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1 實驗平臺目標(biāo)和概述

在工業(yè)4.0、互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的大背景下，信息技術(shù)融入工業(yè)，極大提升了實體經(jīng)濟(jì)的創(chuàng)新力和生產(chǎn)力；工業(yè)生產(chǎn)的信息化，也為互聯(lián)網(wǎng)概念的落地提供了數(shù)據(jù)支撐。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)正在加快驅(qū)動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、資源配置、生產(chǎn)管理模式的革新，切實的落地方案是近期業(yè)內(nèi)一大需求，集中體現(xiàn)在三個方面：

（1）數(shù)據(jù)接入問題——KingIOBox具備多種鏈路、協(xié)議；

（2）軟硬件的適配問題——KingIOBox廣泛兼容硬件平臺，極大降低了選型、組網(wǎng)難度；

（3）數(shù)據(jù)共享問題——KingIOBox支持多種對外接

口，JAVA API、MQTT、Modbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)。KingIOBox平臺聚焦更全面、準(zhǔn)確、高效的數(shù)據(jù)采集需求，致力于提供分散式、輕量化、低成本的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品&解決方案。

2 應(yīng)用場景介紹

（1）數(shù)據(jù)源空間分步廣泛，如城市供水、供熱，河流；電站監(jiān)控等。

（2）不便于布線、配置工控機(jī)的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，如離散、連續(xù)生產(chǎn)的生產(chǎn)線現(xiàn)場控制、遠(yuǎn)程運(yùn)維。

（3）設(shè)備種類、接口、協(xié)議繁多，難以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集需求，如不同品牌機(jī)床、PLC、儀表的數(shù)據(jù)采集。

2.1 預(yù)期成果

·連接工業(yè)設(shè)備與云端，實時準(zhǔn)確地將生產(chǎn)、環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送到云端；

·減輕云平臺計算壓力，提前將海量數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、邏輯判斷、篩選，實現(xiàn)邊緣計算。

2.2 技術(shù)的示范效應(yīng)

KingIOBox是網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域的一次跨越性嘗試，為網(wǎng)關(guān)的功能設(shè)定、軟硬件配合方式勾畫了更為廣闊的技術(shù)前景，一方面極大豐富了工業(yè)網(wǎng)關(guān)的協(xié)議支持種類，另一方面樹立了一個軟件與多種不同邊緣硬件適配的典范，為邊緣計算在軟、硬件選擇的靈活性方面做出了積極的技術(shù)探索。

2.3 商業(yè)價值

為云平臺、大數(shù)據(jù)、人工智能廠家提供所需的運(yùn)算、訓(xùn)練資源，通過數(shù)據(jù)接入的便利化，帶動IT技術(shù)與OT的融合，形成更加輕量化、高效的工廠數(shù)字化、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)落地方案，加速工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與生產(chǎn)實際的對接，為新商業(yè)模式的誕生創(chuàng)造可能。

2.4 社會價值

KingIOBox平臺的成熟和推廣，必然極大降低工業(yè)數(shù)據(jù)采集的技術(shù)難度、實施成本，將為工廠、農(nóng)業(yè)、生活構(gòu)建一個便捷高效的與云端交互的邊緣節(jié)點(diǎn)，促進(jìn)生產(chǎn)運(yùn)維、行業(yè)監(jiān)管、城市服務(wù)等多方面的轉(zhuǎn)型，使得現(xiàn)實世界、邊緣節(jié)點(diǎn)、云端的連接更加緊密，提升行業(yè)生產(chǎn)力、管理效率、生活品質(zhì)。

3 實驗平臺技術(shù)可行性

數(shù)據(jù)解析/加密技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)存儲、API接口、Linux系統(tǒng)兼容技術(shù)等。

3.1 物理平臺

智能工業(yè)網(wǎng)關(guān)

3.2 軟件平臺

操作系統(tǒng)：Linux系統(tǒng)中間件： libevent-2.0.22-stable sqlite-snapshot-201803072139 c-ares-1.13.0 openssl-1.1.2n mosquitto-1.4.14

