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1 實驗平臺目標和概述

在工業(yè)4.0、互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的大背景下，信息技術融入工業(yè)，極大提升了實體經(jīng)濟的創(chuàng)新力和生產力；工業(yè)生產的信息化，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)正在加快驅動產業(yè)轉型升級、資源配置、生產管理模式的革新，切實的落地方案是近期業(yè)內一大需求，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標準協(xié)議轉發(fā)。KingIOBox平臺聚焦更全面、準確、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)采集產品&解決方案。

2 應用場景介紹

（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、配置工控機的工業(yè)生產現(xiàn)場，如離散、連續(xù)生產的生產線現(xiàn)場控制、遠程運維。

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

2.1 預期成果

·連接工業(yè)設備與云端，實時準確地將生產、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)進行解析、邏輯判斷、篩選，實現(xiàn)邊緣計算。

2.2 技術的示范效應

KingIOBox是網(wǎng)關數(shù)據(jù)采集領域的一次跨越性嘗試，為網(wǎng)關的功能設定、軟硬件配合方式勾畫了更為廣闊的技術前景，一方面極大豐富了工業(yè)網(wǎng)關的協(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算、訓練資源，通過數(shù)據(jù)接入的便利化，帶動IT技術與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)采集的技術難度、實施成本，將為工廠、農業(yè)、生活構建一個便捷高效的與云端交互的邊緣節(jié)點，促進生產運維、行業(yè)監(jiān)管、城市服務等多方面的轉型，使得現(xiàn)實世界、邊緣節(jié)點、云端的連接更加緊密，提升行業(yè)生產力、管理效率、生活品質。

3 實驗平臺技術可行性

數(shù)據(jù)解析/加密技術、數(shù)據(jù)轉發(fā)、數(shù)據(jù)存儲、API接口、Linux系統(tǒng)兼容技術等。

3.1 物理平臺

智能工業(yè)網(wǎng)關

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(shù)據(jù)通訊接口

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

3.5 產品功能

·用戶管理功能：實現(xiàn)管理中心、數(shù)據(jù)終端和維護中心的用戶管理功能。
·授權管理功能：KingIOBox產品采用中心授權方式，對數(shù)據(jù)終端的采集實例數(shù)進行限制。

·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、導入、導出、克隆和保存的功能。

·工程配置功能：實現(xiàn)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)議的設備和系統(tǒng)進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采集進程完成，能采集多種工作模式協(xié)議設備的數(shù)據(jù)（問答、主動上發(fā)、問答和主動上發(fā)混合），工程中每個設備啟動一個KingIOBox采集進程進行數(shù)據(jù)采集，能夠對相應設備進行讀寫。

支持的具體設備/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)終端能夠查看設備的采集狀態(tài)（正常或異常），變量的值、時間戳、質量戳，并能對變量進行讀寫。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）離線和停止狀態(tài)需要和正常的狀態(tài)做區(qū)別，需要顯眼。

（3）點擊重置數(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)終端端能夠對數(shù)據(jù)終端中設備的設備地址、鏈路信息、設備廠家和設備連接信息進行顯示。

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)終端端能夠對數(shù)據(jù)終端中的關聯(lián)設備、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)點或云平臺。

3.6安全措施

·ssl加密算法、數(shù)字證書。

·終端設備唯一ID標識，以及配套的授權功能。

·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，啟動采集后，網(wǎng)關會主動連接【數(shù)據(jù)中心】，按照亞控KingIOBox內部的密文格式進行數(shù)據(jù)傳輸。KingIOBox實驗平臺與云端數(shù)據(jù)、管理、維護中心的數(shù)據(jù)交互均采用亞控內部制定的數(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容。

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

·權限管理

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

·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每個關鍵組件進行單獨審核，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技術及測試臺的關系

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(shù)據(jù)支撐。

4.2 ECC實驗平臺

KingIOBox平臺與已審批的ECC實驗平臺側重點不同，存在互補性與較大合作空間，KingIOBox更專注于異構數(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、準確的底層數(shù)據(jù)，并預留了讀、寫操作的接口。

5 交付件

·KingIOBox數(shù)據(jù)、管理、維護中心軟件；

·工業(yè)設備通訊驅動文件。

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、運算、轉發(fā)）。

7 知識產權說明

知識產權歸北京亞控科技發(fā)展有限公司所有。

8 部署、操作和訪問使用

在現(xiàn)場與設備相連，通過4G、wi-fi或有線網(wǎng)絡連接至因特網(wǎng)，在云端安裝管理中心軟件，實現(xiàn)與邊緣網(wǎng)關的數(shù)據(jù)交互，可以對生產設備進行遠程監(jiān)視、控制。

摘自《自動化博覽》2018年增刊《邊緣計算2018專輯》