工业数据采集与标识解析 课件2.1 智能IO数据采集

项目二生产过程数据采集任务2.1智能IO数据采集针对自动供料单元、智能分拣单元、智能仓储单元等工业生产过程中需采集的设备本地层的数据，应用远程IO模块进行数据采集与控制。远程IO可以理解为PLC控制器的扩展模块，用于采集传感器数据或控制设备工作。通过系统搭建、程序编写、调试优化，完成数据的采集与控制，并在控制系统中进行实时显示。2.1.1任务要求1.任务要求（1）什么是数据采集数据采集（DataAcquisition,DAQ）是指通过传感器、数据采集设备等手段，从外部环境或系统中获取数据，并将这些数据转换为计算机可以处理的数字信号，以供后续的分析、处理和应用。数据采集在工业互联网中是实现设备监控、故障诊断、生产优化等功能的基础。1.数据采集基本概念与意义2.1.2知识准备1）模拟量模拟量是指可以在一个连续范围内取值的量，通常用连续的电压或电流信号表示。典型的模拟量有温度、压力、流量等。模拟量信号的特点是连续性，即在一定范围内，信号可以取任意值。2）数字量数字量是指只能在有限的离散值（通常是二进制的0和1）中取值的量。数字量信号的特点是离散性，即信号只能取预定义的有限几个值。3）开关量开关量是一种特殊的数字量，它只有两个状态：开（ON）和关（OFF），对应二进制的1和0。开关量通常用于表示设备的工作状态、限位开关、按钮等简单的控制信号。1.数据采集基本概念与意义2.1.2知识准备（2）工业数据采集的意义工业数据采集在现代工业中的应用已经成为提升企业竞争力的重要手段。它不仅帮助企业实现生产过程的优化和智能化，还为企业提供了科学决策的基础，推动了工业互联网和智能制造的发展。通过不断完善和应用数据采集技术，企业可以在激烈的市场竞争中脱颖而出，实现更高的经济效益和社会效益。工业数据采集在现代工业生产中具有极其重要的意义。以下是工业数据采集的主要意义：1.数据采集基本概念与意义2.1.2知识准备2.1.2知识准备（1）模拟量、数字量和开关量的区别与联系1）区别：①模拟量是连续的，表示的是一个范围内的所有可能值；数字量和开关量是离散的，只能表示有限的几个值。②开关量是数字量的一种特殊形式，只有两个取值（开和关）。2）联系：①模拟量可以通过模数转换器（ADC）转换为数字量，以便计算机处理。②数字量和开关量都是以二进制形式存在的，可以直接被计算机识别和处理。2.数据处理基础2.1.2知识准备（2）数据采集中的处理1）模拟量处理：①需要模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。②处理过程中需要考虑信号的放大、滤波和校准。2）数字量处理：①可以直接输入计算机或PLC进行处理。②处理过程中需要考虑信号的防抖动和去噪。3）开关量处理：①通常用于控制和状态监控，处理相对简单。②处理过程中需要考虑信号的可靠性和响应速度。2.数据处理基础2.1.2知识准备常见的工业数据采集方式有3种，分别是直接联网通信、工业数据网关采集和远程IO模块采集。3.工业数据采集的方式2.1.2知识准备（1）直接联网通信直接联网通信是指通过将工业设备（如传感器、PLC、工业PC等）直接连接到企业的网络（如以太网、无线网络）中，从而实现数据的实时采集和传输。1）特点实时性高：直接联网通信可以实现数据的实时传输，适用于需要实时监控和控制的场景。简单快捷：无需额外的中间设备，连接简单，配置方便。高带宽：可以传输大量数据，适合高频数据采集。3.工业数据采集的方式2.1.2知识准备2）应用场景智能工厂：设备之间的实时通信和数据共享。自动化生产线：需要高实时性的数据传输和控制。远程监控：通过网络远程监控设备状态和生产过程。3）优缺点优点：实时性高、连接简单、易于集成。缺点：对网络环境要求高，易受网络故障影响，网络安全风险较高。3.