開發(fā)軟件：QT,VS Code。

3.3 配置和控制接口

網(wǎng)關(guān)內(nèi)存大于256M，具備串口、網(wǎng)口、USB、藍(lán)牙、CAN中的一種或多種接口。

3.4 數(shù)據(jù)通訊接口

設(shè)備以多種協(xié)議、多種形式接入KingIOBox平臺，再通過MQTT方式轉(zhuǎn)發(fā)至第三方軟件。

3.5 產(chǎn)品功能

·用戶管理功能：實現(xiàn)管理中心、數(shù)據(jù)終端和維護(hù)中心的用戶管理功能。
·授權(quán)管理功能：KingIOBox產(chǎn)品采用中心授權(quán)方式，對數(shù)據(jù)終端的采集實例數(shù)進(jìn)行限制。

·數(shù)據(jù)終端管理功能：實現(xiàn)對數(shù)據(jù)終端的ID分配、ID綁定解除功能，同時完成增加、刪除數(shù)據(jù)終端的功能。

·工程管理功能：實現(xiàn)對管理中心中工程的新建、刪除、修改、導(dǎo)入、導(dǎo)出、克隆和保存的功能。

·工程配置功能：實現(xiàn)對工程中的設(shè)備和變量增加、刪除、查看和修改的功能。

·部署功能：實現(xiàn)向盒子部署程序和工程的功能。

·采集功能：實現(xiàn)對主流的、通用協(xié)議的設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行采集和讀寫的功能。

·監(jiān)控功能：實現(xiàn)對采集過程中數(shù)據(jù)終端采集實例的控制和監(jiān)視功能，同時實現(xiàn)重置采集終端的功能。

·轉(zhuǎn)發(fā)功能：實現(xiàn)向第三方客戶端發(fā)布數(shù)據(jù)（實時數(shù)據(jù)），本版本支持MQTT轉(zhuǎn)發(fā)。

·故障診斷功能：實現(xiàn)診斷數(shù)據(jù)終端采集故障的功能，包括管理中心中的初步故障診斷功能和維護(hù)中心的故障診斷功能兩部分。

·看門狗功能：實現(xiàn)在數(shù)據(jù)終端采集實例卡死或異常停止運(yùn)行時自動重啟的功能。

采集功能

采集功能由數(shù)據(jù)終端中的KingIOBox采集進(jìn)程完成，能采集多種工作模式協(xié)議設(shè)備的數(shù)據(jù)（問答、主動上發(fā)、問答和主動上發(fā)混合），工程中每個設(shè)備啟動一個KingIOBox采集進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，能夠?qū)ο鄳?yīng)設(shè)備進(jìn)行讀寫。

支持的具體設(shè)備/協(xié)議如下 ：

支持的采集數(shù)據(jù)類型：

BIT、BYTE、SHORT、USHORT、LONG、FLOAT、STRING、DOUBLE、INT64

監(jiān)控功能

監(jiān)控功能包括監(jiān)視和控制兩方面的內(nèi)容，由管理中心和數(shù)據(jù)終端共同完成。管理中心能夠同時監(jiān)視多個數(shù)據(jù)終端的連接狀態(tài)和采集狀態(tài)，能夠通過名字快速找到需要的數(shù)據(jù)終端，能夠控制單個和多個數(shù)據(jù)終端的啟停，并能夠重置數(shù)據(jù)終端。數(shù)據(jù)終端能夠查看設(shè)備的采集狀態(tài)（正常或異常），變量的值、時間戳、質(zhì)量戳，并能對變量進(jìn)行讀寫。同時數(shù)據(jù)終端中采集初始化信息和讀寫成功失敗信息需要保存。

管理中心監(jiān)控功能

管理中心顯示所有數(shù)據(jù)終端ID綁定的數(shù)據(jù)終端。數(shù)據(jù)終端信息包括是否在線和是否采集。數(shù)據(jù)終端列表的操作包括啟動采集、批量啟動采集、停止采集、批量停止采集和重置操作。建議數(shù)據(jù)終端列表圖如下：

（1）離線時是顯示采集狀態(tài)為停止。

（2）離線和停止?fàn)顟B(tài)需要和正常的狀態(tài)做區(qū)別，需要顯眼。

（3）點(diǎn)擊重置數(shù)據(jù)終端按鈕，數(shù)據(jù)終端中的數(shù)據(jù)終端ID清除，并同時刪除數(shù)據(jù)終端中的工程。

數(shù)據(jù)終端監(jiān)控功能

數(shù)據(jù)終端端能夠?qū)?shù)據(jù)終端中設(shè)備的設(shè)備地址、鏈路信息、設(shè)備廠家和設(shè)備連接信息進(jìn)行顯示。

