小T導讀：在工業(ye)數(shu)(shu)字化(hua)過程中，數(shu)(shu)據(ju)(ju)如(ru)(ru)何(he)從設(she)備(bei)(bei)采集順利“爬坡”到(dao)上(shang)層應用，一直是(shi)個(ge)難題。傳統“單(dan)(dan)列模(mo)型”雖貼合設(she)備(bei)(bei)協議，卻讓上(shang)層分析舉步維艱。TDengine 用一種(zhong)更聰明的(de)方法打通了這條數(shu)(shu)據(ju)(ju)通路：不(bu)強求建(jian)模(mo)、不(bu)手(shou)動轉(zhuan)換，通過“虛擬表”機制，讓數(shu)(shu)據(ju)(ju)以(yi)業(ye)務所需的(de)形式(shi)自動呈現。本篇文章將(jiang)帶你深入了解 TDengine 如(ru)(ru)何(he)搭建(jian) OT 到(dao) IT 的(de)橋梁(liang)，真正(zheng)實(shi)現設(she)備(bei)(bei)數(shu)(shu)據(ju)(ju)“即采即用”，讓工業(ye)應用更簡單(dan)(dan)、更高效(xiao)。

在工業(ye)(ye)數(shu)(shu)字化進程(cheng)中(zhong)，設(she)備(bei)(bei)數(shu)(shu)據(ju)(ju)采(cai)(cai)集多采(cai)(cai)用(yong)“KVQT”單列(lie)模型（即測點名、變量(liang)值(zhi)、質量(liang)戳(chuo)、時間戳(chuo)），這與工控傳(chuan)(chuan)統協議緊(jin)密相(xiang)關。例如，通過 OPC 設(she)備(bei)(bei)采(cai)(cai)集時，底層設(she)備(bei)(bei)上傳(chuan)(chuan)的數(shu)(shu)據(ju)(ju)多為單列(lie)模型，而非(fei)多列(lie)數(shu)(shu)據(ju)(ju)模型。這種模式導致數(shu)(shu)據(ju)(ju)采(cai)(cai)集與上層應(ying)用(yong)之間存在明顯割裂，業(ye)(ye)務與底層數(shu)(shu)據(ju)(ju)難(nan)以統一(yi)。在后(hou)續(xu)業(ye)(ye)務查詢中(zhong)，如 30 列(lie)寬表查詢展示，在使(shi)用(yong) SQL 語句場景下(xia)，操作極為復(fu)雜，需(xu)要多次 join 操作，效率低(di)下(xia)。

為(wei)解決這一問題(ti)，TDengine 推出(chu)了一種創(chuang)新(xin)的橋接(jie)方(fang)式。在工業(ye)底層數(shu)據(ju)采集(ji)匯聚到上(shang)層時，無需(xu)特殊建(jian)(jian)模，而是直接(jie)以單列模型進行采集(ji)和存儲。待數(shu)據(ju)到達(da)上(shang)層應用(yong)后，根(gen)據(ju)業(ye)務需(xu)求重(zhong)新(xin)創(chuang)建(jian)(jian)虛擬表。通過 IO 點表，使用(yong) SQL 語句(ju)，可批(pi)量(liang)創(chuang)建(jian)(jian)虛擬子表，從而大幅降(jiang)低數(shu)據(ju)采集(ji)、建(jian)(jian)模處理(li)和查(cha)詢分析(xi)的工作量(liang)。

工業數據結構演變的挑戰

工(gong)業控制(zhi)系(xi)(xi)統基于(yu)國(guo)際標準 IEC 62264-1，采用(yong)五層(ceng)(ceng)架構模(mo)型，用(yong)于(yu)描述工(gong)業自動化系(xi)(xi)統的功能分層(ceng)(ceng)。從底(di)層(ceng)(ceng)設備通道 IO 采集，到 MES 系(xi)(xi)統的多(duo)列模(mo)型，再到 ERP 系(xi)(xi)統的多(duo)列表(biao)格展示，數據組織需(xu)求(qiu)隨著層(ceng)(ceng)級(ji)上升(sheng)而發生變化。

在 I/O 設備層，數(shu)據組(zu)織(zhi)基于模擬信(xin)號通(tong)(tong)道(dao)，通(tong)(tong)過(guo)傳(chuan)感器(qi)，感知溫(wen)度(du)、壓力等被(bei)觀測(ce)量，并(bing)轉(zhuan)成模擬信(xin)號（4~20mA或0-5V），傳(chuan)輸(shu)至過(guo)程(cheng)監控層的 PLC、DCS 系(xi)統。在這些系(xi)統中，通(tong)(tong)過(guo) A/D 轉(zhuan)換(huan)(huan)將模擬信(xin)號轉(zhuan)換(huan)(huan)為計算機可(ke)識別的數(shu)字信(xin)號。此時，數(shu)據組(zu)織(zhi)仍以 IO 通(tong)(tong)道(dao)為基礎。

