劉昊

1 工業(yè)云的發(fā)展

云計(jì)算、大數(shù)據(jù)將成為未來(lái)10年乃至更長(zhǎng)時(shí)間新一代信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵和核心，其和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等其他新一代信息技術(shù)一起正驅(qū)動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)向傳統(tǒng)工業(yè)制造業(yè)滲透，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)融合發(fā)展，并作為現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的有機(jī)組成部分，不斷與新業(yè)務(wù)形態(tài)、新商業(yè)模式互動(dòng)融合，催生新產(chǎn)品、新技術(shù)、新模式。工業(yè)云通常指基于云計(jì)算架構(gòu)的工業(yè)云平臺(tái)和基于工業(yè)云平臺(tái)提供的工云服務(wù)，涉及產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和仿真、工程計(jì)算、工藝設(shè)計(jì)、加工制造及運(yùn)營(yíng)管理等諸多環(huán)節(jié)。工業(yè)云基于云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)，使工業(yè)設(shè)計(jì)和制造、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理等工具大眾化、簡(jiǎn)潔化、透明化，通過(guò)工業(yè)云計(jì)算服務(wù)，可大幅提升工業(yè)企業(yè)全要素勞動(dòng)生產(chǎn)率。

2 四容水箱的仿真系統(tǒng)在PCS7系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)

本文所使用的控制器是西門子S7300 PLC，其配套的上位機(jī)軟件為STEP7，STEP7是一款用于SIMATIC 57300/40GPLC組態(tài)及編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件，用戶可以使用梯形圖邏輯、功能塊圖、語(yǔ)句表進(jìn)行程序的編譯。同時(shí)為用戶提供了在線診斷、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)等功能。

首先要進(jìn)行的是硬件組態(tài)。硬件組態(tài)就像是一座橋梁，連接上位機(jī)與S7300 PLC，進(jìn)行硬件組態(tài)是要將CPU型號(hào)，數(shù)字量的輸入輸出、模擬量的輸入輸出、電源信息等進(jìn)行配置，給模塊分配相應(yīng)的物理地址。在STEP7中進(jìn)入硬件組態(tài)，本文所用的S7300 PLC的CPU型號(hào)為“CPU 3152PN/DP”，PN/IO中的PLC的IP地址為192.168.2.4，模擬量輸入為AI8×12Bit，輸入為超聲波傳感器測(cè)量的液位值，因此參數(shù)配置時(shí)測(cè)量范圍為4～20mA，模擬量輸出為A08×12Bit，輸出為給電機(jī)的電壓信號(hào)，因此參數(shù)配置為1～5V。

基于PCS7控制仿真的基礎(chǔ)上，通過(guò)Profinet將PLC中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)當(dāng)中，并在網(wǎng)關(guān)中通過(guò)赫優(yōu)訊網(wǎng)關(guān)的NODERED工作區(qū)間對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編程組態(tài)，在通過(guò)MQTT協(xié)議與阿里云對(duì)接，最后在阿里云平臺(tái)上對(duì)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的分析處理。

3 MQTT連接使用說(shuō)明

首先注冊(cè)阿里云賬號(hào)開通物聯(lián)網(wǎng)套件項(xiàng)目，登錄控制臺(tái)創(chuàng)建項(xiàng)目。初步進(jìn)入控制臺(tái)后，需要?jiǎng)?chuàng)建產(chǎn)品。點(diǎn)擊創(chuàng)建產(chǎn)品。產(chǎn)品相當(dāng)于某一類設(shè)備的集合，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品管理其設(shè)備等。

產(chǎn)品名稱：對(duì)產(chǎn)品命名，例如可以填寫產(chǎn)品型號(hào)。產(chǎn)品名稱在賬號(hào)內(nèi)保持唯一。

productKey：阿里云IoT為產(chǎn)品頒發(fā)的全局唯一標(biāo)識(shí)符

設(shè)備：指不能掛載子設(shè)備的設(shè)備，這種設(shè)備可以直連IoT Hub，也可以作為網(wǎng)關(guān)的子設(shè)備連接。

網(wǎng)關(guān)：指可以掛載子設(shè)備的直連設(shè)備，網(wǎng)關(guān)具有子設(shè)備管理模塊，維持子設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系，并且可以將拓?fù)潢P(guān)系同步到云端

創(chuàng)建完產(chǎn)品之后，可以為該產(chǎn)品添加設(shè)備。進(jìn)入產(chǎn)品管理頁(yè)面下的設(shè)備管理，點(diǎn)擊“添加設(shè)備”。用戶可以自定義設(shè)備名稱，這個(gè)名稱即可作為設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)符，用戶可以基于該設(shè)備名稱與IoT Hub進(jìn)行通信，需要指出的是，用戶需要保證設(shè)備名稱產(chǎn)品內(nèi)唯一。

設(shè)備證書：添加設(shè)備之后，物聯(lián)網(wǎng)套件為設(shè)備頒發(fā)的唯一標(biāo)識(shí)符，設(shè)備證書用于設(shè)備認(rèn)證以及設(shè)備通信。

基于TCP連接：阿里云使用MQTT基于TCP的連接方式有兩種：

（1）MQTT客戶端域名直連（資源受限設(shè)備推薦）

（2）先HTTPS發(fā)送授權(quán)后再連接MQTT（一些特殊增值服務(wù)，比如設(shè)備級(jí)別的引流）

根據(jù)本課題的情況使用第一種連接方式進(jìn)行通信。根據(jù)阿里云提供的官方文檔說(shuō)明，需要設(shè)備的productKey、deviceName、deviceSecret、clientId。四種參數(shù)提供給MQTT以進(jìn)行連接。

如果clientId = 12345，deviceName = device， productKey = pk， timestamp = 789，signmethod=hmacsha1，deviceSecret=secret，那么使用tcp方式提交給mqtt參數(shù)分別如下：

mqttclientId=12345|securemode=3，signmethod=hmacsha1，timestamp=789|

username=device&pk

Password=通過(guò)哈希加密算法計(jì)算出來(lái)的密碼。設(shè)備的productKey和用于加密的deviceSecret可以在控制臺(tái)的設(shè)備詳情中查看。productKey和deviceName在控制臺(tái)中創(chuàng)建項(xiàng)目時(shí)由阿里云自動(dòng)提供以作為設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)。

到此我們已經(jīng)得到了用于MQTT協(xié)議的所有參數(shù)：

productKey：F7PdPm8hkHj 、deviceName：hilscherTIB100

deviceSecret：9GnITgl6AlxOa3M5uft1ztI1gYF5qRp8、clientId：12345、timestamp：隨便設(shè)置一個(gè)3位數(shù)

根據(jù)以上信息可以得到哈希加密算法的銘文是：

clientId12345deviceNamehilscherTIB100productKeyF7PdPm8hkHjtimestamp789

帶入到哈希加密計(jì)算公式中得到用于網(wǎng)關(guān)中的密碼為：

a025f3a1cd250027c4b3f899b7ba91af55dbf97b

將上述參數(shù)填入到赫優(yōu)訊網(wǎng)關(guān)的MQTT節(jié)點(diǎn)中。點(diǎn)擊連接，可以在阿里云控制臺(tái)端看到設(shè)備的上線日志。證明通信成功。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）本文首先通過(guò)在西門子PCS軟件中對(duì)四容水箱的控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)仿真，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水箱水位的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。

（2）通過(guò)阿里云平臺(tái)與物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議MQTT以及工業(yè)網(wǎng)關(guān)把PLC中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸?shù)搅嗽破脚_(tái)中，可以高效、便捷的對(duì)工業(yè)控制器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

參考文獻(xiàn)：

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