工业物联网解决方案59

GARDS异步远程数据服务GENERICASYNCHRONOUSREMOTEDATASERVICE2015年1月20日GENERICASYNCHRONOUSREMOTEDATASERVICE概要异步远程服务系统（GenericAsynchronousRemoteDataService），简称GARDS系统。GARDS的目的，是为工业装置（设备）生产商、服务商提供一个数据平台，通过这个平台，装置（设备）的生产厂商（或者服务商）可以在远程掌握他们给自己客户提供的装置（设备）的运行情况，通过运行数据，准确定位故障、预警故障，从而达到对这些装置（设备）的更加经济、高效、完整、准确的服务。GARDS的基本做法，概括起来有三点：—在装置（设备）上，通过加装适配器的方法，获取装置（设备）的运行数据，并将这些数据（通过适配器把这些数据的规格化后）发送到一个统一的平台；同时，也会从这个平台收取信息，并根据这些信息的含义，对装置（设备）的某个执行机构发出操控指令、查询指令；—这就是一个基础数据平台，用来接收数据、发出数据、保存数据、组织数据、分析数据、关联数据；—根据需要，对平台上的这些经过组织、关联、和分析过的数据，进行各种利用。比如，去宏观呈现（图表、曲线）、微观呈现（实时状态、曲线）。GARDS数据服务GARDS的核心，是提供远程数据服务。也就是说，GARDS系统是以客观数据为服务内容。无论是何种实际用途的装置（设备），GARDS系统将这些数据分成三类：实时状态数据：当前时刻的实际状态数据，如位置、温度、压力、电流、电压、负载，能耗，等等；事件数据：当前周期内装置（设备）发生过的事件，如开机、异常停机、某执行机构动作，等等；报警数据：当前周期内，装置（设备）发生过的报警，如过压、过载、过热，等等。GARDS的数据服务，实际上说的是两个层面：第一个层面，是客观数据。客观数据是来自于装置（设备）本身，通过适配器去获取，上报。这些都是客观存在的数据；第二个层面，是逻辑数据。客观数据到了数据平台以后，经过数据平台的组织、关联、分析。经过组织关联分析后的数据，本身也可能是一个结果。举例：我们以“报警”为例进行说明。第一种情况，是直接报警。装置（设备）本身，有一套报警系统。比如，某个压力容器，如果出现异常，直接输出报警信息。这种报警，就是客观数据，无需数据平台去理解；但是也可能是这个情况：装置（设备）只输出“温度、压力”，温度=300°C，压力=10MPa。这个是客观数据。假如我们知道一个关系，温度X压力≥2800的话，也需要预警。那么，这个时候，我们可以把这个判断关系，放到数据平台，让数据GENERICASYNCHRONOUSREMOTEDATASERVICE平台输出报警。这种就是逻辑报警。也就是说，尽管装置本身没有直接报警，但是，平台经过分析，认为这也是一个警情，那么，也可以作为报警处理，只要我们清楚这些逻辑关系。逻辑报警和直接报警的区别是，逻辑报警的报警阈值，是可以随时调整，随时增加的；而直接报警一般都是由装置（设备）本身实现做好的，后期即便有新的变化，新的判断，也很难去调整。GARDS远程服务系统，是区别于装置（设备）本身的监控系统和操控系统的，尽管理论上可以做到对系统的监控和操控，但实际上GARDS本身并不替代这些工业装置（设备）原生态的监控和操控系统。基本解决方案GARDS系统包括三大部分：适配器（和上位机—可选）、基础数据平台、应用系统。适配器GARDS系统的适配器，是加装在工业装置（设备）上的一个适配中间件。GARDS适配器逻辑上有两端：L端（Local本端）+R端（Remote远端）。L端（本端）是对接装置（设备），对接方式可能是串行方式、蓝牙、WIFI、等等一切可能的方式。L端是负责采集工业装置（设备）的数据（状态、事件、报警）；适配器获取到这些数据后，经过加工整理，格式化，变成GARDS系统规范的数据方式，然后，通过R端发给GARDS数据平台。