鏈路信息：（1）以太網(wǎng)：顯示以太網(wǎng)；（2）串口：顯示端口號、波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位和停止位，以分號隔開。

數(shù)據(jù)終端端能夠?qū)?shù)據(jù)終端中的關(guān)聯(lián)設(shè)備、數(shù)據(jù)類型、寄存器地址、讀寫類型、變量的值、時間戳和描述實時顯示。并能對變量進(jìn)行讀寫，讀寫完成后能將讀寫成功或失敗信息保存。示意圖如下：

此外，KingIOBox可將解析、運(yùn)算過的數(shù)據(jù)存入MySQL等數(shù)據(jù)庫，或通過JAVA API將數(shù)據(jù)共享給其它邊緣計算節(jié)點(diǎn)或云平臺。

3.6安全措施

·ssl加密算法、數(shù)字證書。

·終端設(shè)備唯一ID標(biāo)識，以及配套的授權(quán)功能。

·數(shù)據(jù)交互。

KingIOBox通過【管理中心】將【數(shù)據(jù)中心】的公網(wǎng)IP地址及端口號寫入網(wǎng)關(guān)，啟動采集后，網(wǎng)關(guān)會主動連接【數(shù)據(jù)中心】，按照亞控KingIOBox內(nèi)部的密文格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。KingIOBox實驗平臺與云端數(shù)據(jù)、管理、維護(hù)中心的數(shù)據(jù)交互均采用亞控內(nèi)部制定的數(shù)據(jù)格式，沒有協(xié)議說明即使截獲數(shù)據(jù)幀也無法獲知通訊內(nèi)容。

網(wǎng)關(guān)只與【數(shù)據(jù)中心】進(jìn)行單向連接（即只有網(wǎng)關(guān)連接數(shù)據(jù)中心）的數(shù)據(jù)交互，其它IP地址的指令會被過濾；

·權(quán)限管理

【管理中心】、【數(shù)據(jù)中心】都具備獨(dú)立的用戶賬戶、密碼管理系統(tǒng)。所有配置文檔進(jìn)行加密保存。

·日志&診斷系統(tǒng)

KingIOBox具備詳盡的系統(tǒng)日志及故障診斷功能，對關(guān)鍵線程持續(xù)監(jiān)控，每一次告警及未識別的信息都會被完整記錄，并可以按等級篩選、導(dǎo)出。

·代碼安全審計（完善中）

通過自動化的測試工具，對KingIOBox每個關(guān)鍵組件進(jìn)行單獨(dú)審核，旨在發(fā)現(xiàn)程序錯誤，安全漏洞和違反程序規(guī)范

3.7 軟件開發(fā)和模擬環(huán)境

Linux Ubuntu。

4 和ECC技術(shù)及測試臺的關(guān)系

4.1 ECC總體架構(gòu)

KingIOBox平臺屬于ECC總體架構(gòu)中的基礎(chǔ)部分，為上層的算法和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

4.2 ECC實驗平臺

KingIOBox平臺與已審批的ECC實驗平臺側(cè)重點(diǎn)不同，存在互補(bǔ)性與較大合作空間，KingIOBox更專注于異構(gòu)數(shù)據(jù)的解析，且能夠適配不同硬件平臺，可以為其它ECC實驗平臺提供豐富、準(zhǔn)確的底層數(shù)據(jù)，并預(yù)留了讀、寫操作的接口。

5 交付件

·KingIOBox數(shù)據(jù)、管理、維護(hù)中心軟件；

·工業(yè)設(shè)備通訊驅(qū)動文件。

6 實驗平臺使用者

工業(yè)自動化、信息化廠家可在生產(chǎn)線或環(huán)境監(jiān)測項目中借助KingIOBox實驗平臺，實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的邊緣計算（采集、運(yùn)算、轉(zhuǎn)發(fā)）。

7 知識產(chǎn)權(quán)說明

知識產(chǎn)權(quán)歸北京亞控科技發(fā)展有限公司所有。

8 部署、操作和訪問使用

在現(xiàn)場與設(shè)備相連，通過4G、wi-fi或有線網(wǎng)絡(luò)連接至因特網(wǎng)，在云端安裝管理中心軟件，實現(xiàn)與邊緣網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)交互，可以對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制。

摘自《自動化博覽》2018年增刊《邊緣計算2018專輯》