《工业数字孪生建模与应用》课件 项目二 接入配置物联设备.pptx

任务一创建模拟硬件 项目二接入配置物联设备《工业数字孪生建模与应用》

项目引入数字孪生有实时双向连接的特征，意味着物理设备需要接入网络，才能实现与数字孪生体之间进行数据双向实时同步。而设备接入网络的过程及状态，称之为设备物联。本项目的工作内容是企业生产数字孪生改造工程的第一步，也就是把加工生产线包含的设备进行设备物联接入，之后才能进行数字孪生建模工作的开展。请你思考，作为一名数字孪生建模工程师，设备如何接入工业数字孪生建模平台？接入平台需要配置哪些信息？

项目引入【知识目标】了解设备物联的结构；了解常用的工业通信协议；了解常用的物联网通讯协议熟悉物联网关的作用及功能；熟悉网关连接设备（南向）的主要方式及各自适用场景；熟悉网关连接网络（北向）的主要方式及各自适用场景。【技能目标】能使用工业数字孪生建模平台硬件设备模块完成指定设备及网关创建与接入配置；能配置网关南向通道及点表参数，实现网关与硬件设备数据传输交互；能配置网关北向连接及点表映射，实现网关与云端平台数据传输交互；能下发配置实现网关与设备联通。

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任务说明本任务要求熟悉工业设备物联接入的主要方式、物联网关的作用及功能，并能使用工业数字孪生建模平台上的硬件设备模块完成指定设备及网关创建与接入配置。

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知识准备万物互联，万物皆可数字化可物联的工业设备工业是立国之本、强国之基，新中国成立70多年来，中国工业走过了发达国家几百年的工业化历程。根据世界银行数据，2010年中国制造业增加值超过美国成为第一制造业大国。在工业体系方面，现代的工业体系中，所有工业门类可以分为39个工业大类，191个中类，525个小类，而中国已成为全世界唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家。全球500多种主要工业产品当中，中国有220多种工业产品的产量占居全球第一。而所有工业门类中涉及的生产和非生产设备，都可以进行物联，建立数字孪生体，举例如下：门类设备开采设备煤炭、石油等大型开采设备，计量水、电、油、气的仪表等特种车辆挖掘机、农用机械、消防车、环卫车、消防车、老年代步车特种设备电梯、起重机械工业设施污水处理站、空压站工厂设备工业机器人、机床、注塑机、压力机仓储物流运输车辆、叉车、AGV小车、立体货架

知识准备设备物联结构一台设备要实现物联，接入工业互联网平台，整体结构大体上分为三个层次，分别是设备层，网络层和平台层，如图所示：

知识准备设备物联结构平台层工业互联网平台，负责接收和处理设备发送的数据，同时将用户下发的指令发送至设备层。工业互联网平台一般包含IoTHub和数字孪生建模功能。网络层设备接入数字孪生平台所采用的网络服务，常见的有以太网、WiFi、移动通信网络（2G/4G）等。设备层即设备本身，包含了机械部件、动力部件和控制部件等。从设备采集数据，向设备下发指令，一般是与设备的控制部件，也就是常说的控制器进行连接的。设备层除设备本身外，一般还会包含物联网关。

知识准备物联网关介绍除了一些特别设计加装了网络模组的设备可以直接接入工业互联网平台外，绝大多数工业设备，特别是老旧设备，都不具备直接联网的基础，这些无法直接联网的设备要实现设备接入工业互联网平台，就需要借助物联网关。物联网关就是设备与工业互联网平台之间的桥梁，它一端连接设备，另一端连接工业互联网平台。物联网关既能理解“设备的语言”（工控协议），也能把“设备的语言”翻译成物“联网平台的语言”（物联网协议）并发送至工业互联网平台，反之亦然。因此物联网关是设备与工业互联网平台之间实现双向连接的关键要素。物联网关如图所示。

知识准备物联网关的主要功能物联网关是一款采用嵌入式硬件的计算机设备，具有多个下行通信接口，用于连接设备，一个或者多个上行网络接口，用于连接工业互联网平台。行业内，按照上北下南，把连接设备这一侧的接口，称之为南向接口，把连接网络这一侧的接口称之为北向接口。物联网关能够实现桥梁作用的关键，就是具有协议转换功能，这是物联网关最核心最重要的功能。此外，针对不同的应用场景，物联网关还能有存储功能、安全管理、设备管理、网关配置、空中升级（OTA）等功能。随着技术的发展和应用的深入，目前有越来越多的网关具备数据分析处理功能，也就是边缘计算能力。

知识准备物联网关的主要功能-（1）协议转换功能协议转换功能是物联网关能够实现搭建桥梁的关键。设备使用的控制器（如工控机、PLC等）一般都采用私有的，或专用的工控协议，比如常见的标准工控协议有：Modbus、ProfiBus、OPCUA和BACnet等，网关与设备连接时，需要对这些协议进行解析。而北向连接互联网，使用的一般是物联网协议，如MQTT、COAP等协议，网关需要将从设备获取的数据封装为物联网协议所需的数据包格式，才能发送到工业互联网