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智慧工厂测试床(EC-IoTTB2018-1005)

1 实验平台名称

智慧工厂测试床


2 发起单位

安徽省安泰科技股份有限公司


3 合作公司

北京和欣公司


4  实验平台目标和概述

长久以来,在生产型企业各部门之间分离的IT系统和现场控制系统已经形成了许多大大小小的“信息岛”,尽管部门级的系统各自(ERP、DCS等)运行良好,但企业并不能通过这些零散系统的数据和功能的建立起企业的全貌,从而造成了大量的信息资产的闲置和浪费。没有最大化地运用企业的信息化所产生的价值。通过长期的实践,今天的管理者希望企业内不同的信息化和自动化系统实现集成,融为一体。希望系统能够提供贯穿整个企业关键信息的访问,甚至可以把这种访问延伸到政府、客户和供应商那里,以大大提高工作效率。同时还希望充分利用现有系统的投资,以降低信息化成本,并快速响应业务需求变化以提高竞争力,尽快实现企业的远景规划。因此,许多企业将信息融合和应用集成作为数字化企业建设的首要目标。

仅就流程性行业的信息化应用而言:

(1)几乎所有的企业均不同程度地实施了面向管理和生产调度的MIS,ERP或者EAM系统,有的企业甚至完成了2个以上的版本。

(2)几乎所有的现场控制系统均实现了自动化控制。通过DCS、电力综合自动化等系统,可以提供完备的现场实时数据。

(3)办公自动化系统基本得到了应用,OA使用最广泛。

(4)各类生产和维护管理系统(设备管理、工作票、检修管理…)从纵向来说可用。但是系统之间横向关联度弱,导致了企业信息的综合利用无法完成。

以上种种原因,导致了客户在每一轮的信息化的过程中,每天在各个应用系统之间疲于奔命,决策者无法掌握全面的企业信息,企业的有效信息无法得到真正的深度挖掘。随着互联网技术的发展以及云计算、大数据应用的不断发展,客户和集成商都不约而同地提出了建立数字企业、实现生产和管理信息融合集成的需求。但是,面临用户的庞大的业务和数据量的信息集成、原有系统和信息资源的保护等问题造成了集成的复杂性和有限资源的不断冲突。在这个冲突中,企业和系统集成商已经意识到原有的解决方案无法实现真正的集成。这些方案仅仅只是不同技术不断地拼凑,而这些“技术组合”又过于复杂和冗余,导致整合项目需巨额费用支持,许多项目因此胎死腹中。

鉴于以上存在的种种问题安徽省安泰科技股份有限公司基于边缘计算构建智慧工厂解决方案,通过能耗数据采集终端和集成原有各个子系统数据,对工厂内生产、排放、高压配电、车间能耗数据实时全面采集并运用云+大数据,实现工业“智能制造”的“四化”,基于工业大数据精确、真实和及时的运用,提升制造资源的使用效率和制造质量,降低个性化和试错的成本,带来产品制造的持续创新。在传统能耗监管模式的基础上整合企业的生产工艺、运行管理、环境保护、产品质量等全方位数据,覆盖企业从产品原料进厂到最终成品销售中的各个环节,为企业打造模拟实际生产工况的数字工厂,通过智能调度、大数据分析等一系列手段,帮助企业实现降低生产运行成本、提升能源利用效率的目标。

 

5 应用场景介绍

智慧工厂能效管理平台基于边缘计算的本地快速响应优势主要体现在如下几方面:

(1)         将厂区内电力、煤、蒸汽、水、压缩空气、天然气、等能流通道和主工艺生产过程的集中监控管理,生产调度中心通过生产工艺指标和能源数据以及主要耗能设备状态参数的集中化、可视化、模型化、标准化,实时掌握装置设备能耗、运行效率、经济运行、产量、能源消耗、能源综合利用等情况的集中监控管理和分析预测,及时采取有效措施,确保装置设备的开车率、负荷率、效率、成本始终运行在最佳状态,从而降低能源损耗、原材料消耗,达到低投入高产出的目标,提高市场竞争力。

