产业背景

为顺应⼯业 4.0 的发展进程,实现与⼯⼚中 ERP 、MES 等系统的协作,结合 AI、规则引擎和消息中间件等技术的现代⼯业物联⽹(IIoT)平台是不可或缺的。这⼀ IIoT 平台需要能够连接⼯⼚中的各类设备和机器以实现数据交换,对采集到的数据进⾏进⼀步分析,⽤于⽣产决策。这些 IIoT 平台集成商最常⽤的做法是提供 Cloud API 或 SDK,⼯⼚⽅⾯需要⾃⾏在接⼊层开发适配,将⼯业协议与平台连接起来。由于⼯业设备、总线协议复杂,数据接⼊难度⼤,⼀个通⽤协议⽹关是 IIoT 平台的必备组件。

产品概述

对于 IIoT 平台来说,最关键的问题是如何使⽤⾃⼰的通信标准从各种设备上获取所需数据,EMQ X Neuron 即是设备和 IIoT 平台之间进⾏通信必不可少的⼯业协议⽹关软件。它⽀持⼀站式接⼊数⼗种⼯业协议,并转换成 MQTT 协议接⼊云端⼯业物联⽹平台。Neuron 不仅能与多种⼯业协议设备进⾏通信,还可以管理这些设备的技术细节,如设备内部的地址表、数据标签、通信接⼝以及公式等。

Neuron ⽀持⼀站式平台⽹关配置管理,所有配置、规则、标签都统⼀管理在云端平台,通过 Web 服务部署在各⽹关,实现设备远程监控、远程维护、远程配置管理等功能。

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产品特性

⽀持多种⼯业设备协议

Neuron 是⼀款能够⽀持多种⼯业协议的⽹关软件,从各种 PLC 制造商到全球技术标准委员会。其中,Neuron 可以与⻄⻔⼦、罗克⻙尔⾃动化、AB、OMRON、三菱 PLC 以及 Modbus、OPC、IEC、EtherNet/IP 等标准协议和数百种以上的协议进⾏通信。Neuron ⽹关采⽤的这些通信协议必须是灵活的,可替换或互换的。

⼀站平台⽹关配置管理

Neuron 引⼊了⼀种数据建模⽅法或数据标签命名惯例,将这些数据标签匹配成对象的属性。这些对象属性值将被⽤于处理引擎脚本的计算。对象和属性可以是世界上任何有意义的实体,例如,温度表就是⼀个对象,温度值就是对象的属性。因此,数据标签将被很好地组织成对象属性格式,然后再发送到 IIoT 平台。

Neuron 提供了⼀个简单的设置环境,完全不需要任何编程技巧,只需要填写⼀些通信频道和数据标签组合的参数。通道设置需要选择 PLC 型号,并指定其 IP 地址、驱动名称和其他通信参数。标签地址设置包括标签名称、读写时间间隔等,接下来是将标签名称与地址匹配到对象属性模型。

在许多 IIoT 项⽬中,⼯⼚⾥会有许多机器分布在各个地⽅,有时彼此之间可能相距很远,当需要要逐⼀设置这些数据标签配置时就会很麻烦。例如,在不同地点重复输⼊同⼀组数据标签是⾮常耗时的,并且操作⼈员可能会在⽹关中遗漏输⼊⼀些数据标签。因此,Neuron 提供了⼀个集中配置功能,可以⼤⼤减少⼈为错误及输⼊数据的⼯作量。操作⼈员可以在 IIoT 平台上⼀次性检查这些数据标签的设置,然后通过简单的步骤将配置部署到各地的 Neuron 上。

标准⼯业警报处理

除了数据标签的设置外,⽤户还可以通过在数据标签上配置触发点和上下⽂来⾃定义⼯业标准报警系统。每⼀个报警都可以被划分到五类中的⼀类。依次为临界、报警、警告、事件和显示。每个报警类别将匹配不同的报警动作,包括历史⽇志、屏幕显示、确认请求、报警蜂鸣器甚⾄安全常规。当 Neuron 启动时,报警系统⽴即⽣效,当特定的数值达到触发点时,就会触发报警,⽤户必须确认报警。所有动作包括⽣效时间和确认时间都会被记录下来,这是⼯业报警系统的标准⽅式。

边缘规则处理引擎

Neuron 还有⼀个内置的逻辑处理引擎,⽤于数据操作。Neuron ⽹关提供了⼀个脚本解析器,接受类似 C 语⾔的编程语句,可以编译成字节码。Neuron ⽹关的逻辑处理引擎会对这个字节码进⾏每秒数个循环,实现⽤户定义的业务逻辑。所有的对象属性都可以在引擎中进⾏计算,输出的数值可以发回机器进⾏控制。⽤户可以为⾃⼰的控制逻辑、公式和事务创建⼀些脚本。这些脚本甚⾄⽀持在机器运⾏时进⾏即时修改,⽤户可以随时创建或修改⾃⼰的控制逻辑、公式和事务的脚本。也就是说,⽤户可以在不停⽌机器的情况下创建或修改脚本。这个引擎可以帮助应⽤在发送数据前进⾏预处理,能⼤⼤减少 IIoT 平台中进⼀步数据处理的⼯作量。

