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助力中小企业级连云端,促进工业互联网平台蓬勃发展,全套解决方案。附:技术产品

日行千里,全凭“车”况,为什么我们要升级平台

目录

       
历经一个半月的时间,不管是叫工业互联网平台还是叫工业大数据平台,从1.0版本升级到2.0版本,升级部分包括:客户端(网关)、服务端(数据接收、数据处理、计算服务)、底层数据库结构、WEB业务系统、WEB
API接口和手机APP(Android和IOS)
等。很早就想对整体框架进行重构,碍于人力不能专一攻关,一直搁置到现在。尽管升级后还存在一些问题,但是就技术基础来讲,会支持更大的业务发展空间。

1.概述

      
对于体系化、标准化建设的系统任何一个节点的问题都有可能引发系统性问题,牵一发而动全身,要从系统工程思维和角度解决问题。作为技术人员,对于框架的升级要有推倒重来的勇气,涅盘重生,从而达到永生任何事情,亦如此

2.总体方案

      
把工业互联网(工业大数据)平台定位为云端操作系统,可以讲IAAS、PAAS、SAAS、公有云、私有云、混合云和工业APP等,但是要具备操作系统的基本特性,例如:即插即用、所见即所得;操作系统的镜像,很方便的“安装”部署。对于兼容工业协议困难、缺少机理模型、缺少工业APP等,要进行整体考虑,不能以点代面。有人说这个重要,有人说那个重要,在系统工程和体系化建设过程中任何一个节点都同等重要,不能割裂开看问题。提供IAAS资源的、做C/S软件的、有模型的、有业务系统APP的,就宣传自己是做工业互联网平台是不合适的。对于我们升级平台的目的,就是更好的支持将来云端操作系统的建设,但是要做好基础建设。

3.Super Link N1
一体化智能网关

一.本次平台升级主要解决的问题

4.ServerSuperIO物联网通讯框架

  1. 彻底解决网关层采集数据和传输数据的稳定性和效率。
  2. 解决云端数据交互中心后台配置存储到数据库,以更好的支持将来与WEB的交互以及分布式部署。
  3. 解决数据存储建模结构,从通讯协议到数据存储更好的支持业务数据和离散数据。
  4. 解决数据迁移过程中,行云历史数据库(Hadoop)关键字不兼容而引发的效率问题。
  5. 解决数据迁移过程中,造成数据丢失的问题。
  6. 解决WEB业务端和手机APP端开发业务标准化、便捷化的问题。

5.SuperRTDB高性能实时数据库

二.各部分简单介绍

6.SuperView Web组态

1.系统框架

7.行业领域应用

    
对大数据平台的整个体系进行了完善和重构,主要解决历史遗留的主要问题,例如:数据建模与行云的兼容性问题、数据中间件集成的问题、数据存储结构问题、客户端性能和功能问题、业务系统的问题等等,因为是体系化、标准化建设,涉及到整体的改动。此次平台重构相当于从1.0版本升级到2.0版本,具备很好的兼容性和扩展性,方便以后开发业务,例如:数据分析和挖掘、AI算法等。

8.接入云端

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9.工业互联网平台

2.网关(客户端)重构

10.结束语

     
以前的客户端遗留问题包括:(1)结构的解耦较差,从而成造成扩展性较差。(2)运行时,内存一直增加,造成不稳定因素。(3)采集数据方式单一,只支持高炉数据的转换。等等。现在从框架结构整体重构,主要解决上述4个主要问题,现在支持业务数据采集和转换、OPC数据采集,完全通过界面配置。在ServerSuperIO基础上开发。


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 1.概述

3.数据交互中心升级

     
经过两年多团体的努力,四个产品终于面世了,做产品不容易,做好产品更不容易,最终形成了体系化的解决方案。下面具体介绍。

     
服务端也是大数据平台的核心问题,涉及到高效和稳定,此次更新整体框架和站点驱动,改动比较大,为后续平台的整体扩展、上下行数据交互提供了极大的方便,可以构建和开发工业物联网核心的数据交互中心。C/S配置界面如下图,以后全部实现WEB端的配置与交互。在ServerSuperIO基础上开发。

