第28章：工业物联网应用实战

工厂里的设备（车床、机械臂）通常使用古老的工业协议（Modbus, Profibus），无法直接上网。工业物联网 (IIoT) 的核心任务就是打破“信息孤岛”。

28.1 场景描述

我们要监控一台数控机床的运行状态：

• 采集数据：主轴转速、工作电压、故障代码。
• 数据源：西门子 S7-200 SMART PLC。
• 通信接口：RS485 (Modbus RTU)。

28.2 边缘网关开发

我们需要一个“翻译官”（边缘网关），一边通过 RS485 读 PLC，一边通过以太网发 MQTT。

• 硬件：工业级树莓派 (Revolution Pi) 或带有 RS485 接口的 Linux 盒子。
• 软件：Node-RED。可视化流式编程工具，特别适合协议转换。

28.3 Node-RED 实战

1. Modbus Read 节点：

   • 配置串口 /dev/ttyUSB0，波特率 9600。
   • 功能码 FC3 (Read Holding Registers)。
   • 地址 40001 (假设是转速)。
   • 周期 1s。

2. Function 节点 (数据解析)：

   // msg.payload 是一个数组 [0x05, 0xDC] (1500转)
   var rpm = msg.payload[0] * 256 + msg.payload[1];
   
   // 构造 MQTT 消息
   msg.payload = {
       "machine_id": "CNC_001",
       "rpm": rpm,
       "ts": Date.now()
   };
   return msg;

3. MQTT Out 节点：

   • 连接到公司内部的 EMQ X Broker。
   • Topic: factory/cnc/001/status.

28.4 数据存储与展示

使用 TimescaleDB (基于 PostgreSQL 的时序库) + Grafana。

• OEE 分析 (Overall Equipment Effectiveness)：
  • 通过分析转速是否为 0，计算机床的开动率。
  • 通过故障代码统计，计算**平均故障间隔时间 (MTBF)**。

28.5 工业级可靠性设计

工厂电磁环境复杂，干扰严重。

• 硬件隔离：RS485 接口必须带光耦隔离。
• 软件看门狗：Node-RED 进程挂掉后自动重启。
• 断点续传：网关断网时，将数据缓存到本地 SQLite，网络恢复后补传。

至此，第七部分“实战项目”已全部完成。我们已经掌握了从家庭到工厂的各类应用开发。最后一部分，我们将讨论项目落地后的运维与优化。