1 實(shí)驗平臺目標和概述

在工業(yè)4.0、互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的大背景下，信息技術(shù)融入工業(yè)，極大提升了實(shí)體經(jīng)濟的創(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據支撐。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)正在加快驅動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉型升級、資源配置、生產(chǎn)管理模式的革新，切實(shí)的落地方案是近期業(yè)內一大需求，集中體現在三個(gè)方面：

（1）數據接入問(wèn)題——KingIOBox具備多種鏈路、協(xié)議；

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

（3）數據共享問(wèn)題——KingIOBox支持多種對外接

口，JAVA API、MQTT、Modbus標準協(xié)議轉發(fā)。KingIOBox平臺聚焦更全面、準確、高效的數據采集需求，致力于提供分散式、輕量化、低成本的數據采集產(chǎn)品&解決方案。

2 應用場(chǎng)景介紹

（1）數據源空間分步廣泛，如城市供水、供熱，河流；電站監控等。

（2）不便于布線(xiàn)、配置工控機的工業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)，如離散、連續生產(chǎn)的生產(chǎn)線(xiàn)現場(chǎng)控制、遠程運維。

（3）設備種類(lèi)、接口、協(xié)議繁多，難以統一的數據采集需求，如不同品牌機床、PLC、儀表的數據采集。

2.1 預期成果

·連接工業(yè)設備與云端，實(shí)時(shí)準確地將生產(chǎn)、環(huán)境數據發(fā)送到云端；

·減輕云平臺計算壓力，提前將海量數據進(jìn)行解析、邏輯判斷、篩選，實(shí)現邊緣計算。

2.2 技術(shù)的示范效應

KingIOBox是網(wǎng)關(guān)數據采集領(lǐng)域的一次跨越性嘗試，為網(wǎng)關(guān)的功能設定、軟硬件配合方式勾畫(huà)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(lèi)，另一方面樹(shù)立了一個(gè)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(jià)值

為云平臺、大數據、人工智能廠(chǎng)家提供所需的運算、訓練資源，通過(guò)數據接入的便利化，帶動(dòng)IT技術(shù)與OT的融合，形成更加輕量化、高效的工廠(chǎng)數字化、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(shí)際的對接，為新商業(yè)模式的誕生創(chuàng )造可能。

2.4 社會(huì )價(jià)值

KingIOBox平臺的成熟和推廣，必然極大降低工業(yè)數據采集的技術(shù)難度、實(shí)施成本，將為工廠(chǎng)、農業(yè)、生活構建一個(gè)便捷高效的與云端交互的邊緣節點(diǎn)，促進(jìn)生產(chǎn)運維、行業(yè)監管、城市服務(wù)等多方面的轉型，使得現實(shí)世界、邊緣節點(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(shí)驗平臺技術(shù)可行性

數據解析/加密技術(shù)、數據轉發(fā)、數據存儲、API接口、Linux系統兼容技術(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：Linux系統中間件： libevent-2.0.22-stable sqlite-snapshot-201803072139 c-ares-1.13.0 openssl-1.1.2n mosquitto-1.4.14

開(kāi)發(fā)軟件：QT,VS Code。

3.3 配置和控制接口

網(wǎng)關(guān)內存大于256M，具備串口、網(wǎng)口、USB、藍牙、CAN中的一種或多種接口。

3.4 數據通訊接口

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

3.5 產(chǎn)品功能

·用戶(hù)管理功能：實(shí)現管理中心、數據終端和維護中心的用戶(hù)管理功能。
·授權管理功能：KingIOBox產(chǎn)品采用中心授權方式，對數據終端的采集實(shí)例數進(jìn)行限制。

·數據終端管理功能：實(shí)現對數據終端的ID分配、ID綁定解除功能，同時(shí)完成增加、刪除數據終端的功能。

·工程管理功能：實(shí)現對管理中心中工程的新建、刪除、修改、導入、導出、克隆和保存的功能。

·工程配置功能：實(shí)現對工程中的設備和變量增加、刪除、查看和修改的功能。

·部署功能：實(shí)現向盒子部署程序和工程的功能。

·采集功能：實(shí)現對主流的、通用協(xié)議的設備和系統進(jìn)行采集和讀寫(xiě)的功能。

·監控功能：實(shí)現對采集過(guò)程中數據終端采集實(shí)例的控制和監視功能，同時(shí)實(shí)現重置采集終端的功能。

·轉發(fā)功能：實(shí)現向第三方客戶(hù)端發(fā)布數據（實(shí)時(shí)數據），本版本支持MQTT轉發(fā)。

·故障診斷功能：實(shí)現診斷數據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中心的故障診斷功能兩部分。

·看門(mén)狗功能：實(shí)現在數據終端采集實(shí)例卡死或異常停止運行時(shí)自動(dòng)重啟的功能。

采集功能

采集功能由數據終端中的KingIOBox采集進(jìn)程完成，能采集多種工作模式協(xié)議設備的數據（問(wèn)答、主動(dòng)上發(fā)、問(wèn)答和主動(dòng)上發(fā)混合），工程中每個(gè)設備啟動(dòng)一個(gè)KingIOBox采集進(jìn)程進(jìn)行數據采集，能夠對相應設備進(jìn)行讀寫(xiě)。