     
行业大数据平台以及工业互联网平台的发展是必然趋势,结合自己的工作经验,在以前的BLOG中分析过,在此不再赘述。国外的工业平台以GE的Predix、西门子的MindSphere、ABB的
Ability为代表。从基础工业做起,并且有很多工业标准是他们制定的,建设工业互联网平台是从底层逐步向高层发展的必然选择,套用中国的说法是“工业+互联网”。中国的情况不一样,一是工业基础比较差,二是PLC层面国外厂家占据明显优势,国外的工业互联网平台大军进入中国,相当于整个工业生态都被国外企业所垄断,如果真是这个局面,那么“智能制造2025”就是一句空话。对工业相关政府部门以及工业企业的迫切性是显而易见的,不管是“弯道超车”还是“变道超车”,要找到一个切入点从而带动整体工业提升,也就是现在国家层面大力提倡的“互联网+工业”,也在推动“工业互联网平台”的建设。最近中国完成部署四台根服务器,以及推广IPV6的建设,这一系列的动作是组合拳。可能有些人狭隘的理解“工业互联网平台”只是一个云端平台,如果对标国外相关企业的情况,而是从底层到云端的体系化、标准化改变与提升。

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如果在工业领域有所大作为,那么“工业互联联网平台”是大公司的标配。这取决于需求方思维方式的改变,纵向从底层到顶层的整体架构、横向和数据流向不同业务系统异构集成,作为生产企业他们没有独立能力完成革命性的升级、改造,犹如当年调制解调(猫)到网线和光纤传输数据一样,现在比当年更需要勇气和能力去整合资源。“工业互联网平台”是大公司综合素质的体现,但是并不能狭隘的理解为一定要让生产企业上云平台,而是用“工业互联网”的思维去为用户服务。“工业互联网平台”最直接面向的两大用户群体:生产企业和为生产企业服务的中小企业,其他用户是从这两类用户基础上衍生出来的,例如:研究机构、上下游企业等。

4.分布式中间件重构

     
不管做什么系统和平台都涉及到技术与业务,能把技术和业务都做的很好的公司很少,但是要想走的远,要学会技术和业务两条腿走路。“工业互联网平台”时代面临着技术重构和业务重构,在技术方面,需要使用物联网、分布式、大数据、实时计算、级联数据传输与控制等技术重构;在业务方面,需要整合不同的业务系统,例如:煤炭行业的6大系统的整合、冶金行业的整个工艺生产过程中涉及到各系统的整合等,但是业务的整合需要不断的迭代、完善的长期过程。

      
数据库中间件是数据存储、处理的核心部分,现在集成了业务数据和离散数据的管理和操作,在底层数据存储包括元数据库、缓存数据库、计算数据库和历史数据库,相互之间通这数据迁移服务进行总体协调。中间件统一提供操作接口,供业务端的调用。

总之,在变革时代,从底层到顶层链路上的任何节点都有突破的机会。小公司没有建设平台的能力,但是不妨碍他们使用“工业互联网平台”和“工业互联网思维”去整合资源。下面介绍Super
Link
ServerSuperIOSuperRTDBSuperView四个产品以及方案,帮助中小企业级联云平台或是自己建设行业云平台。

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5.WEB业务系统的重构

 2.总体方案

     
业务系统最终为用户提供人机对话,因为涉及到了后台数据建模的改变,所以业务系统也进行了较大的改动,例如对离散数据管理、相关功能的变动等,以后可以支持更多的业务功能扩展,不必现担心后台数据结构的问题而业务无法开展的问题。还在进一步的完善中。

