MQTT 网关对接水务二次供水管理平台案例

一、客户介绍

随着城市发展和人口增长，对水务行业的监测和管理要求也越来越高。然而，传统的水务行业监测方式存在很多不足，如数据传输的缓慢和不可靠，数据安全风险大等，为了更有效地监测和管理这些信息，供水公司需要一个能够实时收集、传输和存储这些信息的系统，便于供水数据能快速便捷接入总公司二次供水管理平台，以实现泵房的远程监控，最终保障安全供水“最后一公里”

二、客户所面临的问题

1.现有的监控方式低效：__如手工抄表、人工巡检等，导致信息收集不及时、不准确，难以及时发现并解决问题，无法实现设备数据实时上云。
2.数据不可靠：__普通的透传网关在数据传输过程中易受干扰，导致数据丢失或错误。
3.数据安全风险大：__普通的透传网关数据传输方式没有采用加密技术，数据容易被窃取或篡改
4.缺乏远程监控功能：__在水务管理系统中，依旧使用传统的触摸屏管理，仅支持现场进行控制，难以实现远程管理和控制。
5.无法远程维护设备程序：__传统触摸屏、透传网关，无法做到PLC程序的远程上下载控制，导致程序无法及时更新。
6.普通平台功能受限：__在使用过程中碰到额外的场景或需求时，普通平台无法及时升级或进行解决。

三、方案总体设计

为了解决上述问题，我们提出使用 蓝蜂MQTT 网关作为二次供水系统的核心监控设施，并在二次供水设施中部署传感器，通过蓝蜂MQTT网关对接供水设备进行数据采集， 再通过MQTT协议将实时数据发送到云端服务器，通过云端服务器进行数据存储、分析、展示。

（架构图）

四、详细方案设计

4.1现场硬件部署

现场设备/仪表-> PLC -> MQTT网关 -> 平台

1、部署传感器：在二次供水设施中部署水质传感器、水量传感器、水压传感器等，实时监测水质、水量、水压

2.连接 MQTT 网关：将传感器PLC 与MQTT 网关连接，并使用 MQTT 协议将实时数据发送到网关上。

3.网关通过MQTT协议将数据上报给水务应用平台或监管平台

4.2 功能设计概要

1. 连接MQTT云服务器，做好数据上报准备
2. 对接二次供水相关设备，做好设备连接准备
3. 网关进行数据采集、上报：通过蓝蜂MQTT网关，实现边缘数据采集，边缘上报，能够实现按照需求进行，周期，定时，条件化数据上报
4. 数据读取查询：通过蓝蜂MQTT网关，能够读取和查询实时采集的数据，了解网关采集数值的实际情况

5 .远程水务开关的开启和关闭：通过蓝蜂MQTT网关，可对PLC进行远程写值操作，能够实现远程下发指令开启对应水务开关的开启和关闭的功能

6. PLC程序远程上下载：通过蓝蜂MQTT网关，可实现对于PLC进行远程调试，实现远程上下载功能
7. 脚本功能：能够通过脚本处理新增的业务逻辑或场景，增加网关的功能扩展性。

4.3 具体功能实现步骤

4.3.1连接MQTT服务器

蓝蜂MQTT网关支持连接阿里云、华为云、oneNet,腾讯云，以及自建MQTT服务器，能够很方便对接不同类型的MQTT云服务器

同时支持SSL/TLS加密，可实现数据传输单向和双向加密认证，最大限度保证数据传输的安全性

使用蓝蜂MQTT配置工具，可配置网关连接MQTT服务器的具体参数，包括服务器地址、端口号、用户名和密码等。配置成功即可通过数据上报主题向MQTT服务器上报数据

4.3.2创建驱动、变量

蓝蜂MQTT网关，支持多种PLC协议和仪表传感器，能够连接多种下位机设备，包括西门子，三菱，信捷，台达，Modbus，可根据需要进行下位设备连接，支持RS232,RS485,以及LAN口进行通讯。

