4.1 安全门状态检测

边缘计算技术与应用项目四·任务4生产设备安全数据采集与边缘计算安全数据———安全门状态检测EDGECOMPUTINGTECHNOLOGYANDAPPLICATION目录CONTENTS01任务准备02知识准备03任务实施04问题研讨05任务小结04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测安全门通常配备门锁和开关装置，只有当门完全关闭并锁定时，设备才能正常工作。一些高级的安全门还配备传感器和控制系统，能够实时监测安全门的状态，并在门被非法打开或未正确锁定时发出警报。本任务中详细介绍使用边缘计算网关的自定义快函数功能配合传感器完成对安全门的状态检测、设备智能启停功能的数据计算和代码编写，并在边缘计算网关端完成MQTT协议配置和数据上云脚本代码的编写，完成设备安全数据上云功能的验证。【任务目标】可针对不同的数据类型和需求在边缘计算网关进行数据预处理。能够完成边缘计算网关中边缘计算函数代码的编写。能够利用边缘计算网关完成安全门的自动启停与状态反馈功能。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测1、任务准备

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安全数据———安全门状态检测2、知识准备

4.1.1ModbusTCP协议ModbusTCP是一种基于TCP/IP的Modbus通信方式，它将Modbus协议应用于以太网环境，实现了设备之间的远程通信和数据交换。在边缘计算架构中，ModbusTCP通常用于设备层与边缘计算节点之间的数据通信。边缘计算节点位于网络边缘，靠近数据源，具有数据处理、存储和转发的能力。通过ModbusTCP协议，边缘计算节点可以实时采集来自工业现场各类传感器和执行器的数据，并进行处理和分析。4.1.2更新控制器测点值API接口write边缘计算网关中用于更新控制器测点值的API接口write，是专门用于向控制器发送更新测点值指令的接口。该接口采用同步方式进行写值操作，调用后会等待写值响应消息返回后再执行后续操作。通过该接口，外部应用程序可以指定要更新的测点、新的测点值，以及可能的附加参数（如时间戳、数据质量等）。控制器接收到这些指令后，会根据内部逻辑进行相应的处理，并更新相应的测点值。在本任务中，需要利用该API接口实现对PLC的控制指令下发操作。在边缘计算网关中，API接口原型如下所示：defwrite(message,timeout=60,cloudName=None)04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测2、知识准备

4.1.3数据类型在工业环境中，数据类型通常用于描述和存储与工业设备和过程相关的各种数据。这些数据类型涵盖了基本的二进制状态、复杂的浮点数，以及字符串等多种类型，以满足不同数据和操作的需求。本任务中用到的数据类型说明如表4-5所列。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测2、知识准备

04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

4.1.4边缘计算网关网络传输配置首先完成边缘计算网关、PLC、路由器和交换机等硬件设备的网络传输配置，以确保边缘计算网关能够与设备进行高效、稳定的数据传输。为方便统一部署，本任务实施各个设备的IP地址设置如表4-4所列。本任务通过边缘计算网关，实现对工业生产设备的安全门的状态检测和智能启停，具体实施步骤分解为4个小任务，如图4-3所示。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

4.1.5边缘计算网关采集PLC数据边缘计算网关网络传输配置完成后，现利用边缘计算网关采集西门子S7-1200PLC数据，具体实施操作步骤如下。1）进入边缘网关系统，选择“边缘计算”选项，在左侧导航栏选择“设备监控”→“测点监控”选项，选择“分组”选项，单击“⊕”按钮，如图4-5所示。2）在弹出的“编辑分组”窗口进行设置，名称为PLC数据采集，其余参数如图4-6所示。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

3）在左侧导航栏选择“设备监控”→“测点监控”，弹出测点监控的界面选择“监控列表”选项，在控制器列表右侧，单击“⊕”按钮，在弹出的“添加控制器”窗口中，填写控制器相关连接信息，包含设备协议、IP地址等，如图4-7所示，其具体参数如表4-6所列。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

4）在控制器列表下出现名为“PLC1200”的控制器，此时控制器图标为灰色，表示该控制器尚未连接。选择“PLC1200”控制器，在测点列表(PLC1200)右侧，单击“⊕”按钮，如图4-8所示。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

