摘要：物联网技术目前在工业领域广泛应用。在完整的工业物联网系统设计中,平台架构是设计的关键。鉴于架构考量,设计一套完整的基于设备端、服务云端和监控端的整体框架十分必要。这里基于工业物联网的通用共性部分构建系统平台,利用工业物联网的特点，设计了面向通用工业用途的物联网系统平台,并对每一层的设计做出说明,采用中间件的形式方便了平台与设备的对接互联,具有通用性高,灵活性强的优点.可较好满足实际工业应用需求。
关键词：物联网；平台架构；中间件；系统框架；设备端；服务端
“工业物联网”作为物联网行业的重要组成部分，对工业信息化产业链战略起着支撑、带动和联动作用，也对工业4.0的产业化布局起着至关重要的作用。目前，做工业物联网的企业日益增多，大部分都坚持硬件研发与集成平台相结合，围绕边缘计算、云计算做企业服务，以人工智能AI为发展方向，全面提升物联网行业科技创新能力。
一、概念特色
所谓的工业级物联网，泛指具备工业领域特色的物联网项目，其要求设备要稳定可靠，方便升级、扩展，易于维护。当前国内工业物联网主要以平台化企业服务为主，其实这时客户更看重的，一是系统稳定可靠，能保证系统长期稳定的运行，保证设备平台的可靠性，数据传输实时监测。二就是系统便于开发和维护。所以工业化设备的维护很重要，因为偏工业级的“物联网”项目一般设计生命周期比较长，所以项目维护难以避免，甚至系统还会根据现场业务逻辑的变更进行变化，因此易于维护是“工业物联网“项目一个不可或缺的要素。
二、设计思想
工业物联网归根到底是为工控企业提供更好的信息化监管平台服务，大都是面向具体行业，每种行业虽然从技术角度而言有很多类似的部分，但是从业务逻辑角度又有很大的区别，所以针对具体的项目，进行代码调整及相关功能的扩展及二次开发必不可少。目前面向一线的工程师往往技术水平及能力相对比较低，能否快速编写出可靠、健壮的代码显的非常重要，毕竟每个项目现场实施时间是有限的，但是同时项目要求也是比较高的。
针对如上问题，最佳解决方案就是统一化和组态化的架构设计。对于物联网设备端感应层全部采用单片机加传感器设计，控制成本，加快产品研发周期，而且完全满足目前工业化物联网的数据采集要求。服务器采用云平台架构设计，便于统计分析决策，并和大数据分析结合，给予用户更多的反馈。数据传输层对于用户连接数有很大限制，传统单片机已经不能满足需求，所以需要ARM系列A9以上的芯片运行LINUX操作系统，采用物联网嵌入式网关设计，实现物联数据与互联网数据的融合。大数据分析从云服务器获取海量工业数据，进行分析反馈，给用户提供最佳决策。AI人工智能作为选配，可以提前预测即将发生的事件，并将预测结果进行反馈。用户端主要采用WEB前端、手机APP和组态屏的界面（可选）进行显示，进行HMI人机交互式设计，方便用户及时查看反馈结果，监管工业设备运行状态。
三、系统设计
根据工业级物联网的特色，结合现场实际，在架构设计方面就有了方向和思路。先从技术角度分析，当前一个典型的物联网项目，从组成上来讲，至少有三部分：一是设备端，二是服务端，三是监控端。
1、设备端架构设计
设备端主要负责数据采集，业务逻辑执行及控制。
无论设备层的采集与连接形式有多么复杂，最终都要汇集在一个设备上，所以嵌入式网关就发挥了重要的角色，除了专门负责和服务器进行通信外，有时候也要进行一系列的边缘计算，执行一些业务逻辑相关的代码。这部分是工业物联网的核心和难点，也是设备端和云端对接的桥梁，基本都是基于嵌入式LINUX进行开发。对数据量相对比较大，实时性要求高的，往往是直接的Socket TCP/UDP通信，这样既能保证降低开发成本，也能保证一定的可靠性传输。
