用MQTT和边缘网关简化数据采集&为大数据和工业4.0做准备图片来源：CEChina作者|TravisCo

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作者 | Travis Cox
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在通往工业4.0的道路上，借助消息队列遥测传输（MQTT）之类的工具，扩展工业数据的访问和转换，可帮助用户从中获得更多收益。
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工业4.0 的一个主要方面是获取和分析大数据，将数据转化为可操作的信息，并使系统能够自行做出决策。尽管存在新技术，但大多数制造企业仍使用剪贴板和纸张来收集数据和信息。在很多情况下，多达90％的数据最终孤立的滞留在现场。若希望从工业4.0中获益，这将带来一定的挑战。
好消息是新技术可以在这方面提供帮助，用户只需采取几个简单的步骤，就可以为数据转换做好准备，包括访问更多数据、进行边缘计算、清理数据，对数据进行情境化处理以及标准化通用数据结构。
获取更多数据是工业4.0 的重要组成部分。工业的运营环境非常复杂，涉及数百种不同的协议、通信介质和传统设备的知识。数字化转型的实现必须是自下而上的实施，首先要优化运营技术（OT）。这需要以新的态度来保持系统的开放性、互操作性和安全性。第一步是以有效的方式获取所有的数据——能够在需要时从任何地方轻松访问数据。
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▎MQTT 的发布/ 订阅功能可简化通信，并有助于将轮询转移至网络边缘。图片来源：InductiveAutomation
数据访问的主要障碍之一是传统软件许可模式，它对每个标签或用户收费。这些模式无法扩展，阻碍了增长。此外，工业应用一直是封闭的、专有的，并且功能和连接性也有限制。今天，我们需要从根本上无限制的、开放的新模式。这些新模式可以释放新的扩展机会和更大的可扩展性。
【用MQTT和边缘网关简化数据采集&为大数据和工业4.0做准备】另一个挑战是新智能传感器和设备与现有旧设备融合之间的平衡。拥有同时支持两者的基础设施非常重要。它归结为一个关键概念：架构的变更。不再通过通讯协议将旧设备连接到应用，而是将设备与基础设施连接起来。需要提供一种即插即用、可靠且可扩展的OT 解决方案，以满足运营人员的需求。
“ 用户在进行数据分析之前，需要获得数据访问权，并确保数据有效、具有上下文信息，且是通用数据结构的一部分。 ”
开放和可互操作的架构这是一种基于消息队列遥测传输（MQTT）的新架构。 MQTT 是一种发布/ 订阅协议，启用了面向消息的中间件体系结构。在信息技术（IT）领域，这不是一个新概念；长期以来，企业服务总线（ESB）一直通过类似的总线的基础架构来集成应用程序。 MQTT 在异常事件发生时，设备数据会发布到本地或云端的MQTT 服务器。应用程序订阅MQTT 服务器以获取数据，这意味着无需连接到终端设备本身。 MQTT 具有以下优点：
? 开放标准/ 可互操作（OASIS 标准和Eclipse 开放标准（TAHU））；
? 设备与应用分离；
? 事件触发报告；
? 需要的带宽很少；
? 传输层安全；
? 远程发起连接（仅出站；无入站防火墙规则）；
? 状态感知；
? 数据单一来源；
? 自动识别标签；
? 数据缓冲（存储和转发）；
? 即插即用功能。
如何获得新的架构？答案是边缘计算和协议转换。假设有10 个Modbus 设备要连接到监控和数据采集（SCADA）系统。用户可以部署一个支持Modbus 和MQTT 的边缘网关，以使轮询更接近可编程逻辑控制器（PLC）。这样，用户就能够以更快的速度轮询更多信息，并在数值发生变化时将数值发布到中央MQTT服务器。还可以将SCADA 连接并订阅MQTT服务器以获取数据，而不是直接连接到终端设备。这是确保SCADA 系统面向未来的重要一步。当用户购买支持MQTT 的传感器或升级设备时， SCADA 无需了解终端设备即可获得数据访问权限。
帮助系统了解数据用户不仅需要访问数据，还需要确保数据有效，具有上下文信息，并且是通用结构的一部分（如果适用）。这是使用分析和机器学习之前的重要步骤。系统只有了解数据，才能正确使用数据。通常，新的传感器和设备已经具有这些功能。但是，对于老旧设备并非如此。有数百种需要映射和扩展的不同轮询协议。大多数PLC 的寻址方案都不容易理解。这些映射通常存在于SCADA 中，但是仍然缺少上下文知识，或者包含无效数据，或者不是标准数据结构。

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用MQTT和边缘网关简化数据采集&为大数据和工业4.0做准备