1 實(shí)驗平臺目標和概述

長(cháng)久以來(lái)，在生產(chǎn)型企業(yè)各部門(mén)之間分離的IT系統和現場(chǎng)控制系統已經(jīng)形成了許多大大小小的“信息島”，盡管部門(mén)級的系統各自（ERP、DCS等）運行良好，但企業(yè)并不能通過(guò)這些零散系統的數據和功能建立起企業(yè)的全貌，從而造成了大量的信息資產(chǎn)的閑置和浪費。沒(méi)有最大化地運用企業(yè)的信息化所產(chǎn)生的價(jià)值。通過(guò)長(cháng)期的實(shí)踐，今天的管理者希望企業(yè)內不同的信息化和自動(dòng)化系統實(shí)現集成，融為一體。希望系統能夠提供貫穿整個(gè)企業(yè)關(guān)鍵信息的訪(fǎng)問(wèn)，甚至可以把這種訪(fǎng)問(wèn)延伸到政府、客戶(hù)和供應商那里，以大大提高工作效率。同時(shí)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(yè)務(wù)需求變化以提高競爭力，盡快實(shí)現企業(yè)的遠景規劃。因此，許多企業(yè)將信息融合和應用集成作為數字化企業(yè)建設的首要目標。

僅就流程性行業(yè)的信息化應用而言：

（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)調度的MIS、ERP或者EAM系統，有的企業(yè)甚至完成了2個(gè)以上的版本。

（2）幾乎所有的現場(chǎng)控制系統均實(shí)現了自動(dòng)化控制。通過(guò)DCS、電力綜合自動(dòng)化等系統，可以提供完備的現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據。

（3）辦公自動(dòng)化系統基本得到了應用，OA使用最廣泛。

（4）各類(lèi)生產(chǎn)和維護管理系統（設備管理、工作票、檢修管理……）從縱向來(lái)說(shuō)可用。但是系統之間橫向關(guān)聯(lián)度弱，導致了企業(yè)信息的綜合利用無(wú)法完成。

以上種種原因，導致了客戶(hù)在每一輪的信息化的過(guò)程中，每天在各個(gè)應用系統之間疲于奔命，決策者無(wú)法掌握全面的企業(yè)信息，企業(yè)的有效信息無(wú)法得到真正的深度挖掘。隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及云計算、大數據應用的不斷發(fā)展，客戶(hù)和集成商都不約而同地提出了建立數字企業(yè)、實(shí)現生產(chǎn)和管理信息融合集成的需求。但是，面臨用戶(hù)的龐大的業(yè)務(wù)和數據量的信息集成、原有系統和信息資源的保護等問(wèn)題造成了集成的復雜性和有限資源的不斷沖突。在這個(gè)沖突中，企業(yè)和系統集成商已經(jīng)意識到原有的解決方案無(wú)法實(shí)現真正的集成。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(guò)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(wèn)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(chǎng)解決方案，通過(guò)能耗數據采集終端和集成原有各個(gè)子系統數據，對工廠(chǎng)內生產(chǎn)、排放、高壓配電、車(chē)間能耗數據實(shí)時(shí)全面采集并運用云+大數據，實(shí)現工業(yè)“智能制造”的“四化”，基于工業(yè)大數據精確、真實(shí)和及時(shí)的運用，提升制造資源的使用效率和制造質(zhì)量，降低個(gè)性化和試錯的成本，帶來(lái)產(chǎn)品制造的持續創(chuàng )新。在傳統能耗監管模式的基礎上整合企業(yè)的生產(chǎn)工藝、運行管理、環(huán)境保護、產(chǎn)品質(zhì)量等全方位數據，覆蓋企業(yè)從產(chǎn)品原料進(jìn)廠(chǎng)到最終成品銷(xiāo)售中的各個(gè)環(huán)節，為企業(yè)打造模擬實(shí)際生產(chǎn)工況的數字工廠(chǎng)，通過(guò)智能調度、大數據分析等一系列手段，幫助企業(yè)實(shí)現降低生產(chǎn)運行成本、提升能源利用效率的目標。