工业数据采集的方式2.1.2知识准备（2）工业数据网关采集工业数据网关是专门用于连接和传输工业数据的设备，它可以将不同协议、不同类型的工业设备数据统一采集、处理，并传输到上位系统。1）特点多协议支持：支持多种工业协议（如Modbus、OPCUA、PROFINET等），实现异构设备的数据采集。数据处理：具有边缘计算能力，可以在本地处理数据，减少数据传输量，提高效率。安全性高：具备数据加密、身份认证等安全功能，保障数据传输安全。3.工业数据采集的方式2.1.2知识准备2）应用场景异构设备集成：工厂中存在多种不同协议的设备，需要统一采集数据。边缘计算：需要在数据源头进行预处理、过滤和分析。工业物联网：将工业设备数据上传至云平台，实现远程监控和管理。3）优缺点优点：支持多协议、数据处理能力强、安全性高。缺点：设备成本较高，配置和维护需要一定技术水平。3.工业数据采集的方式2.1.2知识准备（3）远程IO模块采集远程IO模块是一种分布式数据采集设备，通过总线（如Ethernet/IP、ModbusTCP）与主控制器或计算机连接，实现远距离、多点的数据采集。1）特点分布式采集：可以在大范围内分布安装，适用于大面积、多点的监控场景。模块化设计：支持多种类型的输入输出（如模拟量、数字量），灵活配置。稳定可靠：设计坚固，适应工业环境，抗干扰能力强。2）应用场景大范围监控：如大型工厂、仓库、管道等需要多点数据采集的场所。环境监测：需要在不同地点采集环境数据（如温度、湿度、压力等）。远程控制：实现对远程设备的控制和监测。3.工业数据采集的方式2.1.2知识准备3）优缺点优点：分布式采集、模块化设计、适应性强。缺点：需要布设通信网络，初期投资较高，安装和维护较复杂。3.工业数据采集的方式2.1.2知识准备远程IO系统是一种用于工业自动化的数据采集和控制系统，采用分布式布局方式，通过网络将远程安装的IO模块与主控制器（如PLC、DCS或SCADA系统）连接，实现数据的实时采集和控制信号的传输。4.远程IO系统概述2.1.2知识准备（1）组成部分1）远程IO模块①输入模块模拟量输入模块：用于采集连续变化的信号，如温度、压力、流量等，通常通过传感器将物理量转换为电压或电流信号。数字量输入模块：用于采集离散信号，如开关状态、按钮状态等，通常以二进制形式表示。②输出模块模拟量输出模块：用于输出连续变化的控制信号，如控制阀门的开度、电机的速度等。数字量输出模块：用于输出离散的控制信号，如控制继电器、开关等。组合模块：有些模块集成了输入和输出功能，便于特定应用的需求。4.远程IO系统概述2.1.2知识准备2）通信接口有线通信接口：如Ethernet/IP、ModbusTCP、PROFINET等，用于稳定可靠的数据传输，适合工业环境。无线通信接口：如Wi-Fi、Zigbee、LoRa等，用于远程和难以布线的场所，提供灵活的部署选项。3）主控制器通常是PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）或SCADA（监控与数据采集系统），负责集中管理、处理和分析采集到的数据，并进行相应的控制操作。4）电源供应提供稳定的电源给远程IO模块和通信接口，保障系统的正常运行。电源通常采用工业标准的24VDC电源。4.远程IO系统概述2.1.2知识准备（2）特点1）分布式布局远程IO系统可以在广泛的地理区域内灵活分布，适用于大型工厂、仓库、管道等需要多点数据采集和监控的场景。2）模块化设计系统由多个模块组成，可以根据需求灵活配置不同类型和数量的IO模块，支持多种信号类型（如模拟量、数字量）。3）高可靠性和稳定性远程IO模块设计坚固，能够适应工业环境中的恶劣条件，具有良好的抗干扰能力和高可靠性。4.远程IO系统概述2.1.2知识准备4）实时性系统能够实时采集和传输数据，满足工业过程的实时监控和控制需求。