1 實驗平臺目標和概述

在工業4.0、互聯網經濟的大背景下，信息技術融入工業，極大提升了實體經濟的創新力和生產力；工業生產的信息化，也為互聯網概念的落地提供了數據支撐。工業物聯網正在加快驅動產業轉型升級、資源配置、生產管理模式的革新，切實的落地方案是近期業內一大需求，集中體現在三個方面：

（1）數據接入問題——KingIOBox具備多種鏈路、協議；

（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、組網難度；

（3）數據共享問題——KingIOBox支持多種對外接

口，JAVA API、MQTT、Modbus標準協議轉發。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品&解決方案。

2 應用場景介紹

（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、配置工控機的工業生產現場，如離散、連續生產的生產線現場控制、遠程運維。

（3）設備種類、接口、協議繁多，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

·連接工業設備與云端，實時準確地將生產、環境數據發送到云端；

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

2.2 技術的示范效應

KingIOBox是網關數據采集領域的一次跨越性嘗試，為網關的功能設定、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網關的協議支持種類，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 商業價值

為云平臺、大數據、人工智能廠家提供所需的運算、訓練資源，通過數據接入的便利化，帶動IT技術與OT的融合，形成更加輕量化、高效的工廠數字化、工業物聯網落地方案，加速工業物聯網與生產實際的對接，為新商業模式的誕生創造可能。

2.4 社會價值

KingIOBox平臺的成熟和推廣，必然極大降低工業數據采集的技術難度、實施成本，將為工廠、農業、生活構建一個便捷高效的與云端交互的邊緣節點，促進生產運維、行業監管、城市服務等多方面的轉型，使得現實世界、邊緣節點、云端的連接更加緊密，提升行業生產力、管理效率、生活品質。

3 實驗平臺技術可行性

數據解析/加密技術、數據轉發、數據存儲、API接口、Linux系統兼容技術等。

3.1 物理平臺

智能工業網關

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

開發軟件：QT,VS Code。

3.3 配置和控制接口

網關內存大于256M，具備串口、網口、USB、藍牙、CAN中的一種或多種接口。

3.4 數據通訊接口

設備以多種協議、多種形式接入KingIOBox平臺，再通過MQTT方式轉發至第三方軟件。

3.5 產品功能

·用戶管理功能：實現管理中心、數據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，對數據終端的采集實例數進行限制。

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

·工程管理功能：實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：實現向盒子部署程序和工程的功能。

·采集功能：實現對主流的、通用協議的設備和系統進行采集和讀寫的功能。

·監控功能：實現對采集過程中數據終端采集實例的控制和監視功能，同時實現重置采集終端的功能。

·轉發功能：實現向第三方客戶端發布數據（實時數據），本版本支持MQTT轉發。

·故障診斷功能：實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。

·看門狗功能：實現在數據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

采集功能由數據終端中的KingIOBox采集進程完成，能采集多種工作模式協議設備的數據（問答、主動上發、問答和主動上發混合），工程中每個設備啟動一個KingIOBox采集進程進行數據采集，能夠對相應設備進行讀寫。

支持的具體設備/協議如下 ：

支持的采集數據類型：

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。管理中心能夠同時監視多個數據終端的連接狀態和采集狀態，能夠通過名字快速找到需要的數據終端，能夠控制單個和多個數據終端的啟停，并能夠重置數據終端。數據終端能夠查看設備的采集狀態（正常或異常），變量的值、時間戳、質量戳，并能對變量進行讀寫。同時數據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和是否采集。數據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。建議數據終端列表圖如下：

（1）離線時是顯示采集狀態為停止。

（2）離線和停止狀態需要和正常的狀態做區別，需要顯眼。

（3）點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、設備廠家和設備連接信息進行顯示。

鏈路信息：（1）以太網：顯示以太網；（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。

數據終端端能夠對數據終端中的關聯設備、數據類型、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、運算過的數據存入MySQL等數據庫，或通過JAVA API將數據共享給其它邊緣計算節點或云平臺。

3.6安全措施

·ssl加密算法、數字證書。

·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【管理中心】將【數據中心】的公網IP地址及端口號寫入網關，啟動采集后，網關會主動連接【數據中心】，按照亞控KingIOBox內部的密文格式進行數據傳輸。KingIOBox實驗平臺與云端數據、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，沒有協議說明即使截獲數據幀也無法獲知通訊內容。

網關只與【數據中心】進行單向連接（即只有網關連接數據中心）的數據交互，其它IP地址的指令會被過濾；

·權限管理

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

·日志&診斷系統

KingIOBox具備詳盡的系統日志及故障診斷功能，對關鍵線程持續監控，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，旨在發現程序錯誤，安全漏洞和違反程序規范

3.7 軟件開發和模擬環境

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據支撐。

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更專注于異構數據的解析，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、準確的底層數據，并預留了讀、寫操作的接口。

5 交付件

·KingIOBox數據、管理、維護中心軟件；

·工業設備通訊驅動文件。

6 實驗平臺使用者

工業自動化、信息化廠家可在生產線或環境監測項目中借助KingIOBox實驗平臺，實現工業數據的邊緣計算（采集、運算、轉發）。

7 知識產權說明

知識產權歸北京亞控科技發展有限公司所有。

8 部署、操作和訪問使用

在現場與設備相連，通過4G、wi-fi或有線網絡連接至因特網，在云端安裝管理中心軟件，實現與邊緣網關的數據交互，可以對生產設備進行遠程監視、控制。

摘自《自動化博覽》2018年增刊《邊緣計算2018專輯》