為了實現(xian)(xian)調(diao)度中(zhong)心(xin)的遠(yuan)程監視與控制(zhi)，SCADA 系統會采集控制(zhi)器信(xin)號，并與計(ji)算機中(zhong)的圖形應用綁定，通過數字驅(qu)動動畫實現(xian)(xian)現(xian)(xian)場仿真。SCADA 系統內部(bu)已經(jing)封裝(zhuang)了與測點變量(liang)相關的功能(neng)模塊(kuai)，如報表、曲(qu)線(xian)等(deng)，可輕松實現(xian)(xian)日報、月報、對比曲(qu)線(xian)展示等(deng)功能(neng)。部(bu)分 SCADA 系統也(ye)引入了模型概念，但在對外數據轉發時，仍以單列模型為主。

進入生產管理層的 MES/MOM 系統后，數據需求轉變為寬表多列模型，需要將工單、批次、工藝信息等進行綁定。然而，由于實時庫多為單列模型，而 MES 系統建設通常需要多列模型表格，因此只能選擇關系數據庫。海量的歷史數據則從實時庫抽取。為解決多庫應用不便的問題，許多 MES 廠商引入了支持寬表的時序數據庫，但這又面臨采集與轉換的難題：如何將從 OT 層的 SCADA、控制器或設備采集的單列數據模型存儲為 IT 層 MES 系統所需的多列模型？目前的(de)解(jie)決方案多(duo)為定(ding)制開發，將(jiang)單(dan)列數(shu)(shu)據映(ying)射到預定(ding)的(de)多(duo)列模型表(biao)格中，但(dan)這(zhe)帶來(lai)了高(gao)昂的(de)定(ding)制開發成(cheng)本(ben)、后期(qi)業務變(bian)更成(cheng)本(ben)和維(wei)護成(cheng)本(ben)，同時(shi)也(ye)存在數(shu)(shu)據斷(duan)線、過期(qi)和亂序(xu)數(shu)(shu)據寫入(ru)導致的(de)數(shu)(shu)據完整(zheng)性(xing)問題。

在生產車間中，同一條生產線往往需要生產不同產品和批次，并且需要記錄溫度、電壓、電流等數十個工藝參數。這些參數需要與產品類型、批次進行綁定，以便為后續的質量追溯和工藝分析提供數據基礎。然而，在傳統方法中，操作人員需要通過關系庫查詢批次起始時間，從實時庫的測點變量中獲取數據。這種操作方式不僅復雜，而且后期管理難度較大。如果工廠擁有幾萬甚至幾十萬個測點，一旦設計不當，后期的應用和運維難度將呈指數級上升。

對于上層業務而言，底層設備的變動不應與其綁定。以(yi)礦山(shan)場景為例，當采礦的(de)工作面(mian)發(fa)生(sheng)變(bian)更時(shi)(shi)，下(xia)位(wei)(wei)采集點位(wei)(wei)可能(neng)并未發(fa)生(sheng)變(bian)化，只是工作面(mian)標(biao)識發(fa)生(sheng)了改變(bian)。如果(guo)按照傳統(tong)方式(shi)，為一個新的(de)工作面(mian)重新建(jian)表，未來(lai)可能(neng)會導致數(shu)據(ju)庫中出(chu)現上(shang)(shang)億張點位(wei)(wei)表，這(zhe)將對數(shu)據(ju)庫以(yi)及(ji)上(shang)(shang)層業(ye)務應用帶來(lai)沉重負擔。隨著數(shu)據(ju)庫點位(wei)(wei)的(de)擴增，上(shang)(shang)層應用需要(yao)重新映射點位(wei)(wei)，這(zhe)一連(lian)串的(de)工作不僅會增加工作強度，還容(rong)易出(chu)現問題，同時(shi)(shi)也會給歷史數(shu)據(ju)查詢帶來(lai)極(ji)大不便(bian)。

OT 到 IT 的橋梁——虛擬表

TDengine 提出“虛擬表”這一創新概(gai)念，可自由組合不同測點變量，生成所需的表格(ge)式，無(wu)需為(wei)建模和(he)業務應用過度操心(xin)。

具體而言(yan)，通過工控協議采集設備數據(ju)后，無需提(ti)前規(gui)劃表模型（因為大部分(fen) IoT 數據(ju)并無統一的(de)數據(ju)組織結構）。數據(ju)進入 TDengine 后，可根據(ju)業務(wu)需求，基(ji)于實體表創建(jian)虛(xu)擬表。虛(xu)擬表與(yu)物化表在除寫入以外的(de)應用場景中(zhong)幾(ji)乎沒有區別，且在便(bian)利(li)性和(he)系統擴展性方面遠超傳統視圖功能。

