如何实现铨州智造中的设备互联互通？

Question

在铨州智造推进设备互联互通过程中，常见的技术问题是如何在异构设备、多协议环境下实现高效稳定的数据采集与通信？由于制造现场常涉及PLC、传感器、工业机器人等不同厂商设备，通信协议多样（如Modbus、OPC UA、PROFINET等），如何统一数据格式、实现协议转换与边缘计算协同，成为系统集成的关键挑战。

Answer 1

一、引言：异构设备互联互通的技术挑战

在铨州智造推进设备互联互通过程中，常见的技术问题是如何在异构设备、多协议环境下实现高效稳定的数据采集与通信。制造现场涉及PLC、传感器、工业机器人等不同厂商设备，通信协议多样（如Modbus、OPC UA、PROFINET等），这使得系统集成面临诸多挑战。

1.1 多协议环境下的设备通信难题

由于设备来自不同厂商，其通信协议存在差异，导致数据格式不统一、通信接口不兼容等问题。例如：

• PLC设备可能使用Modbus RTU或TCP协议
• 工业机器人常采用PROFINET或EtherCAT协议
• 传感器可能支持MQTT或CoAP等轻量级协议

1.2 数据格式标准化的缺失

在异构设备环境中，不同设备输出的数据结构和语义表达存在差异。例如，温度传感器可能以摄氏度为单位，而另一台设备可能使用华氏度。这种数据格式的不一致性增加了数据处理和分析的复杂度。

二、关键技术问题分析

为了解决上述问题，需要从以下几个方面深入分析：

2.1 协议转换与中间件设计

协议转换是实现异构设备通信的核心环节。通常采用中间件（如Edge Gateway）进行协议解析与转换。例如，使用OPC UA作为统一接口，将Modbus设备的数据转换为OPC UA标准格式。

// 示例：Modbus转OPC UA伪代码
function convertModbusToOpcUA(data) {
  const opcData = {
    temperature: data[0] / 10,
    pressure: data[1] * 0.1,
    timestamp: new Date()
  };
  return opcData;
}
  

2.2 边缘计算与数据预处理

在边缘侧部署计算节点，对采集到的数据进行实时处理与过滤，减少对云端的依赖。边缘计算可以实现：

1. 数据清洗与异常检测
2. 本地缓存与断网续传
3. 实时数据分析与预警

2.3 统一数据模型与语义映射

构建统一的数据模型（如采用RAMI4.0或工业数字孪生标准），并通过语义映射实现设备数据的标准化表达。例如：

设备类型	原始字段	标准化字段	单位
温度传感器A	temp_raw	temperature	°C
压力传感器B	press_val	pressure	kPa

三、典型解决方案架构

为实现高效稳定的数据采集与通信，可采用如下系统架构：

graph TD
    A[设备层] -->|Modbus, PROFINET, MQTT| B(边缘网关)
    B --> C{协议解析}
    C -->|OPC UA| D[数据中台]
    C -->|JSON| E[云端平台]
    D --> F[统一数据模型]
    E --> G[可视化与分析]

3.1 边缘网关部署

在边缘部署具备协议转换能力的网关设备，支持Modbus、OPC UA、PROFINET等协议的接入，并进行数据格式标准化。

3.2 中央数据中台构建

建立中央数据中台，统一管理来自不同边缘节点的数据流，支持数据清洗、聚合、缓存等功能。

3.3 云端平台集成

将处理后的数据上传至云端平台，支持远程监控、大数据分析、AI建模等高级应用。