所有的脚本都是在常规实现基础上组织的,每个脚本在处理引擎中被视为功能⼦程序。这些⼦程序中的⼀些可以被分配到处理引擎循环中,其中⼀些可以在某些条件满⾜时被调⽤。其中⼀些⼦程序可以在其相关的报警或事件发⽣时被触发。因此,⽤户可以在⽹关平台上将⼦程序与相关报警或事件进⾏匹配。这使得 Neuron 可能成为⼀个事件驱动的战略能⼒。

冗余⽅案及数据遗失保障

Neuron 有⼏种运⾏状态。⼀开始,它在没有任何配置的情况下开始运⾏,称为 inactive 状态,此时,Neuron 什么也不做,只是等待进⼀步的命令。当它收到 IIoT 平台的配置后,就进⼊待机状态。当它收到 IIoT 平台的 “START” 命令时,它就开始在活动状态下持续⼯作。由 IIoT 平台控制配置和状态变化操作,利⽤这种状态变化的优势,⼀组 Neuron 可以提供集群能⼒,共享⼯作负载或提供冗余可⽤性。我们将这种分组⽅式称为 “N+1” 集群模式,也就是说,对于任何 N个 活跃的 Neuron,我们可以有 1 个额外的备⽤ Neuron。当集群组中的任何⼀个Neuron 硬件发⽣故障时,多出来的⾮活动或备⽤⽹关会⽴即接管有问题的那⼀个,这样可以最⼤限度地减少设备故障带来的数据损失。

Web 的⼈机界⾯

Neuron 通过 Web 技术提供了数据可视化功能,⽤户可以很⽅便的使⽤浏览器直接在本地⽹络内查看设备的状态和数据。因此,Neuron 的作⽤不能仅仅局限于 IIoT 平台的⽹关,它还可以成为机器运⾏的 SCADA 系统。当然,SCADA 在每个项⽬的⽤户界⾯都是不同的。⽤户可能需要通过进⼀步的 Web 开发来定制⽤户界⾯。

应⽤场景

EMQ X Neuron 适⽤于在各种⽹关硬件部署,⽤于构建⼯业物联⽹平台,⽆需容器框架,超低资源占⽤,X86、ARM、MIPS 三⼤架构⽀持。

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⼯业⽣产监测

EMQ X Neuron 能够快速接⼊产线上的各类设备,采集⽣产数据进⾏监测与汇总分析,输出最优的⽣产计划,提升设备运⾏效率,对⽣产材料以及产品质量进⾏更加严格的把关。

⽔、⽓、汽管⽹监测

EMQ X Neuron ⽀持的⼯业协议覆盖各类⽔、⽓、热⼒传感器设备通信协议,能够将⽣产供⽔、热⼒、燃⽓等管⽹的监控、调度、数据分析模型和业务管理统⼀到平台上,依托平台能⼒实现全过程⽣产数据采集存储、运⾏情况可视化展示、调度分析决策。

市政供⽔、供⽓管⽹监测

城市供⽔管⽹、供⽓管⽹爆炸事故时有发⽣,市政供⽔管道、供⽓管道防爆监测的预警管理,是⼀项紧迫且重要的⼯作。EMQ X Neuron 能够实现测控装置、温度传感器和压⼒传感器接⼊并进⾏管⽹的温度和压⼒数据采集,数据分析处理同步⾄平台进⾏监控和极限报警处理。

与 EMQ X 产品集成

EMQ X Neuron 接⼊设备进⾏协议转换后,通过 MQTT 协议将设备与云端⼯业物联⽹平台连接。EMQ X Enterprise MQTT 服务器⽀持百万级物联⽹设备⼀站式接⼊,⽀持基于 SQL 的内置规则引擎,灵活处理/转发消息到后端服务,存储消息数据到各种数据库,或桥接 Kafka、RabbitMQ 等企业中间件,能够⽅便地与 Neuron 集成,搭建⾼性能的云端⼯业物联⽹平台。

设备接⼊采⽤ Neuron 解决了⼯业设备总线协议复杂、稳定性要求⾼、数据接⼊难度⼤的问题,EMQ X Enterprise 进⼀步解决了海量物联数据可靠传输、低时延上云处理的问题。

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总结与展望

⽬前 Neuron 不仅可以将设备与机器的数据传输到 IIoT 平台进⾏分析,更能帮助实现 IIoT 项⽬的快速部署。现在 Neuron 已经⽀持将通信参数设置、数据标签设置、控制逻辑脚本与底层⼯业协议通信、触发定时器和其他低层级程序细节完全分离开来,进⾏打包统⼀配置。

Neuron 是我们开发团队⼗⼏年⾏业经验的结晶,我们的⽬标是使 Neuron 尽可能多地适应各类⾃动化系统与⼯业设备,同时具备可靠、灵活、易⽤、可扩展、易迁移等特性,与 EMQ X 系列产品⼀同构建现代⼯业物联⽹平台,推动⼯业物联⽹⾏业发展。

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