5）易于维护模块化设计使得系统维护和扩展方便，出现故障时可以快速更换故障模块，减少停机时间。4.远程IO系统概述2.1.2知识准备（3）应用场景1）大范围监控适用于需要在大范围内进行多点数据采集和监控的场景，如大型工厂、仓库、输油管道、输气管道等。2）环境监测在分布式环境监测系统中，远程IO模块用于采集各种环境参数（如温度、湿度、压力、气体浓度等），实现环境状态的实时监控和数据记录。3）远程控制实现对远程设备的实时监控和控制，广泛应用于水处理厂、石油天然气管道、输配电系统等领域，通过远程IO模块，可以控制阀门、泵、电机等设备。4.远程IO系统概述2.1.2知识准备4）生产过程监控在制造业生产线上，远程IO模块用于采集生产过程中的各种数据（如设备状态、工艺参数等），实现对生产过程的实时监控和优化。4.远程IO系统概述2.1.2知识准备（4）优缺点1）优点：灵活性高：远程IO系统可以灵活分布在不同位置，适应多点、多区域的数据采集和控制需求。高可靠性：系统设计坚固，能够适应恶劣的工业环境，具有较强的抗干扰能力。实时性好：系统能够实现实时数据采集和传输，满足工业过程的实时监控和控制要求。易维护：模块化设计使得系统的维护和扩展非常方便，减少了停机时间和维护成本。4.远程IO系统概述2.1.2知识准备2）缺点：初期投资高：需要布设通信网络，硬件成本较高，初期投资较大。安装复杂：系统的安装和调试需要专业的技术人员，系统集成相对复杂。网络依赖：系统对网络的依赖较高，网络故障可能影响数据采集和控制的正常运行。4.远程IO系统概述2.1.3任务实施（1）硬件准备1.任务准备数量名称型号数量备注1远程IOEX-11101GSD文件2PLCS712001

3交换机8口交换机1配套网线（2）软件准备序号名称型号数量备注1博途V1612.1.3任务实施（1）远程IO模块GSD文件管理2.系统安装远程IO的GSD文件导入至博途软件中①打开任意博途项目，选择GSD文件管理。2.1.3任务实施（1）远程IO模块GSD文件管理2.系统安装②安装远程IO模块的GSD文件。2.1.3任务实施（2）远程IO模块组态与参数配置2.系统安装①远程IO模块的硬件组态，将硬件EX-1110从硬件目录中添加到网络视图中，并进行网络连线。2.1.3任务实施（2）协议转换网关组态与参数配置2.系统安装②根据实体设备机架（供料站）进行输入输出拓展模块硬件组态：DI：EX_210H_1EX_2108_1RELAY:EX_3208_12.1.3任务实施3.系统编程I2.0为远程IO模块输入信号2.1.3任务实施4.系统调试（1）下载程序并更改设备名称2.1.3任务实施4.系统调试（2）在线监控将料块放入A库物料检测，读取I2.0远程IO的数字输入信号，信号为1后黄灯亮。

2.1.3任务实施5.验收优化针对自动供料单元、智能分拣单元、智能仓储单元等工业生产过程中需采集的设备本地层的数据，本任务应用远程IO模块进行数据采集与控制。远程IO模块作为PLC控制器的扩展，通过系统搭建、参数配置、程序编写、调试优化等步骤，实现传感器数据的准确采集和设备的精确控制。最终，数据在控制系统中进行实时显示，确保系统稳定性、数据准确性和响应速度，提升生产过程的自动化和智能化水平。2.1.4

拓展任务可购买支持PROFINET或MODBUS-TCP协议的传感器，接入远程IO模块，并将其连接到PLC主站。通过配置通信参数（如IP地址、站号、波特率等）和编写PLC程序，实现传感器数据的采集和执行器的控制。通过系统搭建、程序调试和优化，确保数据采集的准确性和控制的实时性，并在HMI或SCADA系统中进行实时显示和监控，完成工业生产过程中设备数据的采集与控制。2.1.5课后习题1.判断题（1）远程IO模块可以通过以太网、无线通信等方式与PLC主站连接，实现分布式数据采集和控制。（✓）（2）远程IO系统只能