现实信号：如温度、湿度、压力、电磁场、图像、声音等模拟信号通过传感器、放大器、滤波器等预处理后，经过A/D（模数转换）变成数字信号，经过串口，或者USB口，或者网口，将数字信号输入计算机，计算机接收到这些数字信号（也可叫数据）后将其保存、显示以及一系列处理。工业物联网数据采集流程图：

其中包含三个主要内容：1数据采集 & 2传感器 & 3软件

信号采集分析 = 算法 + 人机交互分析 = 数值计算 + 信号处理 + 图像处理+统计分析 + 可视化+数据管理 + 分析报告；

本文将通过如何将现实信号转化为数字信号，再到用软件实现监测数据及展现数据。

数据采集篇

制造业大数据采集方法分类

大数据的采集是指利用多个数据库或存储系统来接收发自客户端（Web、App 或者传感器形式等）的数据。例如，电商会使用传统的关系型数据库 MySQL 和 Oracle 等来存储每一笔事务数据，在大数据时代，Redis、MongoDB 和 HBase等 NoSQL 数据库也常用于数据的采集。

数据采集软件包括两类：

1、下位机软件（与硬件相关）

下位机软件的功能主要是A/D，数字滤波，实时处理，数据传送，多数用C语言实现。

2、上位机软件

上位机软件主要完成数据收集、保存、显示以及处理、分析等，可实现的语言，如C++,C#,VB,JAVA等。

制造业数据的采集主要特点和挑战是并发数高：因为同时可能会有成千上万的数据需要采集。所以在采集端需要部署大量数据库才能对其支撑。

根据数据源的不同，大数据采集方法也不相同。但是为了能够满足大数据采集的需要，大数据采集时都使用了大数据的处理模式，即 MapReduce 分布式并行处理模式或基于内存的流式处理模式。

制造业大数据采集方法有以下几大类：

1、数据库采集

传统企业会使用传统的关系型数据库 MySQL 和 Oracle 等来存储数据。

2、系统日志采集

高可用性、高可靠性、可扩展性是日志收集系统所具有的基本特征。系统日志采集工具均采用分布式架构，能够满足每秒数百 MB 的日志数据采集和传输需求。

3、感知设备数据采

感知设备数据采集是指通过传感器、摄像头和其他智能终端自动采集信号、图片或录像来获取数据。

大数据智能感知系统需要实现对结构化、半结构化、非结构化的海量数据的智能化识别、定位、跟踪、接入、传输、信号转换、监控、初步处理和管理等。其关键技术包括针对大数据源的智能识别、感知、适配、传输、接入等。

传感器篇

传感器是数据采集的入口，是物联网、智能工业、智能设备、无人驾驶等的“心脏”。

按照不同的划分方式，传感器可以被分为不同的类别。例如按照被测的非电物理量划分，可以分为压力传感器和温度传感器等。

按照将非电物理量转换为电物理量时的工作方式划分，可以分为能量转换型（工作时不需要额外 的能量接入）和能量控制型（工作时需要额外的能量接入）等。

按照制造工艺：分为陶瓷传感器和集成传感器等。

随着物联网的发展，传感器的种类将会越来越丰富，就当前而言，主要运用到的传感器有如下几类：

1、影像传感器

影像传感器(Image Sensor)可从一整幅图像捕获光线的数以千计图元，基本原理是透过光电效应将光线能量转换成电荷，光线越强电荷越多，这些电荷就成为判断光线强弱的依据。

影像传感器应用领域包括工业自动化应用，像是检验、计量、测量、定向、瑕疵检测。未来技术发展方向将朝更低耗电量、更广光线波长撷取范围、更高精密度检测辨识、更快检测辨识速度等迈进。

2、压力传感器

压力传感器(Pressure Sensor)是检测气体或液体之压力强度，并将压力强度转换成输出信号；已广泛应用于各种工业自动控制环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自动控、航空航太等。未来技术将朝更微型MEMS 腔体结构设计、更高灵敏度检测能力发展。

3、位置传感器

位置传感器(Position Sensor)主要应用于机器人控制系统，如线性编码器、旋转编码器、伺服马达等；技术发展是朝更高精确度控制、加速度感测控制、更微型MEMS腔体结构设计方向前进。

4、位移传感器

位移传感器(Level Sensor)，又称为线性传感器，分为电感式位移传感器、电容式位移传感器、光电式位移传感器、超音波式位移传感器、霍尔式位移传感器；主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。技术发展朝更微型MEMS腔体结构设计、非接触检测技术开发、数位式检测技术开发、更高精确度控制等方向演进。

5、力量传感器

力量传感器(Force Sensor)是用来检测气体、固体、液体等物质间相互作用力的传感器，多应用在力度检测，如机器人手臂抓取物件力度大小的控制。技术发展朝更低耗电量、更快的检测反应时间、更高精确度检测辨识等方向前进。

6、气体传感器

气体传感器(Gas Sensor)能针对可燃性气体、毒性气体成分进行测定，并将其转换成输出信号，可用于工业自动化、矿产资源探测、气象观测和遥测、生鲜保存、防盗、节能等领域。技术发展朝更快的监测反应时间、更短的监测距离、更多气体类型连续监测等方向精进。

