建设数字工厂：华为云数字工厂平台接入第三方网关设备数据

2023-06-21 14:22 由华为云开发者联盟发表于 #其他

摘要：本期介绍工业自动化产线设备由第三方数采网关（软件）采集数据后，如何快速接入到华为云数字工厂平台，实现生产自动化控制层与数字工厂应用层的数据集成和实时交互。

本文分享自华为云社区《数字工厂深入浅出系列（五）：接入第三方网关设备数据》，作者：云起MAE。

华为云数字工厂平台内置工业IoT数据引擎，基于同一业务对象对业务信息流和自动化设备控制流进行统一建模，能构建“主动感知、主动分析、主动执行”的智能化应用，实现IT业务层与OT控制层的实时融合。

华为云数字工厂平台接入设备数据有两种方法：

边缘连接器直连设备采集：在华为云数字工厂平台（前提条件：在开通数字工厂企业账号时，选择开通物联网服务）的“系统模块”下，自带“边缘连接器”功能，可实现在云端远程配置与下发设备点表，通过配套安装本地网关来直联和接入设备数据；
设备由第三方数采网关（软件）接入：由第三方数采网关(软件)连接设备后，按要求的设备数据格式，接入到华为云数字工厂平台。

本期重点介绍设备由第三方数采网关（软件）采集数据后，如何接入到华为云数字工厂平台，实现工业自动化产线设备与华为云数字工厂应用的数据集成交互。

（一）总体配置流程

（二）详细步骤说明

1.设备建模，扩展观测点属性

使用华为云数字工厂企业平台的“建模工作台>产品模型”系统功能，基于预置的“设备”模型，扩展所需采集的“观测点”字段。在扩展“设备”信息模型之前，需要先停用模型，然后我们选择在相应的业务领域下（比如“生产”），点击信息模型的“编辑器”图标，进入“信息模型配置器”：

按实际需求，新增信息组，“数据分类”选择“观测Metric”：

在信息组下，新增所需采集的IoT观测点字段：

2.注册第三方网关

我们在华为云数字工厂平台的“系统”模块下，使用“第三方IoT网关接入”功能，或者访问以下链接：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-portal/device/all-device 。

按实际需求，注册第三方数采网关，用于在第三方数采网关（或数采软件）连接平台上报数据时进行鉴权。

注册第三方网关

在“设备列表”页签下，点击“注册设备”按钮，根据页面窗口提示填写参数，其中所属资源空间选择默认资源空间“DefaultApp_XXX”，所属产品为“thirdGateway”，设备标识码填写第三方网关对应有业务含义的编码：

如果在默认资源空间 “DefaultApp_XXX”，找不到产品“thirdGateway”，用户可以手工创建一个产品模型：

产品模型创建完成后，如果需要向第三方网关下发数据，需要进一步定义产品模型：添加一个服务（$edge_hub），以及在服务下面新建一个命令（set_properties）：

接着介绍上面注册设备的步骤：按设备注册界面要求填写信息后，点击“确定”，完成第三方网关注册，平台自动为第三方网关生成用于网关鉴权的身份信息：“device_id”、“secret”：

第三方网关连接配置

第三方网关通过MQTT协议与华为云数字工厂平台的IoT设备接入服务建立连接，建立连接时，网关需要带上注册时生成的身份信息进行鉴权，详细配置方法参考官方文档：https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_3009.html 。

获取第三方网关接入地址

在华为云数字工厂平台的IoT设备接入服务的“总览”菜单下，查看获取到用于第三方网关与平台通信的接入地址信息：

获取第三方网关与平台数据通信Topic

在华为云数字工厂平台的IoT设备接入服务的“产品”菜单下，查看产品模型“thirdGateway”的详情，在“Topic管理”页签下，获取到第三方网关与平台的数据通信Topic：

(1)设备消息上报Topic：$oc/devices/{device_id}/sys/messages/up

(2)平台下发设备数据至第三方网关Topic：$oc/devices/{device_id}/sys/commands/request_id={request_id}

其中{device_id}在第三方网关与平台数据通信时，动态替换为前面注册第三方网关后生成的身份信息“device_id”。

3.创建设备实例主数据

在华为云数字工厂企业平台的“数据工作台>制造资源”模块下，我们使用预置的“设备”模型功能实例，来创建设备实例主数据：

设备主数据实例创建完成后，点击“编辑”，进去设备主数据详情页面，点击“感知服务”卡片，可获取到设备实例的全局唯一标识，以及所有IoT观测点字段编码，在第三方网关上报设备消息报文中需要用到这些信息：

