合摇臂钻床工作特性，采集摇臂钻床的关键部件电流数据；（2）采集方式：加装电流变送器获取哑设备工作电流信号，使用根云小智的模拟量数据采集方式进行电流变送器数据的采集。"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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任务测验任务目标：素质目标（1）培养学生精益求精的工匠精神；（2）培养学生耐心细致的工作态度；（3）培养学生的社会责任感和全局意识。知识目标（1）了解摇臂钻床相关知识；（2）了解交流电流变送器相关知识；（3）了解模拟量转RS-RS485信号模块。能力目标（1）学会哑设备能耗分析；（2）学会使用根云小智采集模拟量信号；（3）学会使用配置根云小智数据上云。"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5.5.2相关知识1.摇臂钻床简介摇臂钻床是一种摇臂可绕立柱回转和升降，主轴箱在摇臂上作水平移动的钻床，外形如图5-95所示。它通过移动刀具轴的位置来对中，使得在加工大而重工件上的孔时非常方便。摇臂钻床能够用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。目前，市面上一些知名品牌，如沈阳一机、山东铭创等，提供了多种型号和规格的摇臂钻床供客户选择。图5-95

摇臂钻床"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.电流互感器电流互感器是依据电磁感应原理制成的，外形如图5-97所示。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量，二次侧不可开路。电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比K。电流互感器在额定电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比。图5-97

电流互感器"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.模拟量转RS485采集模块模拟量转RS485采集模块是一款将远程现场的模拟量信号采集至计算机的设备，外形如图5-98所示。模拟量转RS485采集模块采用工业接线端子，DIN导轨安装方式，适应工业现场使用。采用标准ModbusRTU协议，可以直接接入到基于Modbus通信的系统中使用，无需做大的改动。采用RS485总线作为通信线路，支持多个设备并联，可扩展性好，方便灵活配置。图5-98

电流互感器"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5.5.3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）根云小智1台（4）电流互感器1个（5）香蕉插头测试线4条"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．铣床作业时间采集实施步骤（1）步骤1：确定采集方式在工业现场的数据采集场景中，经常通过外加传感器，采集并监测设备的生产设备的关键参数。经过现场调研，本任务采集的是设备的关键参数电流信号，需要外接电流互感器检测生产设备的电流。"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：电气连接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.电流变送器输出模拟信号类型是4-20mA型的模拟量信号，电流变送器的信号输出端口已经集成在右上方端子排，只需要用香蕉插头测试线插入电流变送器信号输出端口（标号为：电流-OUT），另一条插入根云小智