5）在弹出的“添加测点”窗口中，填写测点相关信息，包含测点名称、地址、数据类型等，如图4-9所示，其具体参数如表4-7所列。04生产设备安全数据采集与边缘计算

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6）成功添加测点后，在测点列表（PLC1200）下方出现一个名为“Device_Start”的测点监控行，测点名称前的小圆图标为绿色，同时控制器列表“PLC1200”的小圆图标由灰色变为绿色，表示边缘计算网关已成功读取到PLC的数据，如图4-10所示。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

7）按照表4-8安全门状态监测系统的采集点位数据表中给出的测点信息，重复按照步骤4）和5），依次进行测点添加，部分测点列表如图4-11所示。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

4.1.6边缘计算网关数据计算——设备智能启停根据项目要求，本任务要对设备安全门产生的数据进行边缘计算。根据调研，边缘计算属性如表4-9所列。接下来开始边缘计算脚本代码的编写配置，具体实施操作步骤如下。1）进入边缘网关系统，选择“边缘计算”选项，在左侧导航栏选择“设备监控”→“自定义快函数”选项，弹出快函数管理界面，在快函数列表下，单击“⊕”按钮，在弹出的“添加快函数”窗口中，填写快函数相关信息，如图4-12所示，名称为智能控制安全门，模式选择“周期触发”，周期为1s，入口函数为main，单击函数代码黑色区域右上角的放大图标，进入函数代码编辑界面。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

3）确保边缘计算网关组网正确，在工业边缘计算应用实训平台上进行实机验证，当安全门监测传感器的值为true时，安全门中间继电器产生输出控制信号，使设备停止运行，如图4-13所示。至此，使用边缘计算网关内置边缘计算功能实现设备智能启停的脚本代码开发全部结束。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

4.1.7边缘计算网关数据计算——安全门状态检测本任务中，对安全门监测系统产生的数据进行边缘计算，相关的边缘计算逻辑说明如表4-10所列。1）进入边缘网关系统，选择“边缘计算”，在左侧导航栏选择“设备监控”→“测点监控”选项，弹出测点监控的界面，选择“分组”选项，单击“⊕”按钮，在弹出的“编辑分组”窗口进行参数设置，如图4-14所示。2）在左侧导航栏选择“设备监控”→“测点监控”选项，在“测点监控”界面中选择“监控列表”选项，在控制器列表下，单击“操作”旁边的“⊕”按钮，在弹出的“添加控制器”窗口中，设置控制器相关信息，如图4-15所示。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

4.1.7边缘计算网关数据计算——安全门状态检测3）“边缘计算”虚拟控制器添加完成，此时，该控制器的状态显示的小圆图标为灰色，如图4-16所示。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

4）选中名为“边缘计算”的虚拟控制器，单击“⊕”按钮，在弹出的“添加测点”窗口中，填写测点相关信息，包含测点名称、地址、数据类型等，如图4-17所示，其具体参数如表4-11所列。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

5）进入边缘网关系统，选择“边缘计算”，在左侧导航栏选择“设备监控”→“自定义快函数”，在快函数管理界面的“快函数列表”下，单击“⊕”按钮，在弹出的“添加快函数”窗口中，填写快函数相关信息，如图4-18所示。6）在函数代码编写窗口进行脚本代码的编写，具体代码如下。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

7）脚本代码编写完毕之后，单击“确认”按钮，此时“边缘计算”控制器的状态显示小圆图标由灰色变为绿色，同时，测点列表中测点名前方的小圆图标也变为绿色，这就表示边缘计算代码已正常运行，如图4-19所示。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测3、任务实施

8）为确保边缘计算网关组网正确，在工业边缘计算应用实训平台上进行实机验证，当1号安全门状态为“1”，即未关闭时，如图4-20所示。经过边缘脚本计算，此时安全门状态为“1”，如图4-21所示。至此，已完成边缘计算网关数据计算之安全门状态反馈任务。经过验证，基于边缘计算网关内部的数据计算功能，通过编写脚本代码实现了设备安全门状态的反馈功能。04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测4、问题研讨

【问题研讨】1）简单叙述边缘计算网关是如何采集PLC数据的。2）在工业环境中，有哪些常见的数据类型？04生产设备安全数据采集与边缘计算

安全数据———安全门状态检测5、任务小结

【任务小结】本任务中介绍了边缘计算网关在工业自动化系统中的应用。首先，边缘计算网关通过ModbusTCP与