（三）第三方网关数据通信

1.网关上报数据

网关连接鉴权

首先我们访问华为云IoT设备接入服务提供的参数生成工具：https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/，填写注册第三方网关后生成的设备ID（DeviceId）和密钥（DeviceSecret），生成网关连接鉴权所需的参数（ClientId、Username、Password）：

我们使用MQTTX客户端软件，模拟第三方网关连接到华为云数字工厂平台：

在“Host”中填写前面“注册第三方网关”步骤获取的第三方网关与平台通信的接入地址，以及填写上面步骤生成的ClientId、Username、Password，然后点击“connect”按钮，建立连接：

网关上报设备消息

第三方网关连接鉴权成功后，即可上报设备消息，通过前面“注册第三方网关”步骤，可以获得设备消息上报Topic:

$oc/devices/{device_id}/sys/messages/up，其中{device_id}需要动态替换为网关注册生成的device_id。

上报的设备消息报文内容：

{
  "content": {
           "devices": [{
                   "device_id": "{mae_device_id}",
                   "properties": {
                            "{metric_attr_code}": "xxx"
                   },
                   "event_time": "2023-06-18T15:04:05.000Z"
           }]
  }
}

数据格式说明：

我们使用MQTTX客户端软件，模拟第三方网关上报设备消息到华为云数字工厂平台：

在“Topic”中填写前面“注册第三方网关”步骤获取的设备消息上报Topic，以及按“设备消息上报报文”的数据格式填写需要上报的设备属性数据，然后点击“发送”消息图标，向平台上报设备属性数据：

查看验证上报的设备属性数据

在华为云数字工厂企业平台的设备主数据实例详情页面，可查看上报的IoT观测点属性字段的最新上报值：

点击某观测点字段后方的“查看”图标，可以查看观测点的历史数据：

2.平台下发数据到网关

设备观测点数据反写

进入某设备主数据实例的详情页面，修改某个支持写入的观测点字段值，然后点击字段后方的“数据下发”图标，触发向网关下发当前设备观测点字段值：

网关订阅平台数据

第三方网关需要订阅命令下发topic: $oc/devices/{device_id}/sys/commands/ request_id={request_id}，其中：

(1) {device_id}需要动态替换为网关注册生成的device_id；

(2) {request_id}用于唯一标识这次请求。第三方网关收到下行请求的topic带该参数时，上行响应的topic需要将该参数值返回给平台。第三方网关可以使用通配#来订阅平台命令下发的topic，即：$oc/devices/{device_id}/sys/commands/# 。

下发命令数据格式如下：

{
  "paras": {
        "device_id": "DefaultSite-sys_equipments-M10012301",
        "properties": {
              "taskID": "WJ20230619001"
        }
  },
  "service_id": "$edge_hub",
  "command_name": "set_properties"
}

下发的设备数据信息在参数“paras”中，其数据格式说明：

第三方网关订阅并处理平台下发的设备属性数据后，需通过命令响应消息 topic: $oc/devices/{device_id}/sys/commands/response/request_id={request_id}

来返回命令执行结果状态，命令响应消息格式如下：

{
    "result_code": 0,
    "paras": {
  "result_code": "200",
              "result_desc": "success" 
    }
}

数据格式说明：

（四）设备数据开放第三方应用

设备数据接入到华为云数字工厂平台存储后，支持数据同时开放给第三方应用实时订阅，具体配置步骤如下：

1.注册第三方应用

使用华为云数字工厂企业平台的“系统工作台>应用集成”功能，来注册第三方应用：

2.创建数据订阅规则

点击注册的第三方应用的“订阅管理”，然后“新建订阅规则”，并选择数据开放范围涉及的产品模型：

华为云数字工厂平台，以AMQP协议开放实时数据，点击并查看创建的“订阅规则”的编辑详情，可以获取到第三方应用订阅数据的AMQP接入信息：

3.第三方应用订阅消费数据

第三方应用携带上面步骤获取的AMQP接入信息：AMQP接入域名、接入队列名、接入名（access_key）和接入凭证（access_code）建立AMQP连接，建链成功后即可实时订阅获取设备实时数据。

第三方应用订阅到的数据格式如下：

{
  "notify_data.body.content": {
    "model_id": "4255a1e27aba4300bbd7fd85e6505d6b",
    "devices": [
      {
        "device_id": "{mae_device_id}",
        "properties": {
          "{metric_attr_code}": "xxx"
        },
        "event_time": "2023-03-30T09:48:12.101+08:00"
      }
    ]
  }
}

华为云数字工厂平台内置工业IoT数据引擎，能够同时处理IT业务数据和OT设备数据，实现业务信息流与设备控制流的实时融合，帮助中小制造企业低成本构建敏捷型的统一制造协同应用平台。

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