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1 實驗平臺目標和概述

長久以來，在生產型企業各部門之間分離的IT系統和現場控制系統已經形成了許多大大小小的“信息島”，盡管部門級的系統各自（ERP、DCS等）運行良好，但企業并不能通過這些零散系統的數據和功能建立起企業的全貌，從而造成了大量的信息資產的閑置和浪費。沒有最大化地運用企業的信息化所產生的價值。通過長期的實踐，今天的管理者希望企業內不同的信息化和自動化系統實現集成，融為一體。希望系統能夠提供貫穿整個企業關鍵信息的訪問，甚至可以把這種訪問延伸到政府、客戶和供應商那里，以大大提高工作效率。同時還希望充分利用現有系統的投資，以降低信息化成本，并快速響應業務需求變化以提高競爭力，盡快實現企業的遠景規劃。因此，許多企業將信息融合和應用集成作為數字化企業建設的首要目標。

僅就流程性行業的信息化應用而言：

（1）幾乎所有的企業均不同程度地實施了面向管理和生產調度的MIS、ERP或者EAM系統，有的企業甚至完成了2個以上的版本。

（2）幾乎所有的現場控制系統均實現了自動化控制。通過DCS、電力綜合自動化等系統，可以提供完備的現場實時數據。

（3）辦公自動化系統基本得到了應用，OA使用最廣泛。

（4）各類生產和維護管理系統（設備管理、工作票、檢修管理……）從縱向來說可用。但是系統之間橫向關聯度弱，導致了企業信息的綜合利用無法完成。

以上種種原因，導致了客戶在每一輪的信息化的過程中，每天在各個應用系統之間疲于奔命，決策者無法掌握全面的企業信息，企業的有效信息無法得到真正的深度挖掘。隨著互聯網技術的發展以及云計算、大數據應用的不斷發展，客戶和集成商都不約而同地提出了建立數字企業、實現生產和管理信息融合集成的需求。但是，面臨用戶的龐大的業務和數據量的信息集成、原有系統和信息資源的保護等問題造成了集成的復雜性和有限資源的不斷沖突。在這個沖突中，企業和系統集成商已經意識到原有的解決方案無法實現真正的集成。這些方案僅僅只是不同技術不斷地拼湊，而這些“技術組合”又過于復雜和冗余，導致整合項目需巨額費用支持，許多項目因此胎死腹中。

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算構建智慧工廠解決方案，通過能耗數據采集終端和集成原有各個子系統數據，對工廠內生產、排放、高壓配電、車間能耗數據實時全面采集并運用云+大數據，實現工業“智能制造”的“四化”，基于工業大數據精確、真實和及時的運用，提升制造資源的使用效率和制造質量，降低個性化和試錯的成本，帶來產品制造的持續創新。在傳統能耗監管模式的基礎上整合企業的生產工藝、運行管理、環境保護、產品質量等全方位數據，覆蓋企業從產品原料進廠到最終成品銷售中的各個環節，為企業打造模擬實際生產工況的數字工廠，通過智能調度、大數據分析等一系列手段，幫助企業實現降低生產運行成本、提升能源利用效率的目標。

2 應用場景介紹

智慧工廠能效管理平臺基于邊緣計算的本地快速響應優勢主要體現在如下幾方面：

（1）將廠區內電力、煤、蒸汽、水、壓縮空氣、天然氣等能流通道和主工藝生產過程的集中監控管理，生產調度中心通過生產工藝指標和能源數據以及主要耗能設備狀態參數的集中化、可視化、模型化、標準化，實時掌握裝置設備能耗、運行效率、經濟運行、產量、能源消耗、能源綜合利用等情況的集中監控管理和分析預測，及時采取有效措施，確保裝置設備的開車率、負荷率、效率、成本始終運行在最佳狀態，從而降低能源損耗、原材料消耗，達到低投入高產出的目標，提高市場競爭力。

（2）將廠內排放的環保數據每個測點設定正常范圍值，前端采集設備通過邊緣計算進行比對，一旦出現異常實時報警，自動通知后臺監控中心并進行一系列的設備聯動。

（3）實時采集高壓配電的發電量和廠區的供電量，通過前端設備邊緣計算可快速決定發電機組的啟泵和停泵，將資源利用率最大化。

（4）視頻觸發，安全管理。可通過自定義設置，一旦生產過程數據不在正常的范圍內，智能物聯網終端實時觸發連接的攝像頭進行抓拍、錄像進行本地存儲（在網絡許可情況上傳至后臺監控中心），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，提升生產的安全性。

（5）對重要裝置、設備、采集、網絡、通訊的故障信號、能源系統報警參數超限進行報警提供人工確認與復歸功能。對于以上報警與復歸，均提供終端信息顯示。

2.1 預期成果

實驗平臺通過對生產數據的采集及分析，系統實現最終狀態感知、實時分析、輔助決策、精準定位、學習提升。共有以下效果：

（1）解決廠區所有數據實時采集問題：克服企業數據接口復雜，打破所有子系統信息孤島問題將所有的數據統一進行采集。將各個子系統數據進行集成。利于后期的數據綜合分析。提高用能效率，從而提高廠區生產效益。

（2）解決生產過程中實時響應問題：依賴于前端智能設備邊緣計算，實時運算實時聯動響應，響應后只需將處理結果上報平臺記錄。

（3）解決數據傳達問題：快速將存在于生產、運輸及存儲當中的各類危險源、安全隱患、污水排放等信息從企業或相關委辦傳送到安全生產監督管理部門，可以針對文字、音頻、視頻、圖片等各類數據進行高效的融合，形成有效的綜合信息，進行本地存儲，并綜合上報云端。