2 應用場(chǎng)景介紹

智慧工廠(chǎng)能效管理平臺基于邊緣計算的本地快速響應優(yōu)勢主要體現在如下幾方面：

（1）將廠(chǎng)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(chǎn)過(guò)程的集中監控管理，生產(chǎn)調度中心通過(guò)生產(chǎn)工藝指標和能源數據以及主要耗能設備狀態(tài)參數的集中化、可視化、模型化、標準化，實(shí)時(shí)掌握裝置設備能耗、運行效率、經(jīng)濟運行、產(chǎn)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(shí)采取有效措施，確保裝置設備的開(kāi)車(chē)率、負荷率、效率、成本始終運行在最佳狀態(tài)，從而降低能源損耗、原材料消耗，達到低投入高產(chǎn)出的目標，提高市場(chǎng)競爭力。

（2）將廠(chǎng)內排放的環(huán)保數據每個(gè)測點(diǎn)設定正常范圍值，前端采集設備通過(guò)邊緣計算進(jìn)行比對，一旦出現異常實(shí)時(shí)報警，自動(dòng)通知后臺監控中心并進(jìn)行一系列的設備聯(lián)動(dòng)。

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

（4）視頻觸發(fā)，安全管理?？赏ㄟ^(guò)自定義設置，一旦生產(chǎn)過(guò)程數據不在正常的范圍內，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（在網(wǎng)絡(luò )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(chǎn)的安全性。

（5）對重要裝置、設備、采集、網(wǎng)絡(luò )、通訊的故障信號、能源系統報警參數超限進(jìn)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(shí)驗平臺通過(guò)對生產(chǎn)數據的采集及分析，系統實(shí)現最終狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、輔助決策、精準定位、學(xué)習提升。共有以下效果：

（1）解決廠(chǎng)區所有數據實(shí)時(shí)采集問(wèn)題：克服企業(yè)數據接口復雜，打破所有子系統信息孤島問(wèn)題將所有的數據統一進(jìn)行采集。將各個(gè)子系統數據進(jìn)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(chǎng)區生產(chǎn)效益。

（2）解決生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)響應問(wèn)題：依賴(lài)于前端智能設備邊緣計算，實(shí)時(shí)運算實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)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(wèn)題：快速將存在于生產(chǎn)、運輸及存儲當中的各類(lèi)危險源、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)監督管理部門(mén)，可以針對文字、音頻、視頻、圖片等各類(lèi)數據進(jìn)行高效的融合，形成有效的綜合信息，進(jìn)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(wèn)題：可以有針對性地對于前端各類(lèi)重要的生產(chǎn)機器進(jìn)行數據異常預警、預報及事故經(jīng)過(guò)智能分析后能給出初步的應對策略或方案，通過(guò)前端數據分析及云端安全生產(chǎn)大數據分析，前端為客戶(hù)提供安全生產(chǎn)綜合數據服務(wù)。

（5）解決安全生產(chǎn)信息前端統一監管問(wèn)題：通過(guò)在監管部門(mén)部署，安全生產(chǎn)主站一體機，將監管業(yè)務(wù)及數據處理統一前移，融合網(wǎng)絡(luò )、計算、存儲、應用核心能力，提供前端監管服務(wù)。

2.2 商業(yè)價(jià)值

智慧工廠(chǎng)技術(shù)的應用，既能實(shí)現成本降低，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、精細化、有序化使用與管理，實(shí)現企業(yè)信息化、數字化、現代化建設，構建了一個(gè)信息無(wú)所不在、無(wú)所不通的全數字化、信息化的智能工廠(chǎng)典范，形成一套可復制、可推廣的智慧工廠(chǎng)全息車(chē)間技術(shù)方案，每年預計可形成5家智慧工廠(chǎng)全息車(chē)間，約累計上千萬(wàn)元的產(chǎn)值，在此期間通過(guò)產(chǎn)業(yè)化復制模式，全國約累計超過(guò)20家，并可產(chǎn)生新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)。

