可快速部署的低成本多源異構數據采集和可視化解決方案 —— 基于宜科邊緣控制器和IoTHub平臺的設備智能管理應用
宜科（天津）電子有限公司成立于2003年，位于天津市西青經濟開發區，在中國天津和德國德累斯頓設有研發中心。公司將“自動化技術+數字化工廠+工業互聯網”定義為重要的發展戰略，圍繞工業互聯網和智能制造業務持續發力，在工業互聯網、智能制造、工業軟件等方面積累了大量項目案例和實施經驗，在工業互聯網領域擁有核心產品和方案，在系統集成解決方案領域處于國內領先地位。
1、 項目概況
宜科邊緣控制器利用宜科IoTHubTM工業互聯網賦能平臺和Workbench工業APP快速開發工具，提供“設備連接+數據可視化”應用模式，將成為中小企業管理者直觀了解工廠運行狀態的最有效方式。
1. 項目背景
工業互聯網平臺是工業互聯網建設的核心。工業設備上云正成為牽引工業互聯網平臺發展的先導性應用，也是當前工業互聯網平臺建設的切入點。
工業設備上云就是通過建立實時、系統、全面的工業設備數據采集體系。構建基于云計算的數據匯聚、分析和服務平臺，實現工業設備狀態監測、預測預警、性能優化，引導帶來工業互聯網平臺的功能演進和規模商用。工業設備種類繁雜、數量多、通信協議與數據格式各異，當前尚缺乏有效的技術手段能夠低成本、便捷地實現工業設備快速接入平臺，導致絕大部分平臺的設備接入數量有限。
2. 項目簡介
基于宜科邊緣控制器，提供“數據+應用”的服務，充分利用IoTHubTM工業互聯網賦能平臺IaaS和PaaS資源，以及邊緣計算設備的性能，提供數據采集能力和數據可視化應用。
數據：系統提供多種協議接口，支持典型的工業控制器、傳感器、物聯網采集監控終端，并提供協議連接及數據交互操作。
應用：工業APP開發工具，方便提供生產過程監控、調試維護配置、報警相應及處理、報表實時更新及顯示生成等功能，方便平臺應用。
數據+應用=服務
3. 項目目標
面向工業互聯網應用，支持市場二十種以上主流工業協議解析，支持二十萬臺設備并發連接，提供面向工業現場的圖形化、拖拽式和低代碼快速開發APP工具，支持本地、私有云、共有云混合或單一部署，提供多個重點垂直領域的基礎應用APP。
在汽車整車及零部件、裝備制造、冶金、電子信息領域發展客戶上千家，設備連接數超百萬。在設備監控、設備預測性維護、生產現場數據可視化、數據分析、實時報警等方面，幫助廣大中小制造業企業解決“數據之痛”，提升生產效率，降低運營成本，提高管理水平，助力企業做大做強。
二、項目實施概況
針對于廣大中小企業，提供數據采集+可視化方案，直接將現場采集數據經由IoTHub平臺轉換處分析后，通過高度定制化的工業APP和Dashboard客戶端呈現給客戶，與市場同類產品相比，產品價格和部署周期有巨大優勢。
1. 項目總體架構和主要內容
面向中小企業制造過程最重要的數據化環節，融合工業互聯網技術及平臺理念，提供智能現場連接采集系統，實現邊緣處理以及工業APP微服務。
圖1項目總體架構
2.邊緣部署架構和主要內容
宜科IoTHubTM是由宜科德國研發中心與宜科中國研發團隊聯合打造的一款面向工業4.0智能制造應用、物聯網連接管理應用、工業互聯網平臺賦能的邊緣層設備平臺，可結合不同的應用場景及部署環境，實現多種應用屬性，面向工業制造業，融合工業互聯網技術及平臺理念，作為工業互聯網平臺邊緣層、PaaS層、SaaS層提供賦能應用支撐。同時，面向制造業智能制造過程最重要的數據化環節，提供智能現場連接采集系統，實現邊緣處理以及工業APP微服務。
（1）邊緣數據采集和可視化主要內容
將工業現場的工業控制器、數控與檢測設備、人工數據通過IoTHub邊緣控制器進行異構協議解析和轉換后，形成統一的IP數據與軟件數據和物聯網數據上傳到云端。基于IoTHub平臺自身內置的邏輯交互及規則引擎，提供輕量化MES系統的功能，用戶應用界面通過工業APP實現數據的應用。通過微服務的方式，主要解決工業制造領域各個場景下各類機器及設備的控制器、傳感器、物聯網智能終端與本地或云端數據庫，以及現場操作及遠程操作人員之間的互聯互通。作為工業互聯網平臺解決方案的初級配置，適用于典型的制造業落地應用。
圖2數據采集和可視化總體架構
（2）宜科邊緣控制器
IoTHub邊緣控制器是IT和OT之間的物理接口，實現工業互聯網應用的南向與北向“互聯互通”。IoTHub邊緣控制器產品（圖3）包括IoTHub Agent邊緣采集網關、工控機等。結合不同的采集、處理及存儲需求，邊緣控制涵蓋ARM架構、X86架構的處理器，支持Linux及Windows操作系統，結合工業現場典型的數據接口類型，典型的南向物理接口包括RJ45（LAN）、RS232、RS485、GPIO等接口，支持主流的PLC協議及數控協議，用于連接邊緣層設備。北向提供RJ45（WAN）、4G、WiFi等網絡接口，支持標準TCP/IP、MQTT等網絡協議，用于連接工業互聯網平臺或工業互聯網賦能平臺（圖4），完成IT與OT的物理融合。