同时，R端也会询问数据平台，有没有信息需要给适配器获的。如果有，就接收。收到这些数据后，适配器会去做相应的解析，并根据解析的结果，去决定该怎么做。这些结果，实际上就是一系列的指令，适配器根据这些指令，再反过来，通过L端，发送给装置（设备），让他们去操控某些执行机构。适配器的硬件结构是确定的，对不同的使用需求，只需要做软件的调整。基础数据平台简单的理解，基础数据平台就是GARDS的数据中心。它的基本作用是：•接收适配器发送的数据，并保存这些数据；•维护一系列的逻辑规则，比如：关联关系、预警模型、阈值控制、边界条件设置，等等；•把数据进行整理、组织、关联、分析；•根据逻辑规则，形成一系列的条触发机制；•给适配器下发信息（数据）；•把GARDS系统的数据，提供给其他的应用系统。GARDS基础数据平台，不仅是一个复杂的数据处理中枢，而且是一个非常灵活的平台。首先，GARDS基础数据平台，是可以自行定义通讯数据交换格式，也就是说，一个GARDS平台上，可以兼容各种不同的适配类型，唯一需要的是，数据描述必须符合GARDS规范；其次，一个GARDS平台，必须可以保证能很好的支持百万级的适配器连接，高效收发数据；还有，一个GARDS平台，可以支持不同的应用接入，必须能够很好的支持这些应用系统去进行数据交换。举例：ABC公司，是著名化工反应装置的生产制造商，他们的产品很多：RE-01，RE-02，RE-03型反应器装置，PV-1、PV-2型压力容器装置，还有MP-A，MP-B型机泵。这实际上是三类没有关系的装置（设备），但是，他们都用在一百个化工厂。RE系列的反应器也好，PV系列的压力容器也好，MP系列的机泵也罢，ABC公司都分别提供了独立的监控台，可以分别操控这些装置。ABC公司，使用GARDS系统。这个系统，只有一个基础数据平台，每种装置（设备）都对应使用适合的适配器：ADR适配器—加装在RE系列反应器上，获取的主要数据是，反应器的温度，催化剂含量、CO2组分含量；ADP适配器—加装在PV系列压力容器上，获取的主要数据是，压力容器的温度、和压力；ADM适配器—加装在MP系列机泵上，获取的主要数据是，机泵的转速、流量、输出功率。那么，GARDS系统上：（1）首先能做到的是：ABC公司的技术支持人员足不出户，就可以分别了解每个客户所使用的反应器、压力容器和机泵的实时客观数据。并可以根据这些数据，绘制成图表。还可以知道，那些客户的那些装置（设备）什么时候发生过什么事情，比如，什么时候停过机，什么时候发出过什么报警；（2）其次能做到的是：ABC公司经过一段时间的GARDS系统的运行，发现他们的客户在使用这些设备装置的时候，一些数据的一些内在关联情况，比如，机泵流量变大的时候，反应器里面CO2组分含量一定会升高，同时，压力容器的温度一定会下降；（3）还能做到的是：ABC公司，可以设置预警，一旦机泵的流量达到或者超过12m³/秒并且压力容器温度低于220°C的时候，必须要发出提示。这个时候，ABC公司的技术支持人员可以联系客户，让他们把反应器的CO2含量降低，同时调整机泵的输出功率。这个例子实际上要说明的是几个核心的意思：•一个装置（设备）厂家，无论他有多少种产品，都可以只使用一个基础平台；•这个平台上，可以分别展现所有客户的所有装置（设备）的运行情况；•这个平台上，可以建立一系列的关联关系，无论他们是不是同一个装置，甚至是不是同一个客户；•根据这些关联关系，和数据特征，任意设置预警条件；应用系统GARDS基础数据平台，是GARDS的数据服务基础。尽管基础数据平台里面，都是客观运行数据，但是，基础数据平台本身并不去做任何对这些数据的加工和使用。实际上，GARDS系统本身，并不知道客户要那些数据的含义是什么，更不知道客户要用这些数据做什么。每个客户或许都有自己独特的要求和期望，或者有某些需要特别关注的数据。因此，应用系统，尽管是GARDS体系的一部分，但实际上只是一个规范，一个从GARDS基础数据平台中获取数据，接受数据的规范。