通过蓝蜂MQTT网关配置页面中驱动管理功能，可进行驱动配置管理，支持创建/编辑，删除驱动，设置通讯口配置信息等，如图

变量管理可用来配置要上报给水务平台的具体的变量，支持新增、编辑、导入、导出、复制等功能，能够快速方便的定义好要上报数据基础信息配置。

4.3.3上报数据

蓝蜂网关在边缘侧实现协议解析、数据处理、数据换算、数据上报等工作。极大减少无效数据上传云端。

通过蓝蜂MQTT配置工具，可进行数据上报配置，支持将网关采集到的数据通过主题发上报MQTT服务器，并且可以通过脚本编辑上报数据的格式。

一个网关可以设置多个数据上报主题，支持通过不同的主题上报不同的数据

举例：

主题名称：Topic/<{Company}>/<${clientID}>/system/

支持使用通配符，对网关，公司等节点进行划分，实现不同网关，不同组织的数据上报

数据上报方式可使用三种：定时上报，条件上报，变化上报，能够按照客户的实际需求进行选择，支持定时场景上报数据，满足特定条件上报数据，数据变化上报数三种场景

同时，针对于上报数据的格式，可通过自定义脚本实现定制化，实现灵活多样的数据格式进行上传

上报数据JSON举例：

{

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

"Data":[

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

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

]

}

4.3.4 读取设备数据

蓝蜂MQTT网关，支持通过MQTT协议对设备变量数值读取功能。

使用蓝蜂MQTT配置工具，在读变量配置中可实现主动读取网关中某一个或多个变量的数值

4.3.5远程控制设备

蓝蜂MQTT网关，支持通过MQTT协议进行数写变量功能，可对设备进行写值操作，通过请求主题向设备写入变量的值，通过响应主题发送写入结果，在大棚管理系统中，下发对应设备数值后，即可通过网关远程项设备写入数值，达到远程控制设备目的

功能应用举例：

比如发现某一个供水机组需要及时开闸放水，则可通过配置写变量主题，向PLC写入开闸参数，实现远程开闸功能

4.4.PLC远程上下载

蓝蜂MQTT网关可以进行远程上下载操作，选择开启远程上下载功能后，可以通过网关建立与PLC的虚拟网络通道，实现对PLC程序远程上下载功能。

目前支持主流PLC设备的程序进行远程上下载和在线监测，即使设备远在国外，也可以实现远程管理。

4.5脚本功能

4.5.1 脚本功能说明

蓝蜂MQTT网关的支持强大的脚本功能，当某些任务或功能在常规情况下难以实现时，可编写脚本进行解决

通过脚本编写控制程序和处理逻辑，能够极大增强整个网关对于业务的支撑，让网关功能更强大

4.5.2 脚本功能应用

__ 客户业务场景介绍：__

PLC需要根据数值变化修改寄存器的值，比如温度过高（>85）需要关闭阀门。

在常规平台中，需要人工进行监视和处理，但是无法做到24小时监控，且浪费大量的人力和无力，导致企业成本极大提高。

解决方案：

创建一个脚本，设置运行环境为：条件执行，表达式为：$(温度)>85

按照如下逻辑脚本程序：当温度超出85摄氏度后，网关对阀门所代表的变量自动进行写值执行关闭操作

脚本示例代码如下：

function main( ){

//通过脚本进行写值操作

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

}

脚本执行结果：

创建以上脚本后，当网关检测到对应的变量满足设置的条件表达式后，会自动执行脚本，进行写值操作，关闭阀门，满足无人值守进行设备管理的需求。

4.6断点续传

当网络异常时，网关会将报文缓存到存储中，待网络恢复后补发缓存的报文，并支持数据采集时间的上报，从而保证数据的连续和完整性

五、方案总结

5.1 本方案的优势

1.统一的协议：使用MQTT网关可以将各个设备之间的通信统一到MQTT协议上，方便管理和维护。

2.高效的数据传输：MQTT协议具有较低的带宽占用和低功耗特点，使得数据传输更加高效。

3.安全可靠：MQTT协议具有较高的安全性，可以通过加密等方式保证数

4.实时监控：通过实时数据采集和读取，能够及时发现异常情况并采取应对措施。

5.远程管理：通过蓝蜂MQTT网关，能够对设备实现远程上下载和实时监测，提高管理效率。

6.性能稳定，功能强大：客户端软件操作简单容易上手，方便基层人员操作，在常规功能无法支持的情况下，可通过编写脚本程序实现比较复杂的业务逻辑和功能。

审核编辑 黄宇