2. 设备端数据采集流程：采集点定义、传感器选型规范、数据格式约定、采集频率设定
适用场景
- 工业现场设备（电机、泵、阀、输送带）的实时状态监测与工艺参数采集。
- 环境监测站点（温度、湿度、气压、PM2.5、噪声等）的多点连续采集。
- 设备预测性维护系统需要高频振动、温度等信号输入。
- 老旧设备升级改造时，需要针对新增测点进行标准化数据采集。
前置条件
- 已完成设备端物理安装和供电/网络基础布线（有线以太网 / 4G / 5G / LoRaWAN）。
- 已明确采集点位置及被测介质（气体、液体、固体、振动等）。
- 已准备传感器固定支架、信号调理模块、数据采集卡或边缘计算网关。
- 已确定采集系统所需安全区域等级（防爆、防水、防尘等）。
操作步骤
以下流程以振动监测为例，适用于通用设备端数据采集。其他物理量（温度、压力、流量等）可参照调整。
- 采集点定义：基于设备结构图，标记关键轴承座、齿轮箱啮合点、泵进出口法兰等测点，输出采集点位编号（如 VIB-01-A-01）。
- 传感器选型：根据测点特性（频率范围、量程、环境温湿度、安装螺纹尺寸）选择 MEMS 加速度计、压电式或电容式传感器，输出选型对比表。
- 数据格式约定：定义帧结构（时间戳、设备ID、通道号、值、质量标志），选择传输协议（Modbus TCP / MQTT / OPC UA）并配置消息报文字段。
- 采集频率设定：依据奈奎斯特定理及信号特征确定采样率（如振动常用 2560 Hz / 5120 Hz），设置有效采集时长与上传间隔。
- 协议验证与空跑测试：在离线环境下模拟数据发送，检查格式、值域、时间戳对齐。
要点：采集频率并非越高越好。高频带来数据量、功耗、传输成本直线上升，应与后端分析需求匹配。
输入输出物
| 类型 | 名称 | 格式 / 载体 |
|---|---|---|
| 输入 | 设备测点需求清单 | Excel (.xlsx) 或 需求文档 (.docx) |
| 输入 | 设备技术手册 / CAD 模型 | PDF / 3D 模型文件 |
| 输出 | 传感器选型规范表 | Excel（含型号、量程、精度、温度范围） |
| 输出 | 数据格式约定文档 | Markdown / PDF |
| 输出 | 采集频率配置模板 | JSON 或 边缘计算网关配置文件 |
责任边界
- 设备工程师：提供测点位置、安装可行性、电气接口定义。
- 数据工程师：制定数据格式、协议选型、频率参数，出具配置方案。
- 现场实施人员：按照规范安装传感器、接线、调试，并记录安装日志。
- 验收人员：独立验证采集结果与预期是否一致，签字确认。
记录材料
- 《采集点台账》—— 包含点位编号、测点类型、传感器型号、安装日期。
- 《传感器校准记录》—— 出厂校准报告、现场零点/满量程复核记录。
- 《协议配置快照》—— 边缘网关或采集卡的配置导出文件。
- 《空跑测试日志》—— 包含发送帧数、接收帧数、误码率、延迟统计。
常见遗漏：未记录传感器通道与 PLC 寄存器映射关系，后续排查故障时需重新对照图纸。
异常处理
| 异常现象 | 可能原因 | 处理措施 |
|---|---|---|
| 采集数据始终为零 | 传感器未供电、断线、信号调理板故障 | 检查电源指示灯、万用表测量输出端 |
| 数据波动过大 | 传感器安装不牢固、共振、电磁干扰 | 重新紧固螺栓、增加屏蔽、远离变频器 |
| 帧格式校验失败 | 协议配置错误、字节序不对、CRC 不匹配 | 对照《数据格式约定文档》修改配置 |
| 采集频率与实际不符 | 采样时钟漂移、网关定时器溢出 | 边缘网关校时、重启采集服务 |
验收标准
- 所有采集点物理安装 100% 完成，无松动、无干涉。
- 空跑测试连续运行 8 小时，丢帧率 ≤ 0.1‰，无校验错误。
- 数据格式与约定文档完全一致（字段顺序、类型、单位、校验规则）。
- 采样频率实际值与设定值偏差 ≤ 0.5%。
- 报告文件齐全：台账、校准记录、配置快照、测试日志。