小微企业设备数据采集与看板上墙：用边缘网关把 Modbus PLC 接入 Grafana

摘要

很多小作坊、加工点设备跑得好好的，但产量、温度、转速全靠人工抄表。本文用一台树莓派做边缘网关，通过 Modbus TCP 读出 PLC 寄存器，经 Node-RED 转写进 InfluxDB 时序库，再用 Grafana 拼出实时看板投到大屏，成本不到千元，老板在办公室就能看车间实时状态。

为什么小微企业也需要设备数据

我接触过一家做五金冲压的小厂，三台冲床每天产量靠班长下班点数，设备异常停机往往半天后才发现。老板想要"实时知道现在在跑几台、今天出了多少件"，但上一套 MES 动辄十几万，不划算。其实只要设备是带网口的 PLC（西门子 S7-1200、台达、汇川等大多支持 Modbus TCP），数据采集门槛很低：一台几百块的边缘网关 + 开源时序栈就能搞定。

整体架构

数据流向非常清晰：

PLC(Modbus TCP) → 树莓派(Node-RED) → InfluxDB → Grafana(看板/大屏)

PLC 负责把产量、电流、温度等存在保持寄存器里；树莓派跑 Node-RED，定时轮询 Modbus 寄存器，做单位换算后写入 InfluxDB；Grafana 连 InfluxDB 画图、设告警。全程不依赖外网，数据安全且延迟低。

硬件选型与接线要点

边缘网关：树莓派 4B（2GB 够用）或二手 x86 小主机，装 Raspberry Pi OS Lite。
网络：网关和 PLC 接同一台工业交换机，务必固定网关 IP（如 192.168.1.50），PLC 侧也设固定 IP。
注意：Modbus TCP 走 502 端口，很多工厂交换机默认放行，但若跨 VLAN 需在路由器放通 502。先 ping 通 PLC IP 再谈采集。
供电：车间电网脏，树莓派务必接带 UPS 的 5V 电源，否则掉电损坏 SD 卡。建议系统盘换 SSD。

用 Node-RED 读取 Modbus 寄存器

在树莓派上 sudo apt install nodered 后，装 node-red-contrib-modbus 节点。拖一个 Modbus-Read 节点，配置如下：

{
  "topic": "press_1",
  "showStatusActivities": false,
  "connection": {
    "type": "TCP",
    "host": "192.168.1.10",
    "port": "502",
    "unitid": "1"
  },
  "register": { "fc": "readHoldingRegisters", "address": "0", "quantity": "10" }
}

fc 用 readHoldingRegisters（功能码 03），address 是起始寄存器，quantity 一次读 10 个。关键一步是换算：PLC 里产量常存为字（0–65535），温度可能是"实际值×10"的整数。在 function 节点里还原：

const regs = msg.payload;
msg.payload = {
  count: regs[0],
  temp: regs[1] / 10,
  current: regs[2] / 100
};
return msg;

读出来的字段名要和 InfluxDB 的 measurement 对应好，后面查起来才顺。

数据写入 InfluxDB 时序库

装 InfluxDB v2（Docker 最省事），建一个 bucket 叫 factory。Node-RED 用 influxdb out 节点，配置 Org、Token、bucket，把上一步的 msg.payload 直接写成带时间戳的点：

msg.measurement = "press";
msg.fields = { count: msg.payload.count, temp: msg.payload.temp, current: msg.payload.current };
msg.tags = { machine: "press_1" };
return msg;

时序库的好处是天然按时间索引，存一年产量也只占几十 MB，查"今天每小时产量"一条语句搞定，比塞进 MySQL 清爽太多。

Grafana 看板与大屏

Grafana 加 InfluxDB 数据源，新建 Dashboard。常用面板：

折线图：温度/电流随时间，设阈线（如电流 > 某值标红）一眼看设备过载。
统计卡：今日累计产量 sum(count)，用 increase() 函数算增量。
状态表格：每台设备在线/停机，靠 last 值判断。

告警在 Grafana 里配：温度连续 5 分钟超 80℃ 就发钉钉/企业微信机器人，班长手机立刻收到。我给那家厂配完后，第一次过热停机在 3 分钟内就被发现，比过去省了半天。

上墙与日常维护

看板配好后，车间门口挂台旧安卓电视盒，用浏览器全屏打开 Grafana kiosk 模式（?kiosk 参数隐藏边框）即可常驻。维护上三件事最要紧：一是网关 IP 和 PLC IP 全固定，防止 DHCP 重分配导致断采；二是 InfluxDB 设保留策略（如 400 天）避免磁盘写满；三是 Node-RED 流要导出 json 备份，重装一键导入。

小结

这套方案把"人工抄表"变成"实时看板"，硬件成本极低、全部开源、断网也能本地跑。它不替代 MES，但用最小代价让小企业先有数据意识。等设备联网跑顺了，再叠加 OEE 计算、停机原因标注，一步步把车间真正变"智能"，这条路对小厂最现实。