一、項(xiàng)目背景

我國(guó)從“十二五”規(guī)劃開(kāi)始明確提出要大力推進(jìn)“兩化”融合， 走新型工業(yè)化道路。所謂“兩化”融合，即“工業(yè)化”與“信息化” 的深度融合。

在大力推進(jìn)“兩化”融合的過(guò)程中，一方面工業(yè)軟件及信息技術(shù)服務(wù)需求將出現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線、多種通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、嵌入式技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)將不斷融合，從而以此來(lái)拓展工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間。另一方面，“兩化”融合將帶動(dòng)社會(huì)各大領(lǐng)域（不僅是工業(yè)制造領(lǐng)域，同時(shí)對(duì)于各大民用領(lǐng)域，比如樓宇智能化等）對(duì)工控類人才提出更高要求：不僅要能進(jìn)行單臺(tái)設(shè)備的控制，同時(shí)更需要會(huì)構(gòu)建系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制平臺(tái)，構(gòu)建基于 Web 的數(shù)據(jù)管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控的大型監(jiān)控系統(tǒng)。

培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)等專業(yè)人才，需要緊跟時(shí)代步伐，學(xué)生必須掌握應(yīng)用于生產(chǎn)制造、智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、智能物流、智能交流等各個(gè)行業(yè)應(yīng)用的工業(yè)級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，掌握異構(gòu)通信、數(shù)據(jù)云平臺(tái)、系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)等進(jìn)行綜合化的教學(xué)與系統(tǒng)化的實(shí)踐訓(xùn)練。為了配合人才培養(yǎng)方案的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，經(jīng)多次企業(yè)調(diào)研、專家研討，申請(qǐng)開(kāi)展工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)。

圖 1 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用

基于杰創(chuàng)云平臺(tái)、網(wǎng)關(guān)、控制器、人機(jī)界面、智能硬件構(gòu)建工業(yè)級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，通過(guò)硬件系統(tǒng)構(gòu)建和軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)，廣泛應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)、畜牧養(yǎng)殖、能源管理、倉(cāng)儲(chǔ)物流、生產(chǎn)制造、智能家居等行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域， 實(shí)現(xiàn)以下主要功能：

• 設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷，實(shí)時(shí)監(jiān)控；
• 設(shè)備售后可靠性維護(hù)保養(yǎng)，如空壓機(jī)售后保養(yǎng)；
• 試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)真實(shí)性保障，如鋰電池檢測(cè)；
• 智慧城建，如城鎮(zhèn)排澇、污水處理、垃圾再生處理；
• 智慧農(nóng)業(yè)、智慧水務(wù)、智智慧水利等項(xiàng)目。

二、系統(tǒng)框架

杰創(chuàng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)詳見(jiàn)圖 2，從左至右包括物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、通信網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)三大部分組成，此外還包括用戶 HMI 和智能移動(dòng)終端 APP。通過(guò)平臺(tái)操作和遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作站點(diǎn)的數(shù)據(jù)管理，基于 Web 網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)布，利用數(shù)據(jù)可視化 技術(shù)實(shí)現(xiàn)各工作站實(shí)時(shí)工作狀態(tài)的顯示。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備站點(diǎn)接收平臺(tái)指令，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)各環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)以及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

圖 2 杰創(chuàng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)圖

圖 3 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)組織管理

（一）杰創(chuàng)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)：

杰創(chuàng)云信息化平臺(tái)以產(chǎn)品深耕自動(dòng)化行業(yè)多年和廣泛應(yīng)用為基礎(chǔ)，面向遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的行業(yè)應(yīng)用平臺(tái)，涵蓋功能包括設(shè)備接入、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)分析、用戶管理等部分，支持網(wǎng)頁(yè)端和手機(jī) APP 同時(shí)監(jiān)控，詳見(jiàn)圖 4。

性能優(yōu)點(diǎn):豐富的終端接入方式（2G、4G、WIFI、Ethernet）；靈活的連接性，支持杰創(chuàng)全系列 PLC 以及標(biāo)準(zhǔn) MODBUS-RTU 協(xié)議設(shè)備接入；網(wǎng)頁(yè)圖形組態(tài)，更豐富的展現(xiàn)形式；平臺(tái)簡(jiǎn)單易懂，免教學(xué)，輕松上手；歷史數(shù)據(jù)、操作日志可查詢；設(shè)備報(bào)警、維護(hù)保養(yǎng)提醒多終端支持，PC、安卓或蘋果 APP（圖 5）。

杰創(chuàng)云與傳統(tǒng)組態(tài)的比較的主要優(yōu)點(diǎn)是：1、支持遠(yuǎn)程操作；2、支持全線分配；3、支持操作日志追溯；4、對(duì)離散型設(shè)備區(qū)域化管理；5、支持手機(jī) APP。主要缺點(diǎn)是：1、實(shí)時(shí)性相對(duì)于傳統(tǒng)組態(tài)略差；2、動(dòng)畫效果差；3、同一畫面顯示多臺(tái)設(shè)備數(shù)據(jù)。

圖 4 杰創(chuàng)云平臺(tái)（學(xué)習(xí)者）界面

豐富的用戶權(quán)限劃分：

• 管理員：可查看所有設(shè)備，可對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行操作，并分配權(quán)限；
• 操作員：可對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)編輯、添加設(shè)備、圖形組態(tài)等操作；
• 用戶：只能對(duì)設(shè)備進(jìn)行查看監(jiān)控；
• 訪客：只能對(duì)設(shè)備進(jìn)行查看，沒(méi)有任何操作權(quán)限；
• 支持網(wǎng)頁(yè)端和手機(jī) APP 同時(shí)監(jiān)控
• 支持 web 圖形組態(tài)，更生動(dòng)形象的展現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)，提升產(chǎn)品服務(wù)質(zhì)量；