利用这个规范，客户可以自己完成（或者委托第三方完成）自己需要对数据的运用方式。比如，把所有客户的分布，整体设备运行完好率，作一个宏观的展现；或者把某个客户某个时间段的某一类数据的变化，用曲线展示；或者用图表展所有现正在运行的设备的一个什么综合状态，等等。适配器+上位机适配器结构A面B面GARDS适配器的主要构成是：电源电路—用于适配器的工作供电；GPS模块—用于卫星定位；GSM模块—用于无线通讯（数据传输），和音频通话（声音采集）；GSensor模块—三轴重力加速度传感器，用于采集重力加速度变化；数字视频电路—用于视频采集、图像抓拍；A/D转换电路—用于模拟信号数字化转换；MCU模块—中央处理器，用于适配器的逻辑运算。A面A—GPS天线接口；B—GSM卡卡槽；C—信号输入/输出控制口。GARDS适配器，可以同时处理（输入/输出）12路数字信号和8路模拟信号。D—GSM天线接口；E—负载工作指示灯；F—GSM工作指示灯；G—GPS工作指示灯；输出H—信号工作指示灯；B面A—语音输入接口（麦克风）；B—上位机接口；GARDS适配器，支持对接上位机终端。GARDS上位机是一个带屏的嵌入式终端。C—视频输出接口；D—4路视频输入接口；E—ACC信号指示灯。ACC（AdaptiveCircuitControl）自适应电路控制信号。ACC信号在GARDS信号中，是作为关键条件控制输入信号，比如，装置（设备）的启动。F—适配器供电电源信号；G—上位终端连接信号指示灯；H—音频输入信号工作指示灯；J—视频输入信号工作指示灯。适配器的使用适配器是通用的。这里指的通用，是指电子结构。针对不同的适配类型，是需要调整软件的。这是因为不同装置（设备）本身传感器类型会不同，获取数据的方式也有所区别。GARDS支持一个装置上，根据需要，选择使用一个（或多个）适配器，分别对接不同类型的数据，这样使得安装时更加灵活。上位机上位机是一个GARDS的可选的配置。GARDS实际上是一个可以与适配器对接的带屏幕的ARM嵌入式电脑。事实上，只要是接口符合GARDS，任何形式的终端都是可以使用的。上位机接与适配器对接方式是必须符合GARDS规范，包括接口标准和数据通信标准。A—音频接口，对接到上位机的音频输入接口；在不使用上位机的情况下，音频接口也可以独立使用，就是直接连接麦克风，作为拾音；B—上位机接口；上位机接口中，两路是音频输入/输出，另外两路是串行接口（Rx/Tx）用于数据交换；C—视频输出接口。对接到上位机的视频输入接口。适配器可以根据指令，对视频进行切换，或者四分屏显示。上位机的使用上位机可以根据需要，选择不同的操作系统，比如WindowsCE，或者安卓。上位机上需要的应用，可以根据需要，进行相应应用软件的编程。GARD提供了适配器与上位机的接口线束标准，以及与适配器直接的数据通讯规范。应用系统GARDS体系中，应用系统是应用的具体体现。GARDS体系中，基础数据平台中，包含了由适配器获取到的数据。这些数据经过基础数据平台的分类、组织、规格化、关联以后，这些数据可以被很方便，很灵活的各种使用。有一个很重要的概念：GARDS的应用系统是需要GARDS提供方和客户共同完成。一般来说，应用系统可以是客户端程序，也可以是一个复杂的客户/服务器应用，或者是WEB浏览器的应用，甚至是手机APP的应用。应用的形态需要根据客户自己的实际需要决定，无论何种方式的应用，关键的关键，还是要遵循GARDS规范，如何正确去使用这些数据，昀大程度发挥数据的作用。大屏显示大屏应用，是昀常用的应用。就是客观数据的宏观展现方式。一般大屏可以用于：显示自己客户的分布状况、设备总体运行状况、设备完好状况，等等。GARDS本身并没有，也不提供现成的大屏程序。GARDS本身并不限定在某个行业和领域，加上不同的客户对大屏程序的要求都不会一样，所以，大屏程序只能根据客户自己的需要去设计和实现。简单的大屏程序，就是一个客户端程序，直接使用GARDS规范，获取