圖3宜科IoTHub邊緣控制器
圖4宜科IoTHub邊緣控制器部署方式
（3）基于IoTHub的新型自動化上位App開發環境
圖 5 基于IoTHub的新型自動化上位App開發環境
通用開發環境主要用于開發工業APP。工業APP分成兩類：邊緣層APP（圖6） 和應用層APP（圖7）。通用開發環境基于宜科WorkBench工業APP開發工具構建，能夠實現圖形化低代碼快速開發和一鍵式部署，并提供工業APP應用商場。
圖 6 應用層App開發環境界面
圖 7邊緣層App開發環境界面
3. 具體應用場景和應用模式
（1）應用場景
設備可視化：對企業設備進行幾何建模，可以直觀、真實、精確地展示設備分布、設備運行狀況，同時將設備模型與實時、檔案等基礎數據綁定，實現設備在二維場景中的快速定位與基礎信息查詢。
設備預測性維護：通過對設備的集中式管理，人員分權限使用，可以實現遠程開關機、遠程設置參數；遠程設置策略，批量、定時定點操作；設備視頻集成、遠程呼叫。
數據分析：通過采集設備的原始數據：如電流電壓等；或者采集設備的結果數據：如報警，故障等，積累設備運行大數據，設備運行分析報告，設備經濟運行報告等。
實時報警：制造商自動化水平越來越高，很多崗位實現了全自動無人生產，甚至往黑燈工廠。針對設備故障后無人在現場不能被及時發現，現在通過實時報警系統及時顯示設備故障并主動推送。
（2）應用模式
針對于廣大中小企業，提供數據采集+可視化方案，直接將現場采集數據經由IoTHub平臺轉換處分析后，通過高度定制化的工業APP和Dashboard客戶端呈現給客戶。
4.安全及可靠性
（1）安全機制
通過開發示例性協議過濾器組件（MQTT），開發Android應用程序的安全執行套件，建立應用程序隔離機制；建立虛擬機移動到組件的安全隔離機制，滿足本地和云端平臺安全訪問需求。
（2）可靠性
產品基于Kafka事件處理總線流處理平臺，具有高可靠性、高擴展性、搞數據吞吐能力的特性，滿足IoTHub內部模塊之間快速、安全、可靠和可伸縮的數據交換。
三、下一步實施計劃
1. 計劃1豐富協議支持種類
繼續完善設備連接管理能力，最終達到支持市場全部主流設備管理協議的目標。
2. 計劃2拓展垂直行業應用
在現有汽車整車和零部件行業應用的基礎上，深耕垂直行業應用，拓展機械制造、新能源、冶金、電子信息等行業解決方案。
3. 計劃3建立生態體系
針對不用用戶特性及資源需求，整合合作伙伴解決方案，包括對于云資源、網絡資源、采集硬件的系統認證模式，為用戶提供穩定可靠的參考方案。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
（1）多源異構協議兼容的數據集成
采用可擴展異構協議解析器，接入工業控制器、數控設備、人工接口、物聯網終端、工業軟件等五種現場數據源。
（2）圖形化低代碼通用集成開發環境
建立圖形化低代碼通用集成開發環境，實現圖形化編輯、自動代碼生成、分布式編譯、一鍵式部署和工業APP應用商店的集成，能夠有效提高工業APP開發部署效率。
（3）可視化垂直閉環應用
以簡單的設備接入和分布式APP為展現形式，打通從數據采集到設備管理可視化的垂直閉環應用鏈。
2. 實施效果
IoTHub邊緣控制器的核心是能夠有效解決工業互聯網落地過程中的困難及問題，能夠切實有效的實現工業制造業與工業互聯網、使用云平臺及大數據分析等先進制造增值服務技術融合應用。特別是無法負擔或接受通過對于企業進行MES系統實施提升企業數據化的中小微企業，從工業企業發展現狀進行分析，總結宜科過往的案例與實踐，針對中小企業在“人、機、料、法、環”各個環節都普遍存在的“痛點”，包括如何實現多源設備、異構系統、運營環境、人等要素間信息實時高效采集和互動，從而實現工業互聯網的基礎工作——數據化。
面向智能制造現場的連接采集應用，針對制造業現場各種類型的設備、控制器、數據庫，以及人員的連接及數據采集提供快速便捷的接入管理方案，并基于宜科自身內置的邏輯交互及規則引擎，提供輕量化MES系統的功能，用戶應用界面通過工業APP實現數據的應用。通過微服務的方式，主要解決工業制造領域各個場景下各類機器及設備的控制器、傳感器、物聯網智能終端與本地或云端數據庫，以及現場操作及遠程操作人員之間的互聯互通。作為數據化解決方案的初級配置，適用于典型的制造業落地應用，快速實施快速應用，為智能制造解決方案系統集成商提供了快速開發、部署以及管理應用的系統平臺，以較小的基礎設施擴展、數據管理和歸集投入，便捷的通訊協議接入及配置實現數據化應用，降低開發成本、大大縮短開發時間。
聲明
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