1 系統概述

1.1 功能概述

DAQ for IIOT通用工業數據采集系統是一套運行在邊緣計算機上的設備數據采集與管理軟件，主要用于對各種儀器設備（PLC、注塑機、數控機床、電表、流量計等）數據的采集、控制、存儲、查詢、展示以及上傳。

系統主體功能包括：

l 靈活的傳輸配置（鏈路、存儲、設備、因子、上傳服務）

l 數據采集和上傳

l 實時監控（設備、上傳）

l 告警配置和監控

l 數據存儲和查詢（表格、圖表、Web API）

l 組態和可視化設計

l 用戶及權限管理

l 界面多語言支持

1.2 運行環境

1.3 支持設備

1.3.1 支持通信鏈路

系統支持的部分通信鏈路包括：

1.3.2 支持通信協議

系統支持的部分通信協議包括：

1.4 名詞解釋

1.4.1 設備

系統采集來自一臺設備的數據，設備需具有通信接口，以及使用特定的通信協議進行通信。設備可以是一臺檢測儀器、一個小型儀表、一個傳感器，甚至是一塊單獨的PLC。

1.4.2 因子

因子是設備的屬性，包括設備的測量值、狀態、控制單元等。例如對于一臺測量儀器來說，以下屬性可以稱為一個因子：

l 最新測量值（測量值）

l 當前設備狀態：測量中、待機中、故障等（狀態）

l 啟動測量、停止測量（控制單元）

1.4.3 鏈路

系統與設備的物理連接方式以及基礎通信協議，即通信過程中鏈路層以下的部分。例如可以是使用串口通信線，使用UART通信協議；或是使用網線，使用TCP/IP通信協議。支持多設備共用一條鏈路。

1.4.4 驅動

一個功能模塊，實現采集、上傳、存儲等功能。根據功能劃分，包括采集驅動（實現采集通信協議解析）、上傳驅動（實現上傳通信協議解析）、鏈路驅動（實現特定鏈路的連接與數據收發）、存儲驅動（實現特定數據庫的存儲與操作）等。

1.4.5 上傳服務

系統向平臺或其他設備上傳數據，使用特定的鏈路和通信協議。

1.4.6 上傳因子

要上傳至平臺或其他設備的因子。

2 服務理念

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3 軟件安裝與認證

3.1 在64位Windows系統上安裝

3.1.1 環境準備

在系統安裝之前，請確保.NET6已經成功安裝。可到微軟官網下載安裝.NET6。

如果是比較舊的Windows系統，可能需要先安裝以下必備包（在安裝過程中如提示無法啟動服務，一般即是需要安裝必備包）：

必備包1：

必備包2：

3.1.2 軟件安裝

下載安裝包之后，運行安裝程序，如下圖所示：

選擇安裝目錄，點擊開始安裝按鈕，即可完成系統安裝。

3.2 打開管理頁面

系統安裝完成以后，可使用現代瀏覽器（推薦Edge或Chrome），地址欄輸入 http://localhost:16801/scada.html ，訪問管理頁面。由于系統需要登錄，首先會進入到登錄頁：

默認存在的系統賬號：

登錄以后可進入到系統主頁，如下圖所示：

如有需要，系統可自由切換界面語言，下圖為英文界面：

3.3 系統認證

系統具有14天的試用期，試用期結束之后，系統需要認證才能正常使用（否則系統無法采集數據）。認證操作在系統配置頁面（設置->系統配置）完成：

認證流程為：

1. 復制機器碼，提供給供應商。

2. 從供應商處獲取認證文件。

3. 上傳認證文件。

需要注意的是，一個認證文件只能認證一臺計算機。

4 傳輸和存儲配置

4.1 傳輸架構

采集、上傳以及存儲的系統架構圖如下所示：

一般情況下，系統完成的核心功能是從設備采集數據，把數據存儲，并上傳至平臺。每種傳輸都需要使用一個通信鏈路，以及采用某種的通信協議。那么，整個傳輸和存儲過程，就會存在以下的模塊：

l 通信鏈路

l 采集協議

l 上傳協議

l 存儲方案

對應于每個模塊，系統都采用了驅動+配置的模式來滿足需求。以存儲方案為例，存儲驅動包含了以某種數據庫（如MySQL）存儲數據的代碼，而存儲配置則包括連接字符串、何時去存這些內容。

