摘 要：數(shù)據(jù)的采集和云端存儲(chǔ)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，開(kāi)發(fā)了基于Go語(yǔ)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(chǔ)問(wèn)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(jìn)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(jìn)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(yǔ)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(lái)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(shí)，現(xiàn)有的SQL(Structured Query Language)數(shù)據(jù)庫(kù)也很難適應(yīng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中時(shí)間序列數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)特點(diǎn)，使得數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)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(huì)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(duì)運(yùn)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(chǎng)協(xié)議[3-5]進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，實(shí)現(xiàn)了在云端對(duì)邊緣設(shè)備進(jìn)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(duì)于企業(yè)及時(shí)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(guó)內(nèi)外廠商對(duì)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(chǎng)，或通過(guò)以太網(wǎng)，或通過(guò)串口，或通過(guò)OPC(OLE for Process Control)服務(wù)器等介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這種方式需要購(gòu)買廠商的硬件設(shè)備，往往價(jià)格高昂，并且與設(shè)備廠商的平臺(tái)進(jìn)行強(qiáng)綁定，不利于用戶開(kāi)發(fā)，難以滿足個(gè)性化和定制化需求。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)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(jìn)行透明傳輸，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入廠商云端，通過(guò)Socket方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。這種方式不需要購(gòu)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(kāi)銷。缺點(diǎn)是云服務(wù)價(jià)格取決于廠商，用戶的話語(yǔ)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(shí)現(xiàn)在云端[7]對(duì)邊緣設(shè)備進(jìn)行采集的功能，同時(shí)進(jìn)行可視化的呈現(xiàn)。國(guó)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(gè)技術(shù)方向有一定的研究?jī)r(jià)值。本采集系統(tǒng)使用Modbus+MQTT+InfluxDB的技術(shù)方案，經(jīng)過(guò)驗(yàn)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(shí)，首要的需求便是采集現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(duì)于DTU透?jìng)髂K的支持，經(jīng)過(guò)正確配置后也可以通過(guò)DTU模塊讀取下屬設(shè)備的數(shù)據(jù)。只有對(duì)協(xié)議的支持是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(chǔ)

　　在滿足用戶的采集需求后，另一個(gè)問(wèn)題便是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問(wèn)題。由于時(shí)序數(shù)據(jù)的天然特殊性，SQL類數(shù)據(jù)庫(kù)并不適合存儲(chǔ)該類數(shù)據(jù)。因此本系統(tǒng)選用時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)中性能較為優(yōu)異的InfluxDB數(shù)據(jù)庫(kù)作為存儲(chǔ)方案，為如何收集數(shù)據(jù)，如何存儲(chǔ)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(chǔ)到MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)中，后面接入消息隊(duì)列，可以進(jìn)一步處理;用戶也可以選擇直接存入云廠商數(shù)據(jù)庫(kù)，例如，百度云天工TSDB數(shù)據(jù)庫(kù)。

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