(2)        将厂内排放的环保数据每个测点设定正常范围值,前端采集设备通过边缘计算进行比对,一旦出现异常实时报警,并自动通知后台监控中心并进行一系列的设备联动。

(3)        实时采集高压配电的发电量和厂区的供电量,通过前端设备边缘计算可快速决定发电机组的启泵和停泵,将资源利用率最大化。

(4)         视频触发,安全管理。可通过自定义设置,一旦生产过程数据不在正常的范围内,智能物联网终端实时触发连接的摄像头进行抓拍、录像进行本地存储(在网络许可情况上传至后台监控中心),还原事件前后几分钟的视频,用以事故分析、教育、事故证明等,提升生产的安全性。

(5)         对重要装置、设备、采集、网络、通讯的故障信号、能源系统报警参数超限进行报警提供人工确认与复归功能。对于以上报警与复归,均提供终端信息显示。

 

5.1预期成果

实验平台通过对生产数据的采集及分析,系统实现最终状态感知,实时分析,辅助决策,精准定位,学习提升。共有以下效果:

1.      解决厂区所有数据实时采集问题:克服企业数据接口复杂,打破所有子系统信息孤岛问题将所有的数据统一进行采集。将各个子系统数据进行集成。利于后期的数据综合分析。提高用能效率,从而提高厂区生产效益。

2.      解决生产过程中实时响应问题:依赖于前端智能设备边缘计算,实时运算实时联动响应,响应后只需将处理结果上报平台记录。

3.      解决数据传达问题:快速将存在于生产、运输及存储当中的各类危险源、安全隐患、污水排放等信息从企业或相关委办传送到安全生产监督管理部门,可以针对文字、音频、视频、图片等各类数据进行高效的融合,形成有效的综合信息,进行本地存储,并综合上报云端。

4.      解决信息获取后的有效利用问题:可以有针对性的对于前端各类重要的生产机器进行数据异常预警、预报及事故经过智能分析后能给出初步的应对策略或方案,通过前端数据分析及云端安全生产大数据分析,前端为客户提供安全生产综合数据服务。

5.      解决安全生产信息前端统一监管问题:通过在监管部门部署,安全生产主站一体机,将监管业务及数据处理统一前移,融合网络、计算、存储、应用核心能力,提供前端监管服务。

 

5.2商业价值

智慧工厂技术的应用,既能实现成本降低,生产管理水平提升,生产能率提高,还使其生产制造资源更加合理化、精细化、有序化使用与管理,实现企业信息化、数字化、现代化建设,构建了一个信息无所不在、无所不通的全数字化、信息化的智能工厂典范,形成一套可复制、可推广的智慧工厂全息车间技术方案,每年预计可形成5家智慧工厂全息车间,约累计上千万元的产值,在此期间通过产业化复制模式,全国约累计超过20家,并可产生新的经济增长点。


5.3社会价值

   智慧工厂,具有相当广泛的应用前景,经济效益和社会效益明显, “智慧工厂”将成为物联网应用最大的市场,将助推传统工业企业向是现代制造业升级转型,大大提高核心竞争能力。通过此平台可以通过提高用能效益从而达到节能的目的,达到能源的可持续利用。通过全程跟踪和监控,智慧工厂在制造过程中,对于水、油、气的运输及设备远程控制的需求更加合理,排放更符合环保要求。这项目在整个制造行业的推广应用都具有极其强大的典型示范作用,并可以产生巨大的行业影响和价值,帮助政府打造先进的符合中国国情的智能制造信息化产业,提升中国制造业在全球的市场竞争力。


6 实验平台技术可行性

平台采用云计算加边缘计算,设备和云结合,需要测试如下技术:

边缘设备物理链路数据采集的正确性;

边缘设备无线传输(GPRS、NB-IoT,LORA)模块稳定性测试;

边缘设备对下各种解析驱动的正确性测试;

边缘设备设备间互联互通MQTT协议消息发布与推送正确性测试;

边缘设备计算测试从平台下发和执行正确性测试;