7、半导体传感器

半导体传感器(Semiconductor Sensor)系利用半导体材料各种物理、化学和生物学特性制成的传感器。应用领域涵盖工业自动化、遥测、工业型机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程、生物工程等。技术发展朝更微型MEMS腔体结构设计、更高灵敏度检测能力、降低制造成本等方向迈进。

8、光纤传感器

光纤传感器(Fiber Optic Sensor)可将来自光源的光经过光纤送入调制器(Modulator)，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，称为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。主要用于工业自动化领域，像是磁力、声波、压力、温度、加速度、陀螺仪、位移、液体、转矩、声光、电流及应变力等物理量之检测。技术发展朝更短监测距离、提高量测光能量强度的准确性等方向精进。

SCADA软件‍

数据分析可视化 = 数据处理算法 + 统计分析 + 波形 + 图形 + 图像+动画；

信息处理与分析 = 数据+时间序列 + 信号 + 图像 处理与分析 + 统计分析 + 数据管理。

1、SCADA系统的意义

SCADA是Supervisory ControI And DataAcquiSition System 的缩写，是对分布距离远，生产单位分散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统。

了解生产情况是实施科学生产的基础，如果生产过程分布很近，可以采用就近控制的办法，接线-监视-控制，对于复杂的过程生产采用DCS系统控制的比较多，采用PLC的或者专业控制器。

2、SCADA系统与其他系统的区别在于：

（1）分布区域广泛

（2）主站与控制对象距离远

（3）监控终端的工作条件苛刻

（4）通讯系统复杂多变

3、SCADA系统的构成

SCADA系统主要包括三部分组成，主站端，通讯系统和远程终端单元。

主站一般采用先进的计算机，有着良好的图形支持，现在采用PC计算机和WINDOWS系统居多，在历史上，曾经有很多系统采用UNIX系统和XWINDOWS图形界面。一个主站可能的分站数量从几十到几百、几千个不等。

通讯系统就非常复杂了，有线的包括音频电缆、载波电缆、光纤、电力载波等，无线的包括电台、卫星、微波等。

远程终端单元(RTU or TeleControl )的品种也很多，大的系统由很多机柜组成，小的系统可能就是一个小盒子。

4、SCADA的主站系统

SCADA系统的主站过去由很多著名的系统是基于UNIX操作系统家族和XWINDOW图形界面的。

随着计算机系统的发展，特别是PC机的发展，PC机和PC机上运行的操作系统在扮演着越来越重要的角色。

WEB服务器，是现在SCADA主站系统的一个流行趋势，只要用户装有浏览器软件，得到相应的授权，就可以访问相应的他关心的数据。

上层应用工作站，主要用于实时数据和历史数据的挖掘工作。在电力系统比如潮流分析，负荷预测，事故追忆，电网稳定性分析，能量管理等等。在自来水行业包括管网压力损耗分析，管网经济性分析，管网漏失分析等。在采油工程上，包括示功图显示，示功图分析，泵况分析，功图计产等等。

作为SCADA主站系统，大的系统可能有几十个上百个工作站，多个服务器。为了保证系统的可靠性，采用双前置系统，多服务器系统，两个网络。但是对于简单的SCADA主站系统可能就只有一台计算机，运行一套软件。

各种不同应用的SCADA系统，可以说大部分是相同的或者类似的。但是各个行业有各个行业的特点，每个行业所关心的东西不一样。比如电力行业非常关心每个线路电压电流功率，而对于自来水行业就不是特别关心这些数据，而关心管道的压力流量等。这样就形成了不同行业的系统。也有通用的人机界面使用，但是这种界面一般无法满足各个行业的特殊需要。

5、SCADA的通讯系统

SCADA通讯系统是最丰富多彩的，有很多通讯方式是很多人都没有听说过的。一般分类大体可以分为两类，有线和无线，但是随着通讯技术的发展，基于各种网络的通讯方式也发展很快，这种通讯方式很难归结到有线或者无线的范畴，所以也单独作为一类。

有线方式比较多：音频电缆，架空明线，载波电缆，同轴电缆，光纤，电力载波等。在有线上传输大体分为基带传输和调制传输，基带传输是在介质上传输的是数字信号，可能也要经过信号变化。调制解调传输要经过模拟数字变换的传输。很多介质既可以作为基带传输也可以作为调制传输。

无线方式主要包括: 电台、微波、卫星、光线、声波等手段。

网络方式是通讯系统架构在一个计算机网络之上，比如帧中继，ATM.，IP网，这种通讯方式可能是有线的也可能是无线的，甚至多次跨越无线和有线。其性能也明显区分于有线和无线系统。比如不用考虑误码，不用考虑报文的大小，不考虑系统的拓扑结构，但是网络的时延可能比较大。通过GPRS网络或者CDMA传输SCADA系统数据就是典型的例子。

精易会SCADA产品优势

1、支持千台以上设备连接，超高数据采集量

系统同时连接的设备数量超过1000台以上，可支持采集5W点以上。

2、支持大规模数据处理

系统处理数据收发量为日均数据量100G，峰值数据量15GB/H，数据展示不会出现卡顿。

3、灵活高效的数据存储

系统采用实时数据库，支持大数据量的高并发数据交互，多台服务器的数据自动冗余，不停机、在线扩容。

4、运维监控平台，状态实时掌握

全面一站式监控，对全厂设备状态、能耗等进行监控；

深度监控业务系统应用；

监控警告通知，弹框、语音提示等；

报表分析、趋势分析、定期生成设备故障和保养报表。