MQTT 網(wǎng)關(guān)對接水務(wù)二次供水管理平臺案例

一、客戶介紹

隨著城市發(fā)展和人口增長，對水務(wù)行業(yè)的監(jiān)測和管理要求也越來越高。然而，傳統(tǒng)的水務(wù)行業(yè)監(jiān)測方式存在很多不足，如數(shù)據(jù)傳輸?shù)木徛筒豢煽浚瑪?shù)據(jù)安全風(fēng)險大等，為了更有效地監(jiān)測和管理這些信息，供水公司需要一個能夠?qū)崟r收集、傳輸和存儲這些信息的系統(tǒng)，便于供水?dāng)?shù)據(jù)能快速便捷接入總公司二次供水管理平臺，以實現(xiàn)泵房的遠(yuǎn)程監(jiān)控，最終保障安全供水“最后一公里”

二、客戶所面臨的問題

1.現(xiàn)有的監(jiān)控方式低效：__如手工抄表、人工巡檢等，導(dǎo)致信息收集不及時、不準(zhǔn)確，難以及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，無法實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)實時上云。
2.數(shù)據(jù)不可靠：__普通的透傳網(wǎng)關(guān)在數(shù)據(jù)傳輸過程中易受干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或錯誤。
3.數(shù)據(jù)安全風(fēng)險大：__普通的透傳網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸方式?jīng)]有采用加密技術(shù)，數(shù)據(jù)容易被竊取或篡改
4.缺乏遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：__在水務(wù)管理系統(tǒng)中，依舊使用傳統(tǒng)的觸摸屏管理，僅支持現(xiàn)場進(jìn)行控制，難以實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和控制。
5.無法遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備程序：__傳統(tǒng)觸摸屏、透傳網(wǎng)關(guān)，無法做到PLC程序的遠(yuǎn)程上下載控制，導(dǎo)致程序無法及時更新。
6.普通平臺功能受限：__在使用過程中碰到額外的場景或需求時，普通平臺無法及時升級或進(jìn)行解決。

三、方案總體設(shè)計

為了解決上述問題，我們提出使用 藍(lán)蜂MQTT 網(wǎng)關(guān)作為二次供水系統(tǒng)的核心監(jiān)控設(shè)施，并在二次供水設(shè)施中部署傳感器，通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)對接供水設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集， 再通過MQTT協(xié)議將實時數(shù)據(jù)發(fā)送到云端服務(wù)器，通過云端服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、分析、展示。

（架構(gòu)圖）

四、詳細(xì)方案設(shè)計

4.1現(xiàn)場硬件部署

現(xiàn)場設(shè)備/儀表-> PLC -> MQTT網(wǎng)關(guān) -> 平臺

1、部署傳感器：在二次供水設(shè)施中部署水質(zhì)傳感器、水量傳感器、水壓傳感器等，實時監(jiān)測水質(zhì)、水量、水壓

2.連接 MQTT 網(wǎng)關(guān)：將傳感器PLC 與MQTT 網(wǎng)關(guān)連接，并使用 MQTT 協(xié)議將實時數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)上。

3.網(wǎng)關(guān)通過MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上報給水務(wù)應(yīng)用平臺或監(jiān)管平臺

4.2 功能設(shè)計概要

1. 連接MQTT云服務(wù)器，做好數(shù)據(jù)上報準(zhǔn)備
2. 對接二次供水相關(guān)設(shè)備，做好設(shè)備連接準(zhǔn)備
3. 網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、上報：通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)邊緣數(shù)據(jù)采集，邊緣上報，能夠?qū)崿F(xiàn)按照需求進(jìn)行，周期，定時，條件化數(shù)據(jù)上報
4. 數(shù)據(jù)讀取查詢：通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，能夠讀取和查詢實時采集的數(shù)據(jù)，了解網(wǎng)關(guān)采集數(shù)值的實際情況

5 .遠(yuǎn)程水務(wù)開關(guān)的開啟和關(guān)閉：通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，可對PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程寫值操作，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程下發(fā)指令開啟對應(yīng)水務(wù)開關(guān)的開啟和關(guān)閉的功能