       
“工业互联网平台”大体分为:边缘区域和云端区域。针对生产企业和为生产企业服务的中小企业建设平台需要付出高昂的成本,所以在此不讨论云端建设问题,从技术体系提供边缘区域的整体建设方案。总体方案,如下图:

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6.手机APP


边缘区域总体建设方案(橙色部分为实际产品

   
手机APP现在集成了10个功能模块以及消息推送的功能,现在已经给现场用户使用,并发布到安卓(Android)应用市场和苹果(IOS)应用市场。

        橙色部分的Super
Link、ServerSuperIO、SuperRTDB和SuperView四个产品组成了边缘区域的整体解决方案以及对接工业云平台,为可持续交付业务提供基础的技术支持;产品之间定义了标准的协议接口,根据生产企业的实际应用场景随意组合,像搭积木一样实现产品之间的对接;方案的总体思路是降低成本、提高项目的实施效率。

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三.团队风采

  3.Super Link N1
一体化智能网关

      
这个团队以90后为主,在发展的过程中每个人都经过多次转岗(数据中间件、APP、WEB、服务端、客户端、协议驱动等),都顶住了压力。最近平台升级,大家也是加班加点,尽管还不完美,但是前途是光明的。

      
一体化智能网关向下直接采集设备或传感器的数据,向上与ServerSuperIO或云端对接。
市场上网关产品很多,大致为分三类:纯小型主机,内嵌软件全部自主开发;纯硬件接口,实现数据透明转发;不仅仅是主机,内嵌插件化数据采集框架和管理系统等。Super
Link
N1型一体化智能网关集成了四大产品:(1)C/C++开发插件化数据采集框架,高效采集和灵活配置;(2)嵌入式实时数据库,提供高效持久化数据服务;(3)嵌入式Web组态服务,即采集即显示,支持触摸屏和远程访问;(4)Web管理系统,可以远程对网关进行管理和配置,以及在线升级服务

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(1)硬件配置

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  • 工业级X86和ARM9 32 位 400MHz
    处理器,所有应用支持跨平台
  • 128MB DDR2 SDRAM,256MB Flash
  • 2个10/100M自适应工业以太网接口
  •  8个RS485串行接口
  • 1个CAN2.0 B 接口
  • WIFI无线局域网支持
  • GPRS/3G/4G远程无线数据传输支持
  • USB2.0 主接口支持
  • 大容量SD存储卡接口
  • 2路DI、2路DO
  • 内置实时时钟(RTC)蜂鸣器
  • 内置温度传感器及硬件加密
  • 预装Linux3.6
  • 支持 -40~80℃ 工业宽温应用

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      (2)插件化数据采集框架

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已经支持的协议OPC、Modbus、DNP、IEC-101、IEC-103、IEC104、IEC61850。


        
硬件接口支持以太网、Wifi、NB-IOT、RS232/RS485、CAN、LonWorks、Profibus。

 

        
工程实施中搭配二次开发设备数据采集插件驱动,挂载到网关内运行。

物联网&集成技术 QQ群:54256083 

     (3)嵌入式实时数据库

招聘C/S、B/S和手机端开发,请联系QQ:504547114

         
嵌入式实时数据库是在SuperRTDB实时数据库的基础上进行裁剪开发的。

          支持秒级别数据存储。

         支持2万点秒级存储。

        
支持有损压缩和无损压缩,压缩效率达1/30~1/50,压缩效果可由参数设置。

        
系统支持整型、浮点型、布尔型等数据类型。

     (4)嵌入式Web组态

       
与SuperView是同一个产品,支持跨平台部署,在后面详细介绍。

     (5)Web管理系统

       
嵌入式管理系统可以通过浏览器远程对网关设备进行全面管理。支持7大功能模块:工程管理、综合监控、故障诊断、通道监视、系统工具和用户管理。如下图:

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图 工程管理

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图 设备及协议

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图 设备详细情况

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图 通道监视

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图 状态监测


4.ServerSuperIO物联网通讯框架

     
ServerSuperIO向下可以采集传感器或设备的数据或接收Super
Link网关上传的数据,向上与云端对接,在方案中起到中断器的作用。
仅是一个IO通讯框架本身不太具备现实使用意义,必须考虑到多协议多通讯机制与设备交互、数据完整性校验、设备之间的交互、不同层级部署的级联交互等。ServerSuperIO不仅仅是通讯框架,首先是以设备(传感器)为核心构建的框架,设备(传感器)的协议无关性,可以随意挂载设备驱动在框架下运行。所以ServerSuperIO本质上协调设备驱动(协议)、IO通道(COM和NET)、运行机制(模式)之间的协调机制,使之无缝结合、运行。如下图:

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图 采集与级联结构

ServerSuperIO特点如下:

  • 轻型高性能通信框架,适用多种应用场:轮询模式、自控模式、并发模式和单例模式。
  • 支持协议驱动器,可以按规范写标准协议和自定义协议。
  • 支持发送数据缓存器,支持命令缓存重发和按优先级别发送。
  • 支持协议过滤器,按规则筛选数据,并且可以承继接口,自定义过滤方式。
  • 支持接收数据缓存器,可以缓存不符合过滤器的数据,和下次接收数据进行拼接。
  • 支持按设备命令优先级别进行调度设备,保证有高级别命令的驱动及时发送。
  • 支持一个设备驱动,同时适配串口和网络两种通讯方式,可以监视IO通道数据。
  • 支持一个设备驱动,在网络通讯时适配TCP
    Server和TCP Client两种工作模式。
  • 支持WebSocket,进行数据采集与转发。
  • 支持多设备共享同一个IO通道进行通讯。
  • 支持定时清理超时的网络IO通道。
  • 支持显示视图接口,满足不同人机对话的需求。
  • 支持服务组件接口,例如:4-20mA输出、LED大屏显示、短信服务、以及多功能网关服务。
  • 设备驱动与设备驱动,设备驱动与服务器(云端)可以实时双向交互,上传数据和指令下发。
  • 支持OPC Server和OPC Client。
  • 支持创建多服务实例,完成不同业务的拆分。
  • 支持跨平台部署,可以运行在Linux和Windows系统。
  • 支持SuperRTDB、eDna和CoreRT实时数据库。
  • 支持mysql、oracle、sqlserver和sqlite数据库。

       Designer
IDE是在ServerSuperIO基础开发的,支持挂载设备驱动和服务驱动、OPC
Server/Client、数据转发客户端/服务端、支持标准的Modbus协议驱动等。以前专注于ServerSuperIO基础框架的开发,侧重于框架的性能、扩展性、功能等,Designer
IDE使整个框架操作更简单、易用。基于ServerSuperIO开发的设备驱动或服务驱动,可以挂载到IDE下运行。如下图:

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图 主程序

     通过ServerSuperIO OPC
Client读取数据信息,并把数据信息存储到实时数据库或关系数据库。如下图:

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图 OPC DA Client配置

     把设备驱动或OPC
Client读上来的数据,通过OPC
Server为其他系统提供可访问的接口,可以选择输出数据的设备点表或OPC
Client点表。如下图:

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图 OPC DA Server输出数据

    
数据转发(客户端)可以增加转发任务,主动连接其他服务器端,并且根据设备点表和OPC
Client点表配置要转发的数据,可以实现物联网建设的级联以及直接连接云端。如下图:

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图 数据转发(客户端)

    
数据转发(服务端)支持远程客户端主动连接ServerSuperIO,并针对已经连接的终端设备(PC机、手机、Web业务系统等)转发设备点表和OPC
Client点表的数据,实现数据向终端的分发。如下图:

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图 数据转发(服务端)


 5.SuperRTDB高性能实时数据库

     
ServerSuperIO与SuperRTDB直接对接
,作为存储设备实时数据,是边缘区域存储利器,配置关系数据使用能够达到很好的效果,不断满足用户提出的业务需求。如下图:

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   其特点如下:

(1)具有超大的内存管理能力,可以管理TB级的内存

(2)支持高并发秒级数据存储

(3)时间戳分辨率可以达到微秒级

(4)支持旋转门压缩算法和可行域压缩编码

(5)服务器(志强CPU2.4内存64g)支持300万点同时写入存储

(6)强大的补写历史功能,同时支持随机补写历史

(7)支持有损压缩和无损压缩,压缩效率达1/50~1/100,压缩效果可由参数设置

(8)系统支持整型、浮点型、布尔型等数据类型

(9)支持128位长点名,支持中文点名及描述

(10)支持数据备份和恢复,已有历史数据移植

(11)完整的二次开发接口:C/C++
API;JAVA SDK;.NET SDK;Python SDK; Web API

(12)跨平台运行,支持Windows和Linux平台,X86和ARM的CPU框架。

        
SuperRTDB将来的发展方向是分布式的实时数据库,为边缘区域建设大数据平台提供强有力的保障。


 6.SuperView Web组态

     
SuperView主要用于HMI人机对话显示的数据监测,可以部署在Super
Link嵌入式网关内与采集服务进行交互、部署在主控室PC机或服务器端与ServerSuperIO进行交互,用于完成不同层次的数据实时监测,支持数据秒级刷新。与传统组态对比,如下图:

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图 组态对比

      
SuperView拥有丰富的图元,支持svg和canvas二次开发的图元导入,满足不同行业、领域、场景的快速组态显示的需求。如下图:

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图 组态图元

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图 组态编辑界面


 7.行业领域应用

     
针对行业领域应用要么以技术为切入点、要么以业务为切入点,业务需要长期积累的过程,很好的技术体系能够支撑业务的快速发展,以及在项目中很好的控制项目进度、项目成本和项目风险。以上产品体系组成的解决方案,可以帮助各行各业在边缘区域进行体系化建设以及进行业务开发,同时为将来连接“工业互联网平台”提供持续接入的能力。

     
为工业的冶金、电力、煤炭、加工制造等,以及为民用的智能家居、智能楼宇、智能社区、车联网、环保、农业等领域提供综合的解决方案。


 8.接入云端

      接入云端有两种方式:Super
Link网关直接连接云端、企业部署ServerSuperIO统一整合数据连接云端。如果云端也部署了ServerSuperIO,那么可以实现从底层到云端的无缝级联,从而实现一体化的解决方案。

    
接入云端涉及到传输协议,一般协议包括:HTTP、MQTT和OPC
DA/UA,azure支持OPC
UA服务。不管什么协议都会涉及到实时数据传输、数据的压缩与加密、数据补传,以及历史数据上云的问题,要求保证实时性、稳定性和安全性。


 9.工业互联网平台

      
有人问:互联网与工业互联网有什么区别?这个问题太大,可能只有专家才能回答。通俗易懂的解释:“互联网”可以拿PPT把故事讲的很美,但是“工业互联网”必须做实并且不是中小企业能够建设的。

      
“工业互联网”刚刚起步,类似当年“互联网”起步阶段,将来发展成什么程度还无法预测。东方国信紧扣时代契机,成立“工业互联网研究院”,并且积极推动“工业互联网平台”的建设与发展。最近东方国信中标工信部重点项目《信息物理系统关键技术测试验证能力提升和行业试验床建设》,是推动“工业互联网平台”建设过程中在具体行业的落地应用。


 10.结束语

      
任何技术方案最终都是为用户提供有价值的服务,对于企业来讲宗旨是提高效率和降低成本。以上的技术方案,是为新时代的发展提供基础支持。

 

物联网&集成技术(.NET) QQ群:54256083 

ServerSuperIO 3.0
开源地址:https://github.com/wxzz/ServerSuperIO

官方网站:http://www.bmpj.net/