圖 5 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)操作與運(yùn)維人機(jī)界面：PC、移動(dòng)終端 APP

（二） 杰創(chuàng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品：

A-B OX網(wǎng)關(guān)提供4G/WiFi/RJ45豐富網(wǎng)絡(luò)接入；標(biāo)配RS232/485/422 串口；最多 2 路 10/100M 自適應(yīng) RJ45 接口；提供RJ45/WiFi 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；允許各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用；兼容市場(chǎng)各種主流控制器。

圖 6 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用

性能特點(diǎn)：4G 全網(wǎng)通、GPS 定位、串口透?jìng)鞴δ?、以太網(wǎng) VPN 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使用、持久在線，具有斷線重?fù)芎涂撮T狗等。支持串口及以太網(wǎng)設(shè)備，例如西門子、三菱、歐姆龍、臺(tái)達(dá)等；設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷；設(shè)備售后可靠性維護(hù)保養(yǎng)，如空壓機(jī)售后保養(yǎng)；試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)真實(shí)性保障，如鋰電池檢測(cè)；智慧城建，如污水處理、垃圾再生處理、冷庫(kù)；智慧農(nóng)業(yè)、智能家居、智能房車等行業(yè)。

圖 8 A-BOX 網(wǎng)關(guān)的三種連網(wǎng)方式：4G/WIFI/有線

(模式A：移動(dòng)/聯(lián)通/電信全網(wǎng)通，支持 3 在運(yùn)營(yíng)商 7 個(gè)頻段；模式B：支持 2.4GHz 頻段，150M 帶寬傳輸速度；模式C：3 個(gè) 10M/100M 自適應(yīng)網(wǎng)口，1 個(gè) WAN 口，2 個(gè)LAN 口)

圖 9 網(wǎng)關(guān)支持的無(wú)線通信連網(wǎng)方式：有線/2G/4G/WIFI

杰創(chuàng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品特點(diǎn)：4G/WiFi/RJ45 豐富網(wǎng)絡(luò)接入、標(biāo)配RS232/485/422 串口、最多 2 路 10/100M 自適應(yīng) RJ45 接口、提供RJ45/WiFi 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，允許各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用、兼容市場(chǎng)各種主流控制器。

表 1 杰創(chuàng)多種網(wǎng)關(guān)選型參考

2.T-BOX 以太網(wǎng)模塊：

以太網(wǎng)模塊使用 10/100M 自適應(yīng) RJ45 接口，支持基于 TCP/IP 的X-NET 和 MODBUS TCP 通訊協(xié)議。豐富了系統(tǒng)間的連接通信方式，配套DCS 系統(tǒng)的連接方式，打破傳統(tǒng)工自動(dòng)化系統(tǒng)的孤島狀態(tài)。主要監(jiān)控方式有XC/XD 系列 PLC 編程工具軟件、網(wǎng)站、APP、Kingview、Wincc 等。

功能說(shuō)明:

(1) 實(shí)現(xiàn)靈活的分布式自動(dòng)化結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理。(2) 通過(guò)RJ45 標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行以太網(wǎng)訪問(wèn)，基于標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行通訊。(3) 通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程編程，監(jiān)控和診斷，以節(jié)省時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。(4) 通過(guò)以太網(wǎng)存儲(chǔ)和操縱數(shù)據(jù)信息，為簡(jiǎn)化過(guò)程數(shù)據(jù)的處理和歸檔打下基礎(chǔ)。(5) 可使以太網(wǎng)與自動(dòng)化控制設(shè)備互相通訊，使得這些設(shè)備可用于復(fù)雜的系統(tǒng)中。(6) 高性價(jià)比并以簡(jiǎn)單形式將以太網(wǎng)連接到所有自動(dòng)化的設(shè)備和層次。(7) 易于維護(hù)，支持簡(jiǎn)單的用戶友好診斷功能。

產(chǎn)品特點(diǎn):內(nèi)網(wǎng)可達(dá) 4 個(gè)主站,同步監(jiān)控支持同時(shí)內(nèi)、外網(wǎng)監(jiān)控, 支持MODBUS TCP 用于連接組態(tài)軟件,T-BOX 支持MODBUS TCP 主/從模式,TBOX 采用 24V 直流供電,支持 RS232C/RS485 串口連接方式,提供運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)燈指示功能,以太網(wǎng)PLC 采用10/100M 自適應(yīng)以太網(wǎng)口。

三、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)方案

杰創(chuàng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室支撐高職院校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)，用于相關(guān)專業(yè)的教學(xué)實(shí)訓(xùn)、科研開(kāi)發(fā)、社會(huì)培訓(xùn)、1+X 認(rèn)證等需求，系統(tǒng)綜合應(yīng)用 4G 通信、計(jì)算機(jī)、云計(jì)算、傳感控制等*技術(shù)，采用工業(yè)級(jí)的產(chǎn)品構(gòu)建實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)的實(shí)訓(xùn)功能有：

現(xiàn)場(chǎng)傳感器與控制器間的數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)；現(xiàn)場(chǎng)控制器通過(guò)網(wǎng)關(guān)與云平臺(tái)管理層之間的數(shù)據(jù)通信，間接實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與歷史數(shù)據(jù)查詢；基于 Web 的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；建立工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成和組態(tài)的概念，對(duì)現(xiàn)代化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行深層次應(yīng)用；對(duì)于工業(yè)、民用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集或檢測(cè)用傳感器數(shù)據(jù)上傳技術(shù)有一個(gè)系統(tǒng)的掌握。

圖 10 杰創(chuàng)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（每套相同）