4.2 驅動管理

驅動是實現特定功能的代碼庫，可根據需要導入系統。下面是采集驅動的管理頁面：

一般從供應商處獲得驅動，上傳至系統，經過配置之后即可使用。對于特定的應用場景，也可根據開發文檔，自行進行驅動的開發。

4.3 數據采集配置

數據采集需要配置存儲方案、通信鏈路以及通信協議。

4.3.1 存儲方案

每個設備都可以選擇不同的存儲方案（也可以全部設備選擇相同的存儲方案）。存儲方案管理頁面（存儲管理->存儲方案）如下圖所示：

在存儲方案中，可以選擇存儲的數據庫類型、存儲時機、是否存儲狀態、數據格式等。

4.3.1.1 支持數據庫

系統支持SQLite、SQL Server、MySQL等數據庫。

4.3.1.2 連接字符串

對于SQLite數據庫，連接字符串填寫文件路徑，如：

SQL Server的典型連接字符串格式為：

MySQL的典型連接字符串格式為：

4.3.1.3 存儲時機

存儲時機有兩種類型，分別是間隔時間和指定時間。

間隔時間需要填入一個以ms為單位的時間，每次達到這個間隔時數據會存儲一次。例如填入60000，即為一分鐘存儲一次。

指定時間的填寫格式為：`HH:mm HH:mm HH:mm`，只支持填寫小時和分鐘。在每天的指定時間點，數據會存儲一次。例如填入`08:00 12:00 16:00 `，數據將會在8點、12點、16點各存儲一次。

4.3.1.4 數據格式

數據格式包括字符串和數字。如果系統采集到的所有數據都為數字，建議使用數字格式，能夠節省空間和提高性能。如果數據中包括非數字的字符串，那只能選擇字符串格式。

4.3.1.5 存儲狀態

勾選存儲狀態后，數據庫在存儲數據的同時，存儲設備當前狀態。當設備處于離線狀態時，采集數據仍會是上一次采集到的值。設備狀態具體值見附錄1。

4.3.1.6 數據庫維護

當傳輸配置修改之后，數據庫結構會作出相應的修改。為了清理冗余的結構和數據，系統提供了三種維護操作：

清洗表結構：清除不使用的列和不使用的表。

清空數據：清空所有數據。

重建表結構：清除舊的結構和數據，重新創建表結構。

4.3.2 鏈路配置

鏈路配置頁面（傳輸配置->鏈路配置）如下圖所示：

目前支持的鏈路類型及需要配置的內容如下表所示：

4.3.3 設備配置

4.3.3.1 設備配置

設備配置主要是對通信協議的配置。設備配置頁面（傳輸配置->設備配置）如下圖所示：

設備采用不同的驅動，配置信息會有所差異。但某些信息是所有設備都需要配置的，如下表所示：

4.3.3.2 因子配置

設備包含因子（沒有添加因子的設備一般不會采集數據），因子配置頁面（從設備配置頁面，點擊某一設備最右側的按鈕進入）如下圖所示：

采用不同驅動的設備，因子需要配置的信息有所不同。幾個公共屬性說明如下：

4.4 數據上傳配置

數據上傳需要配置通信鏈路以及通信協議。其中通信鏈路的配置跟采集是一致的。

上傳服務配置頁面（傳輸配置->上傳配置）如下圖所示：

上傳服務中需要配置上傳的因子，在上傳因子配置頁面（從上傳配置頁面，點擊某一上傳服務最右側的按鈕進入）進行配置，如下圖所示：

配置內容根據協議的不同會有所差異，以下為各上傳因子共有屬性：

編碼

對于大部分的上傳協議，都是如果填寫，就以編碼上傳，如果不填寫，就以因子原來的名稱上傳。例如對于MQTT上傳協議，假設因子是設備1.因子1，如果不填寫編碼，上傳的topic是data/設備1.因子1；如果填寫了編碼code1，那么上傳的topic是data/code1。

