摘 要：數(shù)據(jù)的采集和云端存儲是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用，文章介紹了利用Modbus工業(yè)總線協(xié)議進行數(shù)據(jù)采集的方法，開發(fā)了基于Go語言的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，解決工業(yè)設(shè)備海量數(shù)據(jù)的采集和存儲問題，該系統(tǒng)使工業(yè)數(shù)據(jù)的采集不依賴于網(wǎng)關(guān)等特定硬件設(shè)備，減少了企業(yè)進行智能化改造的成本，數(shù)據(jù)可視化的呈現(xiàn)也為企業(yè)進行生產(chǎn)優(yōu)化和決策提供了依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng);Go語言;數(shù)據(jù)采集

　　1 引言(Introduction)

　　隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，工業(yè)設(shè)備的智能化程度越來越高，然而設(shè)備的通訊受限于不同設(shè)備的物理鏈路、各種不同的協(xié)議，因此大多數(shù)數(shù)據(jù)不能互聯(lián)互通。同時，現(xiàn)有的SQL(Structured Query Language)數(shù)據(jù)庫也很難適應(yīng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中時間序列數(shù)據(jù)的存儲特點，使得數(shù)據(jù)的存儲和查詢效率很低。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要集中在生產(chǎn)和服務(wù)方面的應(yīng)用，往往會涉及能源、交通、工業(yè)控制等質(zhì)量較高的設(shè)備和資產(chǎn)，對運行安全提出了更高的要求[1，2]。文章介紹了一種新型的利用Modbus工業(yè)總線現(xiàn)場協(xié)議[3-5]進行數(shù)據(jù)采集的方法，實現(xiàn)了在云端對邊緣設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集的功能。借助這種方法，工業(yè)數(shù)據(jù)的采集可以不依賴于具體硬件網(wǎng)關(guān)，減少使用成本，對于企業(yè)及時參與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有一定的啟示意義。

　　2 背景(Background)

　　目前，國內(nèi)外廠商對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集[6]措施，主要有兩種方案。一是利用嵌入式工業(yè)網(wǎng)關(guān)接入工業(yè)現(xiàn)場，或通過以太網(wǎng)，或通過串口，或通過OPC(OLE for Process Control)服務(wù)器等介質(zhì)進行數(shù)據(jù)采集。這種方式需要購買廠商的硬件設(shè)備，往往價格高昂，并且與設(shè)備廠商的平臺進行強綁定，不利于用戶開發(fā)，難以滿足個性化和定制化需求。優(yōu)點是對于要求不多的客戶，使用省心，不需要考慮很多，并且售后服務(wù)比較有保障。二是利用數(shù)據(jù)傳輸單元DTU(Data Terminal Unit)進行透明傳輸，將現(xiàn)場設(shè)備接入廠商云端，通過Socket方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。這種方式不需要購買或替換廠商的硬件網(wǎng)關(guān)，能直接利用用戶已有的設(shè)備，減少了硬件成本開銷。缺點是云服務(wù)價格取決于廠商，用戶的話語權(quán)減弱，且遷移數(shù)據(jù)受限制。

　　3 需求及解決方案(Requirements and solutions)

　　該系統(tǒng)主要實現(xiàn)在云端[7]對邊緣設(shè)備進行采集的功能，同時進行可視化的呈現(xiàn)。國內(nèi)做數(shù)據(jù)采集工業(yè)網(wǎng)關(guān)的廠家非常多，證明這個技術(shù)方向有一定的研究價值。本采集系統(tǒng)使用Modbus+MQTT+InfluxDB的技術(shù)方案，經(jīng)過驗證，技術(shù)上具有一定的可行性，可以滿足用戶的數(shù)據(jù)采集需求。

　　3.1 數(shù)據(jù)采集

　　用戶使用本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，首要的需求便是采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。這要求系統(tǒng)能夠支持用戶設(shè)備的通信協(xié)議[8]。經(jīng)過分析研究，Modbus TCP(Modbus Transmission Control Protocol)與Modbus RTU(Modbus Remote Terminal Unit)協(xié)議已經(jīng)能夠滿足用戶的基礎(chǔ)需求。另外，為了支持一些原始的串口協(xié)議，系統(tǒng)也加入了對于DTU透傳模塊的支持，經(jīng)過正確配置后也可以通過DTU模塊讀取下屬設(shè)備的數(shù)據(jù)。只有對協(xié)議的支持是遠遠不夠的。為了能夠方便用戶的操作配置，系統(tǒng)的配置文件一定要清晰明了，不使用戶感到迷惑。因此系統(tǒng)選用的JSON格式作為配置格式，既方便用戶閱讀和修改配置，也便于程序讀取和解析。

　　3.2 數(shù)據(jù)存儲

　　在滿足用戶的采集需求后，另一個問題便是數(shù)據(jù)存儲問題。由于時序數(shù)據(jù)的天然特殊性，SQL類數(shù)據(jù)庫并不適合存儲該類數(shù)據(jù)。因此本系統(tǒng)選用時序數(shù)據(jù)庫中性能較為優(yōu)異的InfluxDB數(shù)據(jù)庫作為存儲方案，為如何收集數(shù)據(jù)，如何存儲數(shù)據(jù)，如何處理和監(jiān)視數(shù)據(jù)，以及如何可視化數(shù)據(jù)提出了合適的解決方案。另外，系統(tǒng)還提供了備選方案，如存儲到MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)中，后面接入消息隊列，可以進一步處理;用戶也可以選擇直接存入云廠商數(shù)據(jù)庫，例如，百度云天工TSDB數(shù)據(jù)庫。

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