随着工业现代化的不断推进,工业生产现场的数据交互需求不断膨胀。传统的数据交互终端难以适应“工业4.0”背景下的柔性化、智能化、实时化趋势。针对上述情况,本文以工业数据交互终端为研究对象,按照模块化的思想设计数据采集以及数据交互平台,以实现生产现场的可扩展数据采集、可靠数据交互与实时数据处理。首先,针对多种常见工业信号的采集要求,设计了可扩展连接的采集模块,实现了多源异构数据的有效收集。设计了多种类型的信号转换入口,实现了统一格式的数据收集。设计了基于SPI总线的自定义电气总线并使用低压差分信号技术进行信号的增强,实现了低延时、较高带宽的数据传输。设计了自定义的二进制通信协议,实现了总线上数据的规范化管理。其次,针对采集子系统与远程用户之间的数据交换需求,设计了协处理器与主控制器的数据交互框架,实现了主控制器对采集模块的自动管理并打通了采集模块到用户的数据通道。协处理器的固件采用裸机编程方式,采用中断与状态机切换任务的管理模式。主控制器的固件基于RT-Linux系统构建,采用驱动、模块控制和OPC-UA服务分层处理的管理模式。然后,针对云计算的高延时与高带宽占用问题,设计了基于OPC-UA协议的边缘计算框架,解决了用户的边缘计算任务在OPC-UA协议下的部署与管理难题。移植了LUA与MNN两种不同的计算引擎,实现了不同计算规模的边缘计算任务的分类处理。提出了基于OPC-UA地址空间模型的计算任务抽象与实例化方法,并设计了边缘计算引擎与OPC-UA协议栈之间的数据交互接口,实现了计算服务在OPC-UA服务器中的功能嵌入。最后,在一条气体灌装生产线上对上述设计的数据交互终端进行了数据采集、数据交互和数据处理功能测试。测试结果表明:数据采集模块可以实现自由的连接组合;自定义总线工作稳定;远程数据访问安全可靠;边缘计算程序可以通过客户端轻松部署与执行。所有功能满足预期的设计目标。