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1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)目標(biāo)和概述

長久以來，在生產(chǎn)型企業(yè)各部門之間分離的IT系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)已經(jīng)形成了許多大大小小的“信息島”，盡管部門級的系統(tǒng)各自（ERP、DCS等）運(yùn)行良好，但企業(yè)并不能通過這些零散系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和功能建立起企業(yè)的全貌，從而造成了大量的信息資產(chǎn)的閑置和浪費(fèi)。沒有最大化地運(yùn)用企業(yè)的信息化所產(chǎn)生的價(jià)值。通過長期的實(shí)踐，今天的管理者希望企業(yè)內(nèi)不同的信息化和自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成，融為一體。希望系統(tǒng)能夠提供貫穿整個(gè)企業(yè)關(guān)鍵信息的訪問，甚至可以把這種訪問延伸到政府、客戶和供應(yīng)商那里，以大大提高工作效率。同時(shí)還希望充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)的投資，以降低信息化成本，并快速響應(yīng)業(yè)務(wù)需求變化以提高競爭力，盡快實(shí)現(xiàn)企業(yè)的遠(yuǎn)景規(guī)劃。因此，許多企業(yè)將信息融合和應(yīng)用集成作為數(shù)字化企業(yè)建設(shè)的首要目標(biāo)。

僅就流程性行業(yè)的信息化應(yīng)用而言：

（1）幾乎所有的企業(yè)均不同程度地實(shí)施了面向管理和生產(chǎn)調(diào)度的MIS、ERP或者EAM系統(tǒng)，有的企業(yè)甚至完成了2個(gè)以上的版本。

（2）幾乎所有的現(xiàn)場控制系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。通過DCS、電力綜合自動(dòng)化等系統(tǒng)，可以提供完備的現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（3）辦公自動(dòng)化系統(tǒng)基本得到了應(yīng)用，OA使用最廣泛。

（4）各類生產(chǎn)和維護(hù)管理系統(tǒng)（設(shè)備管理、工作票、檢修管理……）從縱向來說可用。但是系統(tǒng)之間橫向關(guān)聯(lián)度弱，導(dǎo)致了企業(yè)信息的綜合利用無法完成。

以上種種原因，導(dǎo)致了客戶在每一輪的信息化的過程中，每天在各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間疲于奔命，決策者無法掌握全面的企業(yè)信息，企業(yè)的有效信息無法得到真正的深度挖掘。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及云計(jì)算、大數(shù)據(jù)應(yīng)用的不斷發(fā)展，客戶和集成商都不約而同地提出了建立數(shù)字企業(yè)、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和管理信息融合集成的需求。但是，面臨用戶的龐大的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)量的信息集成、原有系統(tǒng)和信息資源的保護(hù)等問題造成了集成的復(fù)雜性和有限資源的不斷沖突。在這個(gè)沖突中，企業(yè)和系統(tǒng)集成商已經(jīng)意識(shí)到原有的解決方案無法實(shí)現(xiàn)真正的集成。這些方案僅僅只是不同技術(shù)不斷地拼湊，而這些“技術(shù)組合”又過于復(fù)雜和冗余，導(dǎo)致整合項(xiàng)目需巨額費(fèi)用支持，許多項(xiàng)目因此胎死腹中。

鑒于以上存在的種種問題安徽省安泰科技股份有限公司基于邊緣計(jì)算構(gòu)建智慧工廠解決方案，通過能耗數(shù)據(jù)采集終端和集成原有各個(gè)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對工廠內(nèi)生產(chǎn)、排放、高壓配電、車間能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)全面采集并運(yùn)用云+大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)“智能制造”的“四化”，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)精確、真實(shí)和及時(shí)的運(yùn)用，提升制造資源的使用效率和制造質(zhì)量，降低個(gè)性化和試錯(cuò)的成本，帶來產(chǎn)品制造的持續(xù)創(chuàng)新。在傳統(tǒng)能耗監(jiān)管模式的基礎(chǔ)上整合企業(yè)的生產(chǎn)工藝、運(yùn)行管理、環(huán)境保護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量等全方位數(shù)據(jù)，覆蓋企業(yè)從產(chǎn)品原料進(jìn)廠到最終成品銷售中的各個(gè)環(huán)節(jié)，為企業(yè)打造模擬實(shí)際生產(chǎn)工況的數(shù)字工廠，通過智能調(diào)度、大數(shù)據(jù)分析等一系列手段，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)運(yùn)行成本、提升能源利用效率的目標(biāo)。