支持的具體設備/協(xié)議如下 ：

支持的采集數據類(lèi)型：

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

監控功能

監控功能包括監視和控制兩方面的內容，由管理中心和數據終端共同完成。管理中心能夠同時(shí)監視多個(gè)數據終端的連接狀態(tài)和采集狀態(tài)，能夠通過(guò)名字快速找到需要的數據終端，能夠控制單個(gè)和多個(gè)數據終端的啟停，并能夠重置數據終端。數據終端能夠查看設備的采集狀態(tài)（正?；虍惓＃?，變量的值、時(shí)間戳、質(zhì)量戳，并能對變量進(jìn)行讀寫(xiě)。同時(shí)數據終端中采集初始化信息和讀寫(xiě)成功失敗信息需要保存。

管理中心監控功能

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

（1）離線(xiàn)時(shí)是顯示采集狀態(tài)為停止。

（2）離線(xiàn)和停止狀態(tài)需要和正常的狀態(tài)做區別，需要顯眼。

（3）點(diǎn)擊重置數據終端按鈕，數據終端中的數據終端ID清除，并同時(shí)刪除數據終端中的工程。

數據終端監控功能

數據終端端能夠對數據終端中設備的設備地址、鏈路信息、設備廠(chǎng)家和設備連接信息進(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、數據位和停止位，以分號隔開(kāi)。

數據終端端能夠對數據終端中的關(guān)聯(lián)設備、數據類(lèi)型、寄存器地址、讀寫(xiě)類(lèi)型、變量的值、時(shí)間戳和描述實(shí)時(shí)顯示。并能對變量進(jìn)行讀寫(xiě)，讀寫(xiě)完成后能將讀寫(xiě)成功或失敗信息保存。示意圖如下：

此外，KingIOBox可將解析、運算過(guò)的數據存入MySQL等數據庫，或通過(guò)JAVA API將數據共享給其它邊緣計算節點(diǎn)或云平臺。

3.6安全措施

·ssl加密算法、數字證書(shū)。

·終端設備唯一ID標識，以及配套的授權功能。

·數據交互。

KingIOBox通過(guò)【管理中心】將【數據中心】的公網(wǎng)IP地址及端口號寫(xiě)入網(wǎng)關(guān)，啟動(dòng)采集后，網(wǎng)關(guān)會(huì )主動(dòng)連接【數據中心】，按照亞控KingIOBox內部的密文格式進(jìn)行數據傳輸。KingIOBox實(shí)驗平臺與云端數據、管理、維護中心的數據交互均采用亞控內部制定的數據格式，沒(méi)有協(xié)議說(shuō)明即使截獲數據幀也無(wú)法獲知通訊內容。

網(wǎng)關(guān)只與【數據中心】進(jìn)行單向連接（即只有網(wǎng)關(guān)連接數據中心）的數據交互，其它IP地址的指令會(huì )被過(guò)濾；

·權限管理

【管理中心】、【數據中心】都具備獨立的用戶(hù)賬戶(hù)、密碼管理系統。所有配置文檔進(jìn)行加密保存。

·日志&診斷系統

KingIOBox具備詳盡的系統日志及故障診斷功能，對關(guān)鍵線(xiàn)程持續監控，每一次告警及未識別的信息都會(huì )被完整記錄，并可以按等級篩選、導出。

·代碼安全審計（完善中）

通過(guò)自動(dòng)化的測試工具，對KingIOBox每個(gè)關(guān)鍵組件進(jìn)行單獨審核，旨在發(fā)現程序錯誤，安全漏洞和違反程序規范

3.7 軟件開(kāi)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

KingIOBox平臺屬于ECC總體架構中的基礎部分，為上層的算法和應用提供數據支撐。

4.2 ECC實(shí)驗平臺

KingIOBox平臺與已審批的ECC實(shí)驗平臺側重點(diǎn)不同，存在互補性與較大合作空間，KingIOBox更專(zhuān)注于異構數據的解析，且能夠適配不同硬件平臺，可以為其它ECC實(shí)驗平臺提供豐富、準確的底層數據，并預留了讀、寫(xiě)操作的接口。

5 交付件

·KingIOBox數據、管理、維護中心軟件；

·工業(yè)設備通訊驅動(dòng)文件。

6 實(shí)驗平臺使用者

工業(yè)自動(dòng)化、信息化廠(chǎng)家可在生產(chǎn)線(xiàn)或環(huán)境監測項目中借助KingIOBox實(shí)驗平臺，實(shí)現工業(yè)數據的邊緣計算（采集、運算、轉發(fā)）。

7 知識產(chǎn)權說(shuō)明

知識產(chǎn)權歸北京亞控科技發(fā)展有限公司所有。

8 部署、操作和訪(fǎng)問(wèn)使用

在現場(chǎng)與設備相連，通過(guò)4G、wi-fi或有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接至因特網(wǎng)，在云端安裝管理中心軟件，實(shí)現與邊緣網(wǎng)關(guān)的數據交互，可以對生產(chǎn)設備進(jìn)行遠程監視、控制。

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