随着工业互联网、工业过程自动化的发展,工业现场设备种类不断增加,工业过程数据参数越来越复杂,这对工业系统感知执行层的实时性、可靠性提出更高要求,原有数据采集架构无法保障海量工业数据的可靠传输和实时处理。本文设计基于“云服务+边缘服务”架构的工业边缘数据采集器,通过云边协同处理方式提升工业数据采集器的实时性、通用性及数据安全性。本文主要研究内容如下:首先对工业互联网、云边协同等技术的发展进行研究,阐述了本课题的研究背景及发展现状,对工业边缘数据采集器的体系架构进行设计。工业边缘数据采集器由数据采集模块、云服务及边缘服务共同构成,通过MQTT协议建立可靠稳定的数据传输网络,实现工业现场设备、边缘传感器、边缘控制器以及工业边缘数据采集器之间的互联互通。然后分别对边缘服务及云服务的功能进行设计并实现。边缘服务器由C#语言设计,主要实现MQTT消息代理功能,在MQTT消息代理中完成数据解析、数据分发、Redis数据库存储等任务。边缘服务器还通过设备身份认证、主题权限设定等功能保证内部数据安全性,防止恶意设备接入并获取工业过程数据。此外,对边缘服务器进行了图形化显示界面设计,提升工业数据可视化。云服务选用阿里云物联网平台,提供设备接入、Web可视化、实时报警等功能,完成对数据安全性、处理实时性要求较低的工业数据的处理。接着对边缘数据采集模块的功能进行设计及实现。数据采集模块完成对工业原始数据的采集、封装及传输,利用Lw IP协议栈实现MQTT客户端,分别建立与边缘服务器及阿里云物联网平台的数据传输通道,完成工业原始数据上报。除此之外,还介绍了数据采集模块的主题树管理以及边缘侧功能配置的实现方式。最后分别从标准JSON格式及自定义数据封装格式的定义和解析方式进行介绍及验证,实现数据采集模块的数据封装、边缘服务及云服务的数据解析任务。工业边缘数据采集器的设计具有数据安全性高、使用灵活性好、可扩展性强、实时性高、数据可视化好等特点,有利于推进工业互联网的发展。