通(tong)過可(ke)(ke)視(shi)化(hua)配置，TDengine 能(neng)夠直接將設備數(shu)(shu)據(ju)采(cai)集到數(shu)(shu)據(ju)庫(ku)中。以 OPC 采(cai)集為例，TDengine 的 OPC 采(cai)集器具備自(zi)(zi)動點位更新功(gong)(gong)能(neng)，當 OPC Server 端的點位發生(sheng)變化(hua)且(qie)滿足(zu) TDengine 的過濾條件時(shi)，TDengine 可(ke)(ke)自(zi)(zi)動同步更新，無(wu)需人工(gong)手動干預，從(cong)而大(da)幅降低(di)運維溝(gou)通(tong)成本。對于 OPC DA 協議，由于其(qi)自(zi)(zi)身限制，OPC DA 協議數(shu)(shu)據(ju)無(wu)法跨路由器或 VLAN 進行通(tong)信，且(qie)跨計算(suan)機部署(shu)時(shi)需要降低(di)安全配置并手動配置 DCOM，操作復雜且(qie)容易出錯。相比之下，TDengine 支(zhi)持(chi) Agent 部署(shu)，可(ke)(ke)實(shi)現遠程運維管(guan)理，基本不受(shou)網(wang)絡環境限制（單向網(wang)閘場景除外），極(ji)大(da)地簡化(hua)了運維流程。此外，TDengine Agent 支(zhi)持(chi)斷線續傳功(gong)(gong)能(neng)，進一步保障 OPC 數(shu)(shu)據(ju)的完整性和(he)可(ke)(ke)靠性。

以(yi)下是 OPC 自動(dong)采集數據(ju)的(de)示例：

當上(shang)位(wei)應用需(xu)查詢不同產品的批次信息及對應工藝參(can)數(shu)時，需(xu)求是明(ming)確的，以(yi)上(shang)述 3 個(ge)測點(dian)為(wei)例，在(zai) TDengine 的操作如下：

1. 創建虛擬表：

//創建普通表或者超級表，此處以普通表為例
create vtable d1（ts timestamp,batchNo.val,Temp.val,Current.val) 

或

//支持創建時以別名方式，將底層采集數據與上位應用結構相互解耦
create vtable d1（ts timestamp,batchNo varchar（64）from batchNo.val,Temp float from Temp.val,Current float from Current.val) 

2. 查詢虛擬(ni)表并拉(la)齊數據(ju)：

select last（*） from d1 interval(1s）fill(prev)

查詢結果如下：

3. 查詢虛(xu)擬表原始數據：

Select * from d1

其(qi)中時間戳為各原始子表時間戳的匯(hui)總，查詢結果：

TDengine 通過簡單創建虛擬表和 SQL 語句，輕松實現了不同測點之間的關系查詢。與傳統方式相比，TDengine 無需通過視圖構建復雜的JOIN語句，也無需(xu)提(ti)前設計數據(ju)模(mo)型，從(cong)而避(bi)免(mian)了前期(qi)數據(ju)接入和(he)轉換的繁瑣流(liu)程(cheng)，以及后期(qi)修改和(he)維(wei)護的不便(bian)。借助虛(xu)擬表，TDengine 讓數據(ju)組織變得更加簡潔(jie)、靈活(huo)，為(wei)上層業務應用(yong)分(fen)析提(ti)供了強(qiang)大(da)的數據(ju)支(zhi)持(chi)，同時顯著提(ti)升了運維(wei)的便(bian)捷性和(he)效率(lv)。

結語

憑借(jie)卓越的(de)(de)性(xing)能和強大(da)(da)的(de)(de)功能，TDengine 成(cheng)功搭建了 OT 與(yu)(yu) IT 場(chang)景之間的(de)(de)高(gao)效過渡(du)橋梁。未(wei)來，業(ye)務(wu)應用將(jiang)(jiang)不(bu)再(zai)受制于(yu) OT 數(shu)(shu)據(ju)與(yu)(yu) IT 業(ye)務(wu)數(shu)(shu)據(ju)格(ge)式的(de)(de)差(cha)異，數(shu)(shu)據(ju)整合與(yu)(yu)應用將(jiang)(jiang)更加順(shun)暢(chang)。隨著業(ye)務(wu)規模的(de)(de)不(bu)斷(duan)擴(kuo)大(da)(da)，TDengine 的(de)(de)易用性(xing)優勢將(jiang)(jiang)愈(yu)發顯著，為企業(ye)數(shu)(shu)字化(hua)(hua)轉型(xing)筑牢堅實的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)根基，助力企業(ye)邁向(xiang)智能化(hua)(hua)、高(gao)效化(hua)(hua)的(de)(de)未(wei)來發展之路(lu)。