6.1物理平台

边缘计算采用安泰自主研发的ADS-6数据网关系列,集数据采集与计算与一体嵌入式设备,是智能设备,其次是测试所用的MODBUS、dlt645协议的多功能电表、传感器和一些PLC设备,这些不是智能设备。


1.png 


6.2软件平台

边缘计算软件平台处理器 TI  AM335X, 800MHz,Linux操作系统。

边缘计算网关软件架构图如下:


2.png

 

 

其中:

1.      硬件互联层:可以通过独立设计的通用接口xType接口进行现场设备的IO交互,考虑到现场大量的第三方设备和通用的传感器,同时提供第三方的硬件互联。

2.      数据解析层:通过预制的、可拆卸的现场通讯数据解析的驱动程序,将所有的现场数据归一化处理,成为统一格式的数据源。对于控制和调节输出的数据,将按照协议进行逆向处置。

3.      数据和计算层:通过实施数据引擎,历史数据引擎和计算逻辑引擎实现现场数据的采集、存贮、计算和传输的过程。尤其是计算引擎,可以实现所有的控制、调节、判优等模块功能。

4.      网络通讯层:通过通讯数据处理实现算法的下发、数据的上传和回招等操作,实现单元和主站、单元之间的通讯。


6.3配置和控制接口

平台通过MQTT物联网发布和订阅消息的方式进行边缘设备的分布式配置和控制


6.4数据通讯接口

   边缘边缘设备一般具有4-8个RS485口在总线上通过MODBUS、DLT645、CJ/T-188,除此以外在针对工厂DCS 设备时可以通过OPC协议。


6.5安全措施

云端数据安全策略

边缘端数据安全策略

数据安全隔离

数据访问控制,采用身份证认证的方式,对用户身份进行实时的监控、权限认证等,防止用户间的非法越权访问。

数据加密存储

对数据进行加密设置,可以使该数据被人非法窃取时产生乱码现象,从而无法得知具体的信息内容

数据加密传输

采用SSH、SSL等方式为云计算系统内部的维护管理提供数据加密通道,保障维护管理信息安全。

数据的备份与灾难恢复

为应对突发的云计算平台的系统性故障或灾难事件,无论你的数据存放在何处,你都应该慎重考虑数据丢失风险,对数据进行备份,以备丢失时进行快速恢复。

剩余信息保护

网闸(硬件上)

数据传输加密-SSL

身份管理

零信任网络

补丁管理

…..

 

6.6软件开发和模拟环境

边缘计算软件开发平台是CentoS6.4 + arm-linux-gcc 交叉编译器。开发语言是C、C++、python 相结合的方式。


7 和ECC技术及测试台的关系

7.1 ECC总体架构

    安泰工业云是融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台,满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全和隐私保护等方面的关键技术环节需求。

提供了一个完整的设备到企业级应用的统一开放平台,用于集成、连接和管理任何协议、任何网络、以及分散在不同区域的智能设备和子系统。基于平台化的集成管理和应用开发,有效实现企业与远程智能设备和系统进行互联互通互操作,从而帮助企业打造全透明的智慧工厂设备设施集成管理系统,为企业带来各种增值服务

实验平台架构与ECC总体架构相吻合,实验平台将通过

申请边缘网关(公司有);

申请底层测试设备(公司有);

搭建开发环境(Centos+交叉编译开发环境)

组建网络局域网

组织相关人员等一步步进行建立。

实验平台架构如下:


3.png

 

8  交付件

1、实验室边缘云平台搭建,包括基础设施、虚拟化部署、平台能力和APP部署

2、实验室边缘云性能及方案测试报告,包括整体业务流程和需求解决方案

3、交付基于A4云平台的智慧工厂能效云平台

4、边缘网关软硬件测试报告

 

11 实验平台使用者

    各类工厂

12 知识产权说明

   知识产权归属安徽省安泰科技股份有限公司

13部署,操作和访问使用

  本地端部署在厂区机房,本地局域网访问智慧工厂能效平台;

  云端部署在安泰公司,可以通过互联网进行访问能效平台;

  平台有统一权限管理功能,根据级别限制访问权限。


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