隨著科技的飛速發展，我們已然由工業1.0時代進入到工業4.0時代。在工業4.0時代，由于需求的快速變動以及人力成本上升，企業需要通過搭建數字工廠實現現場設備數據的采集、處理和分析，根據數據分析結果制定生產策略并下發到現場設備，從而實現企業的智能化生產。那么，什么是數字工廠？

數字工廠是在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式，在組成上主要分為設備層、執行層和決策層三個部分。設備層中的傳感器、智能儀表等設備負責提供生產數據，為決策層制定生產策略提供數據來源；設備層中的PLC等控制器負責執行決策層和執行層分發的生產計劃，對現場設備進行生產控制。執行層中的SCADA系統負責設備層數據的采集和監控，MES系統負責整個工廠的生產管理以及調度執行。決策層中的仿真系統和ERP系統負責根據分析和優化后的生產數據制定生產策略。

在數字工廠中，為了實現企業的智能化生產，往往需要基于設備層提供的數據源，對工廠的整個生產流程進行模擬，并將結果反饋給相關系統驗證其可行性，進而優化工廠生產過程，協助決策者制定最佳的生產策略。因此，設備層數據的采集對數字工廠至關重要。

一、物聯網數據采集難題

在數字工廠的建設過程中，往往需要通過物聯網技術采集工廠中各個生產環節的設備數據，并將這些物聯網數據匯聚于終端，進而實現整個工廠數據的互聯互通。然而，由于我國工業數據的發展還處于起步階段，工廠中還存在很多信息孤島，使得工廠物聯網數據的采集變得非常困難，其中主要存在以下幾個難題：

1.協議多樣性

由于現場的實際需要以及后期的產線升級，客戶往往需要購買西門子、三菱、歐姆龍等不同品牌的PLC，以及支持Modbus、OPC DA、OPC UA等不同協議的傳感器設備來保證生產工作的正常運行。設備協議的多樣性使得現場設備之間的聯系不夠緊密，進而增加現場數據的互聯互通的難度。

2.老舊設備數據的采集

隨著工業4.0的快速推進以及科技的飛速發展，越來越多的新技術逐漸應用于工業現場中。為了保證市場的競爭力，企業必然需要淘汰一些老舊設備，引入一些新設備來實現產線的升級。在升級改造過程中，如果繼續使用老舊設備，那么將會給企業帶來額外的維護成本；如果直接淘汰老舊設備，那么企業將會面臨巨大的開銷和折舊費用；如果混合使用新舊設備，那么由于新舊設備之間協議的不兼容，導致新舊設備無法進行數據交互，企業難以實現數據的統籌管理。

3. OT和IT的融和

在OT領域，現場設備支持的協議大部分都是Modbus、OPC、Profibus、EtherCAT等工業協議。但是在IT領域，IOT平臺和云平臺等平臺支持的是HTTP、MQTT等協議，協議的不一致性使得企業難以實現OT和IT的融和。

二、各類數據的采集方案

為了解決物聯網數據采集的難題，宏集提供了一系列的數據采集解決方案，幫助用戶高效、快速、可靠地實現工廠設備互聯以及信息共享。

1.PLC和傳感器數據的采集

面對現場支持多種協議類型的PLC和傳感器等設備，如何采集這些設備的數據并匯聚于管理終端？宏集EXOR多功能物聯網HMI/網關幫您實現現場PLC和傳感器等設備的數據采集與傳輸。

在數據采集和傳輸方面，宏集EXOR物聯網HMI/網關支持200+通訊協議，包括主流PLC協議以及現場總線協議，支持同時運行8種通訊協議，而且最多支持10000萬點數據，最大程度地幫助用戶采集現場多種類型設備數據；支持MQTT和OPC UA（客戶端和服務器）協議，實現PLC和傳感器等設備和云平臺、IOT平臺以及SCADA之間的數據交互；支持MySQL、PostgreSQL、MariaDB以及ODBC驅動的數據庫，實現數據的存儲和統籌管理。

在數據可視化和遠程監控方面，宏集EXOR物聯網HMI/網關預置2000+現代風格控件，支持趨勢、警報、配方、報表以及調度器等功能，幫助用戶實現可視化界面的繪制；內置Web、VNC、SSH以及SNMP等服務器，用戶通過Web瀏覽器以及VNC客戶端等工具實現可視化界面的遠程監控。

在設備控制方面，宏集EXOR物聯網HMI/網關集成了CODESYS PLC Runtime，通過擴展I/O模塊和通信模塊實現軟PLC功能，幫助用戶實現設備的邏輯控制。

在邊緣計算方面，宏集EXOR物聯網HMI/網關支持JavaScript腳本編寫，預置豐富的函數庫，幫助用戶實現KPI和OEE分析。

宏集EXOR物聯網HMI不僅僅是HMI，更是一款集數據采集和傳輸、數據可視化、邊緣計算以及軟PLC等功能于一體，具有物聯網網關功能的HMI。同時，宏集EXOR物聯網網關也具有HMI畫面，為客戶提供全面、可靠、高性價比的物聯網解決方案。

2. OPC數據的采集

上世紀九十年代，傳統OPC通信技術的誕生為不同生產商的工業設備通訊建立一整套開放的接口、屬性和方法標準集，進而實現了不同協議設備和上位機之間的通訊。盡管隨著OPC UA的快速發展，傳統OPC技術處于逐漸被淘汰的階段，但是企業現場中仍然有很多支持傳統OPC技術的設備，需要對其數據進行采集和存儲。為此，宏集提供了一種采集OPC數據并存儲到數據庫的解決方案——Cogent DataHub軟件，軟件整體架構如下圖所示。

