1 实验平台目标和概述

在工业4.0、互联网经济的大背景下，信息技术融入工业，极大提升了实体经济的创新力和生产力；工业生产的信息化，也为互联网概念的落地提供了数据支撑。工业物联网正在加快驱动产业转型升级、资源配置、生产管理模式的革新，切实的落地方案是近期业内一大需求，集中体现在三个方面：

（1）数据接入问题——KingIOBox具备多种链路、协议；

（2）软硬件的适配问题——KingIOBox广泛兼容硬件平台，极大降低了选型、组网难度；

（3）数据共享问题——KingIOBox支持多种对外接

口，JAVA API、MQTT、Modbus标准协议转发。KingIOBox平台聚焦更全面、准确、高效的数据采集需求，致力于提供分散式、轻量化、低成本的数据采集产品&解决方案。

2 应用场景介绍

（1）数据源空间分步广泛，如城市供水、供热，河流；电站监控等。

（2）不便于布线、配置工控机的工业生产现场，如离散、连续生产的生产线现场控制、远程运维。

（3）设备种类、接口、协议繁多，难以统一的数据采集需求，如不同品牌机床、PLC、仪表的数据采集。

2.1 预期成果

·连接工业设备与云端，实时准确地将生产、环境数据发送到云端；

·减轻云平台计算压力，提前将海量数据进行解析、逻辑判断、筛选，实现边缘计算。

2.2 技术的示范效应

KingIOBox是网关数据采集领域的一次跨越性尝试，为网关的功能设定、软硬件配合方式勾画了更为广阔的技术前景，一方面极大丰富了工业网关的协议支持种类，另一方面树立了一个软件与多种不同边缘硬件适配的典范，为边缘计算在软、硬件选择的灵活性方面做出了积极的技术探索。

2.3 商业价值

为云平台、大数据、人工智能厂家提供所需的运算、训练资源，通过数据接入的便利化，带动IT技术与OT的融合，形成更加轻量化、高效的工厂数字化、工业物联网落地方案，加速工业物联网与生产实际的对接，为新商业模式的诞生创造可能。

2.4 社会价值

KingIOBox平台的成熟和推广，必然极大降低工业数据采集的技术难度、实施成本，将为工厂、农业、生活构建一个便捷高效的与云端交互的边缘节点，促进生产运维、行业监管、城市服务等多方面的转型，使得现实世界、边缘节点、云端的连接更加紧密，提升行业生产力、管理效率、生活品质。

3 实验平台技术可行性

数据解析/加密技术、数据转发、数据存储、API接口、Linux系统兼容技术等。

3.1 物理平台

智能工业网关

3.2 软件平台

操作系统：Linux系统中间件： libevent-2.0.22-stable sqlite-snapshot-201803072139 c-ares-1.13.0 openssl-1.1.2n mosquitto-1.4.14

开发软件：QT,VS Code。

3.3 配置和控制接口

网关内存大于256M，具备串口、网口、USB、蓝牙、CAN中的一种或多种接口。

3.4 数据通讯接口

设备以多种协议、多种形式接入KingIOBox平台，再通过MQTT方式转发至第三方软件。

3.5 产品功能

·用户管理功能：实现管理中心、数据终端和维护中心的用户管理功能。
·授权管理功能：KingIOBox产品采用中心授权方式，对数据终端的采集实例数进行限制。

·数据终端管理功能：实现对数据终端的ID分配、ID绑定解除功能，同时完成增加、删除数据终端的功能。

·工程管理功能：实现对管理中心中工程的新建、删除、修改、导入、导出、克隆和保存的功能。

·工程配置功能：实现对工程中的设备和变量增加、删除、查看和修改的功能。

·部署功能：实现向盒子部署程序和工程的功能。

·采集功能：实现对主流的、通用协议的设备和系统进行采集和读写的功能。

·监控功能：实现对采集过程中数据终端采集实例的控制和监视功能，同时实现重置采集终端的功能。

·转发功能：实现向第三方客户端发布数据（实时数据），本版本支持MQTT转发。

·故障诊断功能：实现诊断数据终端采集故障的功能，包括管理中心中的初步故障诊断功能和维护中心的故障诊断功能两部分。

·看门狗功能：实现在数据终端采集实例卡死或异常停止运行时自动重启的功能。

采集功能

采集功能由数据终端中的KingIOBox采集进程完成，能采集多种工作模式协议设备的数据（问答、主动上发、问答和主动上发混合），工程中每个设备启动一个KingIOBox采集进程进行数据采集，能够对相应设备进行读写。