6. PLC程序遠(yuǎn)程上下載：通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，可實現(xiàn)對于PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試，實現(xiàn)遠(yuǎn)程上下載功能
7. 腳本功能：能夠通過腳本處理新增的業(yè)務(wù)邏輯或場景，增加網(wǎng)關(guān)的功能擴(kuò)展性。

4.3 具體功能實現(xiàn)步驟

4.3.1連接MQTT服務(wù)器

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)支持連接阿里云、華為云、oneNet,騰訊云，以及自建MQTT服務(wù)器，能夠很方便對接不同類型的MQTT云服務(wù)器

同時支持SSL/TLS加密，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸單向和雙向加密認(rèn)證，最大限度保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/p>

使用藍(lán)蜂MQTT配置工具，可配置網(wǎng)關(guān)連接MQTT服務(wù)器的具體參數(shù)，包括服務(wù)器地址、端口號、用戶名和密碼等。配置成功即可通過數(shù)據(jù)上報主題向MQTT服務(wù)器上報數(shù)據(jù)

4.3.2創(chuàng)建驅(qū)動、變量

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，支持多種PLC協(xié)議和儀表傳感器，能夠連接多種下位機(jī)設(shè)備，包括西門子，三菱，信捷，臺達(dá)，Modbus，可根據(jù)需要進(jìn)行下位設(shè)備連接，支持RS232,RS485,以及LAN口進(jìn)行通訊。

通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)配置頁面中驅(qū)動管理功能，可進(jìn)行驅(qū)動配置管理，支持創(chuàng)建/編輯，刪除驅(qū)動，設(shè)置通訊口配置信息等，如圖

變量管理可用來配置要上報給水務(wù)平臺的具體的變量，支持新增、編輯、導(dǎo)入、導(dǎo)出、復(fù)制等功能，能夠快速方便的定義好要上報數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息配置。

4.3.3上報數(shù)據(jù)

藍(lán)蜂網(wǎng)關(guān)在邊緣側(cè)實現(xiàn)協(xié)議解析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)換算、數(shù)據(jù)上報等工作。極大減少無效數(shù)據(jù)上傳云端。

通過藍(lán)蜂MQTT配置工具，可進(jìn)行數(shù)據(jù)上報配置，支持將網(wǎng)關(guān)采集到的數(shù)據(jù)通過主題發(fā)上報MQTT服務(wù)器，并且可以通過腳本編輯上報數(shù)據(jù)的格式。

一個網(wǎng)關(guān)可以設(shè)置多個數(shù)據(jù)上報主題，支持通過不同的主題上報不同的數(shù)據(jù)

舉例：

主題名稱：Topic/<{Company}>/<${clientID}>/system/

支持使用通配符，對網(wǎng)關(guān)，公司等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分，實現(xiàn)不同網(wǎng)關(guān)，不同組織的數(shù)據(jù)上報

數(shù)據(jù)上報方式可使用三種：定時上報，條件上報，變化上報，能夠按照客戶的實際需求進(jìn)行選擇，支持定時場景上報數(shù)據(jù)，滿足特定條件上報數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)變化上報數(shù)三種場景

同時，針對于上報數(shù)據(jù)的格式，可通過自定義腳本實現(xiàn)定制化，實現(xiàn)靈活多樣的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行上傳

上報數(shù)據(jù)JSON舉例：

{

"time":"2019-7-1619:21:44",

"Data":[

{"name":"mqtt_connect","value":"1"},

{"name":"{SN}_{ADS}","value":"0.456280"}

]

}

4.3.4 讀取設(shè)備數(shù)據(jù)

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，支持通過MQTT協(xié)議對設(shè)備變量數(shù)值讀取功能。

使用藍(lán)蜂MQTT配置工具，在讀變量配置中可實現(xiàn)主動讀取網(wǎng)關(guān)中某一個或多個變量的數(shù)值

4.3.5遠(yuǎn)程控制設(shè)備

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，支持通過MQTT協(xié)議進(jìn)行數(shù)寫變量功能，可對設(shè)備進(jìn)行寫值操作，通過請求主題向設(shè)備寫入變量的值，通過響應(yīng)主題發(fā)送寫入結(jié)果，在大棚管理系統(tǒng)中，下發(fā)對應(yīng)設(shè)備數(shù)值后，即可通過網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程項設(shè)備寫入數(shù)值，達(dá)到遠(yuǎn)程控制設(shè)備目的