在數據采集方面，宏集Cogent DataHub支持OPC DA、OPC UA和OPC AE等規范，進而幫助用戶采集現場設備中的實時數據和歷史數據；支持連接本地或遠程OPC服務器，并且支持同時連接多個OPC服務器，幫助用戶實現多設備的數據采集。

在數據存儲方面，宏集Cogent DataHub支持MySQL、SQL Server、Oracle等ODBC驅動的數據庫，最大程度地滿足客戶的數據存儲需求；支持OPC服務器和數據庫之間的雙向數據傳輸，而且支持網絡中斷后的重新連接以及數據恢復，防止出現由于通訊故障而導致數據丟失的現象。

在數據管理方面，宏集Cogent DataHub支持用戶自定義規則，實現關鍵標簽以及OPC服務器和數據庫通信狀態的監控，并支持郵件通知、數值覆蓋以及軟件服務啟停等執行動作，進而滿足客戶在實際應用中的多樣化需求。

通過宏集Cogent DataHub軟件，用戶可以對現場支持OPC協議的設備進行數據采集和存儲，為后續的數據分析和處理，以及整個現場設備的數據統籌管理打下堅實的基礎。

3. OPC UA數據的采集

傳統OPC通信是基于Windows系統的COM/DCOM技術，無法應用于Linux系統中，存在一定的局限性。此外，在通信前還需要對OPC客戶端和服務器進行復雜的DCOM配置，而且通信容易受到其他應用的影響，使得通信不穩定。為了傳統OPC存在的問題，OPC基金會開發出新一代OPC技術——OPC UA。隨著OPC UA技術的快速發展，越來越多的現場設備支持OPC UA，而且大量的OPC UA數據正在不斷產生。為了安全有效地存儲、檢索和管理OPC UA數據，越來越多的企業采用數據庫進行數據存儲，進而實現OPC UA數據的高效存儲和管理。為此，宏集提供了一種采集OPC UA數據并存儲到數據庫的解決方案——Cogent DataHub，功能架構如下圖所示。

在數據采集方面，宏集Cogent DataHub軟件同時連接的OPC UA服務器數量無限制，同時采集的OPC UA變量數量無限制。數據采集的實時性能表現中，網絡層面僅引入數微秒的附加延遲，高效、快速地幫助用戶完成大量OPC UA服務器數據的采集。對于支持傳統OPC的設備，可以使用宏集Cogent DataHub軟件實現傳統OPC和OPC UA的轉換。

在數據存儲方面，宏集Cogent DataHub軟件可以連接到任何符合ODBC標準的數據庫，將數據寫入任何數據庫表，并從任何表中查詢數據。其存儲和轉發功能確保在連接臨時中斷時不會丟失數據。

通過宏集Cogent DataHub軟件，用戶可以快速完成項目配置，完成現場OPC UA服務器設備以及支持其他協議設備的數據采集和存儲，為后續的數據處理和分析提供數據來源。

三、用戶案例

1.西門子/GE/安川PLC數據上傳到IOT平臺

客戶現場有西門子、GE、安川等多種品牌的PLC，客戶想要將這些PLC數據通過MQTT協議上傳到客戶自己開發的IOT平臺中，進而實現設備狀態參數的遠程監控?？紤]到客戶的實際需求，我們推薦客戶使用具有宏集EXOR物聯網HMI/網關功能的軟件方案——JMobile PC Runtime，該方案與物聯網HMI/網關（硬件方案）功能相同，部署在客戶的X86設備中，快速賦予原有X86設備物聯網HMI/網關功能，實現數據采集和傳輸。

通過配套的JMobile Studio組態軟件，客戶進行簡單配置便完成了PLC協議以及標簽參數配置，以及MQTT數據聚合策略以及推送策略的制定，實現了現場PLC數據和IOT平臺的數據交互。

2. 組態王OPC服務器數據存儲亞控數據庫

客戶上位機上裝有組態王軟件，并且已經配置好了OPC服務器功能，客戶想要把OPC服務器數據存儲到亞控數據庫?？紤]到客戶的實際需求，我們推薦客戶使用宏集Cogent DataHub軟件。

客戶首先在軟件上添加組態王OPC服務器，然后通過ODBC驅動連接客戶的亞控數據庫，并進行數據庫表格映射，最終實現組態王OPC服務器數據存儲到亞控數據庫。軟件配置簡單易上手，而且提供詳細的說明文檔，最快地幫助客戶實現軟件功能。

3. 多個OPC UA服務器數據存儲PostgreSQL數據庫

客戶現場有幾十臺OPC UA設備，現在想要采集這些設備數據并存儲在工控機中的PostgreSQL數據庫中，同時通過Grafana軟件實現數據庫數據的可視化。考慮到客戶的實際需求，我們推薦客戶使用宏集Cogent DataHub軟件。

通過軟件提供的Web配置界面以及我們提供的詳細操作文檔，客戶快速完成了OPC UA服務器及其數據變量的添加，宏集Cogent DataHub軟件和PostgreSQL數據庫之間連接，以及Grafana軟件和PostgreSQL數據庫的連接，實現了現場幾十臺OPC UA設備數據的采集、存儲和可視化。

總結

通過宏集提供的一系列物聯網數據采集方案，不僅可以解決由于現場設備協議多樣異構以及新舊設備協議不兼容導致的信息孤島問題，還可以將現場設備數據上傳到數據庫、IOT平臺以及云平臺，使得IT和OT的數據融和成為可能，進而幫助用戶實現數字工廠中物聯網設備的數據采集，推動了數字工廠的建設以及企業的智能化生產。

審核編輯 黃宇