2、服务端架构设计
服务端一般包含三部分：前台+ 后台+中间件；
作为工业级的物联网项目，前台一般主要用于与用户进行一些交互性的工作，一是显示画面，和现场实际的设备和业务逻辑一一对应，画面可以实时反映工业现场运行的情况。二是各种数据报表、图表分析、查询和打印等。三是运行日志，以便设备系统出现问题，能及时调看并排除故障。后台主要完成三部分内容的工作，一是从设备端解析各种数据并进行存储。二是与前台页面的各种实时通讯，如用到的AJAX、WEBsocket技术等。三是建立一些重要的设备数据和报表分析，找出对应关系，以便适应各个种类的现场环境。
中间件主要功能就是负责和现场设备进行通信，获取数据或发送相关控制指令，保证数据的上行和下发。其可以处理一部分的数据运算和逻辑分析，可以将数据分析前移。
3、监控端架构设计
监控端一般包含PC、手机或组态监控。
WEB平台依然是进行设备监控的主要手段，但是在移动互联网飞速发展的今天，手机APP更大程度的提供了这种便捷的可能性。利用APP，你可以随时随地的监控现场。在某些特殊行业，可能还需要配上组态软件和组态屏，能动态的显示工控设备的运行状态。
四、中间件设计
由于工业物联网平台是一个物联网通用开发平台，所以着眼点并不是一两个非常有行业特点的项目平台，而是在通用平台上面向不同行业，不同具体应用的二次开发，更多考虑跨行业应用的技术通用部分及同一个运行时平台支持多个项目点的功能。下面就设备端、云端中间件及物联网通用平台分别进行介绍。
1、设备端数据组态中间件设计
我们要设计的中间件必须要能支持二次开发。数据组态要具备多种调度策略，因为驱动有多种运行模式，不仅系统可以调用，用户策略也可以调用。还可以绑定策略事件，通过触发的方式去执行指定的策略。这样驱动可以动态替换，如果配置了相关的连接变量，只要驱动变量接口兼容就可以替换，这大大降低了系统运行后的维护成本，外围的硬件设备可以根据需要进行替换。
2、服务端中间件架构设计
此中间件最好可以集成Socket服务器，基于socket通讯协议来进行数据通信和服务端的互联。该平台是以项目为最小单位来进行管理，一个或多个项目对应一个项目模板，项目通过项目ID进行区分。由于是二次开发平台，所以还需要提供一个平台级的开发接口，通过接口可以管理相关的项目模板和项目（如创建、编辑、删除、启动和停止等）。
3、通用平台架构设计
物联网通用平台的前台设计一般可以根据客户的需求自选模板，主要进行业务逻辑流程、业务报表、逻辑曲线显示、设备运行日志、系统参数配置和视频监控、大屏显示等等。而物联网通用平台的后台，主要功能就是用户管理、角色权限管理、设备数据管理和项目管理。
五、平台典型案例
1、电梯智慧监管
系统为典型物联网“边缘计算”应用场景，一是通过在电梯内添加加速度传感器、红外传感器以及霍尔开关等外围设备终端，采集电梯运行状态数据，二是通过温湿度传感器采集电梯机房温湿度数据并利用lora模块将机房数据接入采集终端。其统一通过4G通讯模块将数据发送至云平台。
2、智慧农场
系统核心为物联网智能网关，外部连接摄像头、温湿度传感器，通过以太网、Wifi或3G路由器把相关数据推送到服务器。
客户可以通过PC、平板或手机远程监控农场中的作物生长情况。
3、智慧水利
系统通过气象水文等诸多传感器，采集到数据通过智能前端到我们自己的数据平台，把各种水文气象数据通过模型和图表的方式展现给客户。
作者简介：牟云飞（1983-03），男，汉族，籍贯：重庆市九龙坡区，当前职务：部门经理，当前职称：工程师，学历：研究生，研究方向：自动化控制