功能應(yīng)用舉例：

比如發(fā)現(xiàn)某一個供水機(jī)組需要及時開閘放水，則可通過配置寫變量主題，向PLC寫入開閘參數(shù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程開閘功能

4.4.PLC遠(yuǎn)程上下載

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程上下載操作，選擇開啟遠(yuǎn)程上下載功能后，可以通過網(wǎng)關(guān)建立與PLC的虛擬網(wǎng)絡(luò)通道，實現(xiàn)對PLC程序遠(yuǎn)程上下載功能。

目前支持主流PLC設(shè)備的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程上下載和在線監(jiān)測，即使設(shè)備遠(yuǎn)在國外，也可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。

4.5腳本功能

4.5.1 腳本功能說明

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)的支持強(qiáng)大的腳本功能，當(dāng)某些任務(wù)或功能在常規(guī)情況下難以實現(xiàn)時，可編寫腳本進(jìn)行解決

通過腳本編寫控制程序和處理邏輯，能夠極大增強(qiáng)整個網(wǎng)關(guān)對于業(yè)務(wù)的支撐，讓網(wǎng)關(guān)功能更強(qiáng)大

4.5.2 腳本功能應(yīng)用

__ 客戶業(yè)務(wù)場景介紹：__

PLC需要根據(jù)數(shù)值變化修改寄存器的值，比如溫度過高（>85）需要關(guān)閉閥門。

在常規(guī)平臺中，需要人工進(jìn)行監(jiān)視和處理，但是無法做到24小時監(jiān)控，且浪費(fèi)大量的人力和無力，導(dǎo)致企業(yè)成本極大提高。

解決方案：

創(chuàng)建一個腳本，設(shè)置運(yùn)行環(huán)境為：條件執(zhí)行，表達(dá)式為：$(溫度)>85

按照如下邏輯腳本程序：當(dāng)溫度超出85攝氏度后，網(wǎng)關(guān)對閥門所代表的變量自動進(jìn)行寫值執(zhí)行關(guān)閉操作

腳本示例代碼如下：

function main( ){

//通過腳本進(jìn)行寫值操作

	API.writeSignalValue("on-off",0);

}

腳本執(zhí)行結(jié)果：

創(chuàng)建以上腳本后，當(dāng)網(wǎng)關(guān)檢測到對應(yīng)的變量滿足設(shè)置的條件表達(dá)式后，會自動執(zhí)行腳本，進(jìn)行寫值操作，關(guān)閉閥門，滿足無人值守進(jìn)行設(shè)備管理的需求。

4.6斷點(diǎn)續(xù)傳

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)異常時，網(wǎng)關(guān)會將報文緩存到存儲中，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后補(bǔ)發(fā)緩存的報文，并支持?jǐn)?shù)據(jù)采集時間的上報，從而保證數(shù)據(jù)的連續(xù)和完整性

五、方案總結(jié)

5.1 本方案的優(yōu)勢

1.統(tǒng)一的協(xié)議：使用MQTT網(wǎng)關(guān)可以將各個設(shè)備之間的通信統(tǒng)一到MQTT協(xié)議上，方便管理和維護(hù)。

2.高效的數(shù)據(jù)傳輸：MQTT協(xié)議具有較低的帶寬占用和低功耗特點(diǎn)，使得數(shù)據(jù)傳輸更加高效。

3.安全可靠：MQTT協(xié)議具有較高的安全性，可以通過加密等方式保證數(shù)

4.實時監(jiān)控：通過實時數(shù)據(jù)采集和讀取，能夠及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取應(yīng)對措施。

5.遠(yuǎn)程管理：通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，能夠?qū)υO(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程上下載和實時監(jiān)測，提高管理效率。

6.性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大：客戶端軟件操作簡單容易上手，方便基層人員操作，在常規(guī)功能無法支持的情況下，可通過編寫腳本程序?qū)崿F(xiàn)比較復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯和功能。

審核編輯 黃宇