2 應(yīng)用場景介紹

智慧工廠能效管理平臺(tái)基于邊緣計(jì)算的本地快速響應(yīng)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾方面：

（1）將廠區(qū)內(nèi)電力、煤、蒸汽、水、壓縮空氣、天然氣等能流通道和主工藝生產(chǎn)過程的集中監(jiān)控管理，生產(chǎn)調(diào)度中心通過生產(chǎn)工藝指標(biāo)和能源數(shù)據(jù)以及主要耗能設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的集中化、可視化、模型化、標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)時(shí)掌握裝置設(shè)備能耗、運(yùn)行效率、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、產(chǎn)量、能源消耗、能源綜合利用等情況的集中監(jiān)控管理和分析預(yù)測，及時(shí)采取有效措施，確保裝置設(shè)備的開車率、負(fù)荷率、效率、成本始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而降低能源損耗、原材料消耗，達(dá)到低投入高產(chǎn)出的目標(biāo)，提高市場競爭力。

（2）將廠內(nèi)排放的環(huán)保數(shù)據(jù)每個(gè)測點(diǎn)設(shè)定正常范圍值，前端采集設(shè)備通過邊緣計(jì)算進(jìn)行比對，一旦出現(xiàn)異常實(shí)時(shí)報(bào)警，自動(dòng)通知后臺(tái)監(jiān)控中心并進(jìn)行一系列的設(shè)備聯(lián)動(dòng)。

（3）實(shí)時(shí)采集高壓配電的發(fā)電量和廠區(qū)的供電量，通過前端設(shè)備邊緣計(jì)算可快速?zèng)Q定發(fā)電機(jī)組的啟泵和停泵，將資源利用率最大化。

（4）視頻觸發(fā)，安全管理。可通過自定義設(shè)置，一旦生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)不在正常的范圍內(nèi)，智能物聯(lián)網(wǎng)終端實(shí)時(shí)觸發(fā)連接的攝像頭進(jìn)行抓拍、錄像進(jìn)行本地存儲(chǔ)（在網(wǎng)絡(luò)許可情況上傳至后臺(tái)監(jiān)控中心），還原事件前后幾分鐘的視頻，用以事故分析、教育、事故證明等，提升生產(chǎn)的安全性。

（5）對重要裝置、設(shè)備、采集、網(wǎng)絡(luò)、通訊的故障信號(hào)、能源系統(tǒng)報(bào)警參數(shù)超限進(jìn)行報(bào)警提供人工確認(rèn)與復(fù)歸功能。對于以上報(bào)警與復(fù)歸，均提供終端信息顯示。

2.1 預(yù)期成果

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集及分析，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最終狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、輔助決策、精準(zhǔn)定位、學(xué)習(xí)提升。共有以下效果：

（1）解決廠區(qū)所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集問題：克服企業(yè)數(shù)據(jù)接口復(fù)雜，打破所有子系統(tǒng)信息孤島問題將所有的數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行采集。將各個(gè)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成。利于后期的數(shù)據(jù)綜合分析。提高用能效率，從而提高廠區(qū)生產(chǎn)效益。

（2）解決生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)響應(yīng)問題：依賴于前端智能設(shè)備邊緣計(jì)算，實(shí)時(shí)運(yùn)算實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)響應(yīng)，響應(yīng)后只需將處理結(jié)果上報(bào)平臺(tái)記錄。

（3）解決數(shù)據(jù)傳達(dá)問題：快速將存在于生產(chǎn)、運(yùn)輸及存儲(chǔ)當(dāng)中的各類危險(xiǎn)源、安全隱患、污水排放等信息從企業(yè)或相關(guān)委辦傳送到安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門，可以針對文字、音頻、視頻、圖片等各類數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的融合，形成有效的綜合信息，進(jìn)行本地存儲(chǔ)，并綜合上報(bào)云端。