2.3 社會(huì )價(jià)值

智慧工廠(chǎng)具有相當廣泛的應用前景，經(jīng)濟效益和社會(huì )效益明顯， “智慧工廠(chǎng)”將成為物聯(lián)網(wǎng)應用最大的市場(chǎng)，將助推傳統工業(yè)企業(yè)是現代制造業(yè)升級轉型，大大提高核心競爭能力。利用此平臺可以通過(guò)提高用能效益達到節能的目的，從而實(shí)現能源的可持續利用。通過(guò)全程跟蹤和監控，智慧工廠(chǎng)在制造過(guò)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(huán)保要求。此項目在整個(gè)制造行業(yè)的推廣應用都具有極其強大的典型示范作用，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(chǎng)競爭力。

3 實(shí)驗平臺技術(shù)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(shù)：

·邊緣設備物理鏈路數據采集的正確性；

·邊緣設備無(wú)線(xiàn)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(dòng)的正確性測試；

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

·邊緣設備計算測試從平臺下發(fā)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(fā)的ADS-6數據網(wǎng)關(guān)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(xié)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(wǎng)關(guān)軟件架構圖如下:

其中:

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

（2）數據解析層：通過(guò)預制的、可拆卸的現場(chǎng)通訊數據解析的驅動(dòng)程序，將所有的現場(chǎng)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(xié)議進(jìn)行逆向處置。

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

（4）網(wǎng)絡(luò )通訊層：通過(guò)通訊數據處理實(shí)現算法的下發(fā)、數據的上傳和回招等操作，實(shí)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(guò)MQTT物聯(lián)網(wǎng)發(fā)布和訂閱消息的方式進(jìn)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(gè)RS485口在總線(xiàn)上通過(guò)Modbus、DLT645、CJ/T-188，除此以外在針對工廠(chǎng)DCS設備時(shí)可以通過(guò)OPC協(xié)議。

3.5 安全措施

3.6 軟件開(kāi)發(fā)和模擬環(huán)境

邊緣計算軟件開(kāi)發(fā)平臺是CentoS6.4 + arm-linux-gcc交叉編譯器。開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是C、C++、python相結合的方式。

4 和ECC技術(shù)及測試臺的關(guān)系

4.1 ECC總體架構

安泰工業(yè)云是融合網(wǎng)絡(luò )、計算、存儲、應用核心能力的分布式開(kāi)放平臺，滿(mǎn)足行業(yè)數字化在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數據優(yōu)化、應用智能、安全和隱私保護等方面的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節需求。

提供了一個(gè)完整的設備到企業(yè)級應用的統一開(kāi)放平臺，用于集成、連接和管理任何協(xié)議、任何網(wǎng)絡(luò )以及分散在不同區域的智能設備和子系統?；谄脚_化的集成管理和應用開(kāi)發(fā)，有效實(shí)現企業(yè)與遠程智能設備和系統進(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(chǎng)設備設施集成管理系統，為企業(yè)帶來(lái)各種增值服務(wù)。

實(shí)驗平臺架構與ECC總體架構相吻合，實(shí)驗平臺將通過(guò)：

·申請邊緣網(wǎng)關(guān)（公司有）；

·申請底層測試設備；

·搭建開(kāi)發(fā)環(huán)境（Centos+交叉編譯開(kāi)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)驗平臺架構如下：

5 交付件

（1）實(shí)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(shí)驗室邊緣云性能及方案測試報告，包括整體業(yè)務(wù)流程和需求解決方案；

（3）交付基于云平臺的智慧工廠(chǎng)能效云平臺；

（4）邊緣網(wǎng)關(guān)軟硬件測試報告。

６ 實(shí)驗平臺使用者

 各類(lèi)工廠(chǎng)。

７ 知識產(chǎn)權說(shuō)明

 知識產(chǎn)權歸屬安徽省安泰科技股份有限公司。

８ 部署、操作和訪(fǎng)問(wèn)使用

·本地端部署在廠(chǎng)區機房，本地局域網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)智慧工廠(chǎng)能效平臺；

·云端部署在安泰公司，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)能效平臺；

·平臺有統一權限管理功能，根據級別限制訪(fǎng)問(wèn)權限。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年增刊《邊緣計算2018專(zhuān)輯》