支持的具体设备/协议如下 ：

支持的采集数据类型：

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

监控功能

监控功能包括监视和控制两方面的内容，由管理中心和数据终端共同完成。管理中心能够同时监视多个数据终端的连接状态和采集状态，能够通过名字快速找到需要的数据终端，能够控制单个和多个数据终端的启停，并能够重置数据终端。数据终端能够查看设备的采集状态（正常或异常），变量的值、时间戳、质量戳，并能对变量进行读写。同时数据终端中采集初始化信息和读写成功失败信息需要保存。

管理中心监控功能

管理中心显示所有数据终端ID绑定的数据终端。数据终端信息包括是否在线和是否采集。数据终端列表的操作包括启动采集、批量启动采集、停止采集、批量停止采集和重置操作。建议数据终端列表图如下：

（1）离线时是显示采集状态为停止。

（2）离线和停止状态需要和正常的状态做区别，需要显眼。

（3）点击重置数据终端按钮，数据终端中的数据终端ID清除，并同时删除数据终端中的工程。

数据终端监控功能

数据终端端能够对数据终端中设备的设备地址、链路信息、设备厂家和设备连接信息进行显示。

链路信息：（1）以太网：显示以太网；（2）串口：显示端口号、波特率、校验位、数据位和停止位，以分号隔开。

数据终端端能够对数据终端中的关联设备、数据类型、寄存器地址、读写类型、变量的值、时间戳和描述实时显示。并能对变量进行读写，读写完成后能将读写成功或失败信息保存。示意图如下：

此外，KingIOBox可将解析、运算过的数据存入MySQL等数据库，或通过JAVA API将数据共享给其它边缘计算节点或云平台。

3.6安全措施

·ssl加密算法、数字证书。

·终端设备唯一ID标识，以及配套的授权功能。

·数据交互。

KingIOBox通过【管理中心】将【数据中心】的公网IP地址及端口号写入网关，启动采集后，网关会主动连接【数据中心】，按照亚控KingIOBox内部的密文格式进行数据传输。KingIOBox实验平台与云端数据、管理、维护中心的数据交互均采用亚控内部制定的数据格式，没有协议说明即使截获数据帧也无法获知通讯内容。

网关只与【数据中心】进行单向连接（即只有网关连接数据中心）的数据交互，其它IP地址的指令会被过滤；

·权限管理

【管理中心】、【数据中心】都具备独立的用户账户、密码管理系统。所有配置文档进行加密保存。

·日志&诊断系统

KingIOBox具备详尽的系统日志及故障诊断功能，对关键线程持续监控，每一次告警及未识别的信息都会被完整记录，并可以按等级筛选、导出。

·代码安全审计（完善中）

通过自动化的测试工具，对KingIOBox每个关键组件进行单独审核，旨在发现程序错误，安全漏洞和违反程序规范

3.7 软件开发和模拟环境

Linux Ubuntu。

4 和ECC技术及测试台的关系

4.1 ECC总体架构

KingIOBox平台属于ECC总体架构中的基础部分，为上层的算法和应用提供数据支撑。

4.2 ECC实验平台

KingIOBox平台与已审批的ECC实验平台侧重点不同，存在互补性与较大合作空间，KingIOBox更专注于异构数据的解析，且能够适配不同硬件平台，可以为其它ECC实验平台提供丰富、准确的底层数据，并预留了读、写操作的接口。

5 交付件

·KingIOBox数据、管理、维护中心软件；

·工业设备通讯驱动文件。

6 实验平台使用者

工业自动化、信息化厂家可在生产线或环境监测项目中借助KingIOBox实验平台，实现工业数据的边缘计算（采集、运算、转发）。

7 知识产权说明

知识产权归北京亚控科技发展有限公司所有。

8 部署、操作和访问使用

在现场与设备相连，通过4G、wi-fi或有线网络连接至因特网，在云端安装管理中心软件，实现与边缘网关的数据交互，可以对生产设备进行远程监视、控制。

摘自《自动化博览》2018年增刊《边缘计算2018专辑》