1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(shí)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(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、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(nèi)一大需求，集中體現(xiàn)在三個(gè)方面：

（1）數(shù)據(jù)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(tái)，極大降低了選型、組網(wǎng)難度；

（3）數(shù)據(jù)共享問(wèn)題——KingIOBox支持多種對(duì)外接

口，JAVA API、MQTT、Modbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)。KingIOBox平臺(tái)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(chǎng)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(chǎng)，如離散、連續(xù)生產(chǎn)的生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)控制、遠(yuǎn)程運(yùn)維。

（3）設(shè)備種類(lèi)、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(shí)時(shí)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(tái)計(jì)算壓力，提前將海量數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、邏輯判斷、篩選，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)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(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(jì)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(tái)、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(guò)數(shù)據(jù)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(shí)際的對(duì)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(tái)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(shí)施成本，將為工廠、農(nóng)業(yè)、生活構(gòu)建一個(gè)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(shí)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(chǔ)、API接口、Linux系統(tǒng)兼容技術(shù)等。

3.1 物理平臺(tái)

智能工業(yè)網(wǎng)關(guān)

3.2 軟件平臺(tái)

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(kāi)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(tái)，再通過(guò)MQTT方式轉(zhuǎn)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(xiàn)管理中心、數(shù)據(jù)終端和維護(hù)中心的用戶(hù)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(duì)數(shù)據(jù)終端的采集實(shí)例數(shù)進(jìn)行限制。

·數(shù)據(jù)終端管理功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)終端的ID分配、ID綁定解除功能，同時(shí)完成增加、刪除數(shù)據(jù)終端的功能。

·工程管理功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)向盒子部署程序和工程的功能。

·采集功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)主流的、通用協(xié)議的設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行采集和讀寫(xiě)的功能。

·監(jiān)控功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)采集過(guò)程中數(shù)據(jù)終端采集實(shí)例的控制和監(jiān)視功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)重置采集終端的功能。

·轉(zhuǎn)發(fā)功能：實(shí)現(xiàn)向第三方客戶(hù)端發(fā)布數(shù)據(jù)（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)），本版本支持MQTT轉(zhuǎn)發(fā)。

·故障診斷功能：實(shí)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(mén)狗功能：實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)終端采集實(shí)例卡死或異常停止運(yùn)行時(shí)自動(dòng)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(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(shè)備啟動(dòng)一個(gè)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(xiě)。

支持的具體設(shè)備/協(xié)議如下 ：

支持的采集數(shù)據(jù)類(lèi)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(shí)監(jiān)視多個(gè)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)終端，能夠控制單個(gè)和多個(gè)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(shí)間戳、質(zhì)量戳，并能對(duì)變量進(jìn)行讀寫(xiě)。同時(shí)數(shù)據(jù)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(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(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(shù)據(jù)終端列表圖如下：

（1）離線時(shí)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(shí)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(hào)、波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位和停止位，以分號(hào)隔開(kāi)。

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(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(duì)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(yùn)算過(guò)的數(shù)據(jù)存入MySQL等數(shù)據(jù)庫(kù)，或通過(guò)JAVA API將數(shù)據(jù)共享給其它邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)或云平臺(tái)。

3.6安全措施

·ssl加密算法、數(shù)字證書(shū)。

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

·數(shù)據(jù)交互。

KingIOBox通過(guò)【管理中心】將【數(shù)據(jù)中心】的公網(wǎng)IP地址及端口號(hào)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(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(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(méi)有協(xié)議說(shuō)明即使截獲數(shù)據(jù)幀也無(wú)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(huì)被過(guò)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(hù)賬戶(hù)、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(duì)關(guān)鍵線程持續(xù)監(jiān)控，每一次告警及未識(shí)別的信息都會(huì)被完整記錄，并可以按等級(jí)篩選、導(dǎo)出。

·代碼安全審計(jì)（完善中）

通過(guò)自動(dòng)化的測(cè)試工具，對(duì)KingIOBox每個(gè)關(guān)鍵組件進(jìn)行單獨(dú)審核，旨在發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤，安全漏洞和違反程序規(guī)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(cè)試臺(tái)的關(guān)系

4.1 ECC總體架構(gòu)

KingIOBox平臺(tái)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)

KingIOBox平臺(tái)與已審批的ECC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)側(cè)重點(diǎn)不同，存在互補(bǔ)性與較大合作空間，KingIOBox更專(zhuān)注于異構(gòu)數(shù)據(jù)的解析，且能夠適配不同硬件平臺(tái)，可以為其它ECC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供豐富、準(zhǔn)確的底層數(shù)據(jù)，并預(yù)留了讀、寫(xiě)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(dòng)文件。

6 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用者

工業(yè)自動(dòng)化、信息化廠家可在生產(chǎn)線或環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中借助KingIOBox實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的邊緣計(jì)算（采集、運(yùn)算、轉(zhuǎn)發(fā)）。

7 知識(shí)產(chǎn)權(quán)說(shuō)明

知識(shí)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(wèn)使用

在現(xiàn)場(chǎng)與設(shè)備相連，通過(guò)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(shí)現(xiàn)與邊緣網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)交互，可以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制。

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