（4）解決信息獲取后的有效利用問題：可以有針對性地對于前端各類重要的生產(chǎn)機(jī)器進(jìn)行數(shù)據(jù)異常預(yù)警、預(yù)報(bào)及事故經(jīng)過智能分析后能給出初步的應(yīng)對策略或方案，通過前端數(shù)據(jù)分析及云端安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析，前端為客戶提供安全生產(chǎn)綜合數(shù)據(jù)服務(wù)。

（5）解決安全生產(chǎn)信息前端統(tǒng)一監(jiān)管問題：通過在監(jiān)管部門部署，安全生產(chǎn)主站一體機(jī)，將監(jiān)管業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)處理統(tǒng)一前移，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力，提供前端監(jiān)管服務(wù)。

2.2 商業(yè)價(jià)值

智慧工廠技術(shù)的應(yīng)用，既能實(shí)現(xiàn)成本降低，生產(chǎn)管理水平提升，生產(chǎn)能率提高，還使其生產(chǎn)制造資源更加合理化、精細(xì)化、有序化使用與管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化、數(shù)字化、現(xiàn)代化建設(shè)，構(gòu)建了一個(gè)信息無所不在、無所不通的全數(shù)字化、信息化的智能工廠典范，形成一套可復(fù)制、可推廣的智慧工廠全息車間技術(shù)方案，每年預(yù)計(jì)可形成5家智慧工廠全息車間，約累計(jì)上千萬元的產(chǎn)值，在此期間通過產(chǎn)業(yè)化復(fù)制模式，全國約累計(jì)超過20家，并可產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

2.3 社會(huì)價(jià)值

智慧工廠具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯， “智慧工廠”將成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最大的市場，將助推傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)升級轉(zhuǎn)型，大大提高核心競爭能力。利用此平臺(tái)可以通過提高用能效益達(dá)到節(jié)能的目的，從而實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。通過全程跟蹤和監(jiān)控，智慧工廠在制造過程中，對于水、油、氣的運(yùn)輸及設(shè)備遠(yuǎn)程控制的需求更加合理，排放更符合環(huán)保要求。此項(xiàng)目在整個(gè)制造行業(yè)的推廣應(yīng)用都具有極其強(qiáng)大的典型示范作用，并可以產(chǎn)生巨大的行業(yè)影響和價(jià)值，幫助政府打造先進(jìn)的符合中國國情的智能制造信息化產(chǎn)業(yè)，提升中國制造業(yè)在全球的市場競爭力。

3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)技術(shù)可行性

平臺(tái)采用云計(jì)算加邊緣計(jì)算，設(shè)備和云結(jié)合，需要測試如下技術(shù)：

·邊緣設(shè)備物理鏈路數(shù)據(jù)采集的正確性；

·邊緣設(shè)備無線傳輸（GPRS、NB -IoT，LORA）模塊穩(wěn)定性測試；

·邊緣設(shè)備對下各種解析驅(qū)動(dòng)的正確性測試；

·邊緣設(shè)備設(shè)備間互聯(lián)互通MQTT協(xié)議消息發(fā)布與推送正確性測試；

·邊緣設(shè)備計(jì)算測試從平臺(tái)下發(fā)和執(zhí)行正確性測試。

3.1 物理平臺(tái)

邊緣計(jì)算采用安泰自主研發(fā)的ADS-6數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)系列，集數(shù)據(jù)采集與計(jì)算與一體嵌入式設(shè)備，是智能設(shè)備。其次是測試所用的Modbus、DLT645協(xié)議的多功能電表、傳感器和一些PLC設(shè)備。

3.2 軟件平臺(tái)

邊緣計(jì)算軟件平臺(tái)處理器TI AM335X， 800MHz，Linux操作系統(tǒng)。

邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)軟件架構(gòu)圖如下:

其中:

（1）硬件互聯(lián)層：可以通過獨(dú)立設(shè)計(jì)的通用接口xType接口進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備的I/O交互，考慮到現(xiàn)場大量的第三方設(shè)備和通用的傳感器，同時(shí)提供第三方的硬件互聯(lián)。