（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機器進行數據異常預警、預報及事故經過智能分析后能給出初步的應對策略或方案，通過前端數據分析及云端安全生產大數據分析，前端為客戶提供安全生產綜合數據服務。

（5）解決安全生產信息前端統一監管問題：通過在監管部門部署，安全生產主站一體機，將監管業務及數據處理統一前移，融合網絡、計算、存儲、應用核心能力，提供前端監管服務。

2.2 商業價值

智慧工廠技術的應用，既能實現成本降低，生產管理水平提升，生產能率提高，還使其生產制造資源更加合理化、精細化、有序化使用與管理，實現企業信息化、數字化、現代化建設，構建了一個信息無所不在、無所不通的全數字化、信息化的智能工廠典范，形成一套可復制、可推廣的智慧工廠全息車間技術方案，每年預計可形成5家智慧工廠全息車間，約累計上千萬元的產值，在此期間通過產業化復制模式，全國約累計超過20家，并可產生新的經濟增長點。

2.3 社會價值

智慧工廠具有相當廣泛的應用前景，經濟效益和社會效益明顯， “智慧工廠”將成為物聯網應用最大的市場，將助推傳統工業企業是現代制造業升級轉型，大大提高核心競爭能力。利用此平臺可以通過提高用能效益達到節能的目的，從而實現能源的可持續利用。通過全程跟蹤和監控，智慧工廠在制造過程中，對于水、油、氣的運輸及設備遠程控制的需求更加合理，排放更符合環保要求。此項目在整個制造行業的推廣應用都具有極其強大的典型示范作用，并可以產生巨大的行業影響和價值，幫助政府打造先進的符合中國國情的智能制造信息化產業，提升中國制造業在全球的市場競爭力。

3 實驗平臺技術可行性

平臺采用云計算加邊緣計算，設備和云結合，需要測試如下技術：

·邊緣設備物理鏈路數據采集的正確性；

·邊緣設備無線傳輸（GPRS、NB -IoT，LORA）模塊穩定性測試；

·邊緣設備對下各種解析驅動的正確性測試；

·邊緣設備設備間互聯互通MQTT協議消息發布與推送正確性測試；

·邊緣設備計算測試從平臺下發和執行正確性測試。

3.1 物理平臺

邊緣計算采用安泰自主研發的ADS-6數據網關系列，集數據采集與計算與一體嵌入式設備，是智能設備。其次是測試所用的Modbus、DLT645協議的多功能電表、傳感器和一些PLC設備。

3.2 軟件平臺

邊緣計算軟件平臺處理器TI AM335X， 800MHz，Linux操作系統。

邊緣計算網關軟件架構圖如下:

其中:

（1）硬件互聯層：可以通過獨立設計的通用接口xType接口進行現場設備的I/O交互，考慮到現場大量的第三方設備和通用的傳感器，同時提供第三方的硬件互聯。

（2）數據解析層：通過預制的、可拆卸的現場通訊數據解析的驅動程序，將所有的現場數據歸一化處理，成為統一格式的數據源。對于控制和調節輸出的數據，將按照協議進行逆向處置。

（3）數據和計算層：通過實施數據引擎，歷史數據引擎和計算邏輯引擎實現現場數據的采集、存貯、計算和傳輸的過程。尤其是計算引擎，可以實現所有的控制、調節、判優等模塊功能。

（4）網絡通訊層：通過通訊數據處理實現算法的下發、數據的上傳和回招等操作，實現單元和主站、單元之間的通訊。

3.3 配置和控制接口

平臺通過MQTT物聯網發布和訂閱消息的方式進行邊緣設備的分布式配置和控制。

3.4 數據通訊接口

邊緣設備一般具有４~８個RS485口在總線上通過Modbus、DLT645、CJ/T-188，除此以外在針對工廠DCS設備時可以通過OPC協議。

3.5 安全措施

3.6 軟件開發和模擬環境

邊緣計算軟件開發平臺是CentoS6.4 + arm-linux-gcc交叉編譯器。開發語言是C、C++、python相結合的方式。

4 和ECC技術及測試臺的關系

4.1 ECC總體架構

安泰工業云是融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的分布式開放平臺，滿足行業數字化在敏捷聯接、實時業務、數據優化、應用智能、安全和隱私保護等方面的關鍵技術環節需求。

提供了一個完整的設備到企業級應用的統一開放平臺，用于集成、連接和管理任何協議、任何網絡以及分散在不同區域的智能設備和子系統。基于平臺化的集成管理和應用開發，有效實現企業與遠程智能設備和系統進行互聯互通互操作，從而幫助企業打造全透明的智慧工廠設備設施集成管理系統，為企業帶來各種增值服務。

實驗平臺架構與ECC總體架構相吻合，實驗平臺將通過：

·申請邊緣網關（公司有）；

·申請底層測試設備；

·搭建開發環境（Centos+交叉編譯開發環境）；

·組建網絡局域網；

·組織相關人員等一步步進行建立。實驗平臺架構如下：

5 交付件

（1）實驗室邊緣云平臺搭建，包括基礎設施、虛擬化部署、平臺能力和APP部署；

（2）實驗室邊緣云性能及方案測試報告，包括整體業務流程和需求解決方案；

（3）交付基于云平臺的智慧工廠能效云平臺；

（4）邊緣網關軟硬件測試報告。

６ 實驗平臺使用者

 各類工廠。

７ 知識產權說明

 知識產權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

·本地端部署在廠區機房，本地局域網訪問智慧工廠能效平臺；

·云端部署在安泰公司，可以通過互聯網進行訪問能效平臺；

·平臺有統一權限管理功能，根據級別限制訪問權限。

摘自《自動化博覽》2018年增刊《邊緣計算2018專輯》