（2）數(shù)據(jù)解析層：通過預(yù)制的、可拆卸的現(xiàn)場通訊數(shù)據(jù)解析的驅(qū)動(dòng)程序，將所有的現(xiàn)場數(shù)據(jù)歸一化處理，成為統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)源。對于控制和調(diào)節(jié)輸出的數(shù)據(jù)，將按照協(xié)議進(jìn)行逆向處置。

（3）數(shù)據(jù)和計(jì)算層：通過實(shí)施數(shù)據(jù)引擎，歷史數(shù)據(jù)引擎和計(jì)算邏輯引擎實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、存貯、計(jì)算和傳輸?shù)倪^程。尤其是計(jì)算引擎，可以實(shí)現(xiàn)所有的控制、調(diào)節(jié)、判優(yōu)等模塊功能。

（4）網(wǎng)絡(luò)通訊層：通過通訊數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)算法的下發(fā)、數(shù)據(jù)的上傳和回招等操作，實(shí)現(xiàn)單元和主站、單元之間的通訊。

3.3 配置和控制接口

平臺(tái)通過MQTT物聯(lián)網(wǎng)發(fā)布和訂閱消息的方式進(jìn)行邊緣設(shè)備的分布式配置和控制。

3.4 數(shù)據(jù)通訊接口

邊緣設(shè)備一般具有４~８個(gè)RS485口在總線上通過Modbus、DLT645、CJ/T-188，除此以外在針對工廠DCS設(shè)備時(shí)可以通過OPC協(xié)議。

3.5 安全措施

3.6 軟件開發(fā)和模擬環(huán)境

邊緣計(jì)算軟件開發(fā)平臺(tái)是CentoS6.4 + arm-linux-gcc交叉編譯器。開發(fā)語言是C、C++、python相結(jié)合的方式。

4 和ECC技術(shù)及測試臺(tái)的關(guān)系

4.1 ECC總體架構(gòu)

安泰工業(yè)云是融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的分布式開放平臺(tái)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全和隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)需求。

提供了一個(gè)完整的設(shè)備到企業(yè)級應(yīng)用的統(tǒng)一開放平臺(tái)，用于集成、連接和管理任何協(xié)議、任何網(wǎng)絡(luò)以及分散在不同區(qū)域的智能設(shè)備和子系統(tǒng)。基于平臺(tái)化的集成管理和應(yīng)用開發(fā)，有效實(shí)現(xiàn)企業(yè)與遠(yuǎn)程智能設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)互通互操作，從而幫助企業(yè)打造全透明的智慧工廠設(shè)備設(shè)施集成管理系統(tǒng)，為企業(yè)帶來各種增值服務(wù)。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)與ECC總體架構(gòu)相吻合，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將通過：

·申請邊緣網(wǎng)關(guān)（公司有）；

·申請底層測試設(shè)備；

·搭建開發(fā)環(huán)境（Centos+交叉編譯開發(fā)環(huán)境）；

·組建網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)；

·組織相關(guān)人員等一步步進(jìn)行建立。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)如下：

5 交付件

（1）實(shí)驗(yàn)室邊緣云平臺(tái)搭建，包括基礎(chǔ)設(shè)施、虛擬化部署、平臺(tái)能力和APP部署；

（2）實(shí)驗(yàn)室邊緣云性能及方案測試報(bào)告，包括整體業(yè)務(wù)流程和需求解決方案；

（3）交付基于云平臺(tái)的智慧工廠能效云平臺(tái)；

（4）邊緣網(wǎng)關(guān)軟硬件測試報(bào)告。

６ 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用者

 各類工廠。

７ 知識(shí)產(chǎn)權(quán)說明

 知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬安徽省安泰科技股份有限公司。

８ 部署、操作和訪問使用

·本地端部署在廠區(qū)機(jī)房，本地局域網(wǎng)訪問智慧工廠能效平臺(tái)；

·云端部署在安泰公司，可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行訪問能效平臺(tái)；

·平臺(tái)有統(tǒng)一權(quán)限管理功能，根據(jù)級別限制訪問權(quán)限。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年增刊《邊緣計(jì)算2018專輯》