4.5 配置導入和導出

4.5.1 配置導出

在配置導出頁面（傳輸配置->配置導出）中導出配置，如下圖所示：

導出過程中，需要選擇導出的設備和上傳服務。導出時，相關的鏈路配置、存儲方案會同時被導出。

4.5.2 配置導入

在配置導入頁面（傳輸配置->配置導入）中導入配置，如下圖所示：

導入配置時，由以下選項，可根據實際情況進行選擇：

清空配置：清除所有已配置內容。

直接覆蓋：先清除原來所有配置，再添加導入的配置。

補充配置：增量式地添加導入配置，如果原有配置和導入配置具有相同ID或名稱，則不會使用導入配置。

5 實時監控

5.1 系統啟停

在系統標題欄的位置，可以啟動或停止系統，如下圖所示：

此處的啟停是對整個系統的啟停（包括采集和上傳），如果希望暫停某一設備或某一上傳服務，可在設備監控和上傳監控頁面進行操作（禁用或啟用）。

5.2 設備監控

如果需要查看當前的采集狀態，可打開設備監控頁面（數據監控->設備監控），如下圖所示：

在此頁面中，可以：

l 查看設備的實時狀態。關于設備狀態的說明，可參照附錄1。

l 查看每個因子的實時值，以及當前數據時間。

l 啟用或禁用設備。

l 反控設備，修改因子值。此操作會向設備發送改值、寫入命令，并不是虛擬的改值。

5.3 上傳監控

在上傳監控頁面（數據監控->上傳監控）中，可查看當前上傳的狀態，如下圖所示：

同時可以在此頁面中暫停上傳。

6 歷史數據查詢

6.1 數據查詢

可以使用表格或圖表的方式查詢歷史數據。若在數據查詢時發現沒有數據，可能的原因有：

l 因子配置時，是否存儲沒有勾選。

l 數據庫配置，存儲時機為不存儲。

l 沒有啟動采集。

l 還沒出現一項合法數據。

6.2 表格方式

使用表格方式查詢到的數據為詳細數據，數據查詢頁面（統計分析->數據查詢）如下圖所示：

在頁面左側選擇需要查詢的因子，選擇起始時間和結束時間，即可查詢出結果。

當數據前方出現類似[Ex]的標志時（或數據以@開頭），表示數據異常，此時的數據只是歷史保留值，實際上不可采用。例如當鏈路斷開、或是設備禁用，若查詢結果依然有值，此時的結果并沒有意義。中括號中的代表為設備狀態，可參照附錄1。

6.3 圖表方式

使用圖表方式查詢到的數據僅為簡略數據（當數據量比較大時，圖表中不會展示出所有數據），數據圖表頁面（統計分析->數據圖表）如下圖所示：

7 告警配置與監控

7.1 告警配置

在告警配置頁面（傳輸配置->告警配置）進行告警的配置，如下圖所示：

每條告警，可以配置的信息包括告警標題、告警級別以及觸發告警發生的條件。在觸發條件中使用的表達式為邏輯表達式，因子使用大括號包圍，具體內容可參考附錄2。

7.2 告警存儲

默認情況下，告警信息是不存儲的。需要存儲時，需要進行存儲方案的設置。在告警存儲方案設置頁面（存儲管理->告警存儲方案）中進行存儲方案的設定，如下圖所示：

一般情況下只需要填寫連接字符串即可。

最后，回到告警配置頁面（傳輸配置->告警配置），點擊右上角的第二個按鈕，選擇告警存儲方案即可：

7.3 告警監控

系統實時產生的告警信息，可在告警監控頁面（數據監控->告警監控）中進行查看：

7.4 告警查詢

系統產生的所有告警信息，可在告警查詢界面（統計分析->告警查詢）中進行查詢，如下圖所示：

8 用戶和權限管理

8.1 默認用戶

系統默認會存在兩個用戶，如下表所示：

正式使用系統之后，如果需要使用權限控制，應修改初始密碼。

8.2 用戶角色

系統定義的角色及其權限如下表所示：

9 組態可視化

9.1 功能概述

本系統提供組態和可視化功能，具有強大的低代碼可視化搭建編排能力，配置簡易、控件豐富、自定義程度高。結合數據采集與控制系統，能夠實現實時和歷史數據的顯示，以及設備實時控制。

系統支持以下功能：

l 可添加用戶自定義圖片（支持JPG、PNG、GIF、SVG等格式）。

l 可添加用戶自定義組件。

l 支持表格和圖表等數據展示組件。

l 可顯示實時數據和歷史數據。

l 可向設備發送控制指令。

l 提供大量輔助設計功能（輔助線、標尺、磁吸、對齊等）。

9.2 應用示例

以下為使用可視化功能設計的頁面：

9.3 界面介紹

9.3.1 可視化首頁

系統首頁如下圖所示：

可在此頁面中添加多個視圖。對于每個視圖，點擊畫面可進去運行頁面，點擊右下角的設計按鈕進行設計畫面。

9.3.2 可視化設計頁

系統設計頁如下圖所示：

9.3.2.1 頁面總局

設計頁頂部是標題欄，點擊視圖名稱可修改名稱，點擊預覽按鈕進入運行頁。

主體部分的左側是資源庫，包括組件庫和圖片庫，可拖動資源到主畫布中。

主體部分的右側是屬性配置面板，選中不同的元素，將顯示該元素特有的屬性配置。

主體部分的中心是主畫布，可在其中拖動資源和調整資源位置。主畫布下方是縮略圖和顯示比例，主畫布的位置通過此處進行移動和縮放。

9.3.2.2 一般設計步驟

設計頁的操作步驟一般是：

1. 從資源庫中拖動資源至畫布中。

2. 調整資源的大小和位置。

3. 修改資源的樣式、數據源和觸發事件。

9.3.2.3 資源庫

系統的資源庫包括兩種，分別是組件庫和圖片庫。

圖片庫中的元素只是單純的圖片，用戶可上傳自定義圖片，支持的格式包括png、jpg、gif、svg等。

組件庫中的元素包含了代碼功能，能夠提供較為豐富的交互功能，例如是圖表、進度條、輸入框等。用戶也可以根據開發文檔進行組件的開發，然后上傳至系統使用。

9.3.2.4 資源屬性

不同種類的資源具有不同的屬性，例如矩形有圓角半徑的屬性、管道有流動形狀的屬性。但所有的資源，其屬性都可分成三部分，分別是樣式、數據庫和事件。

樣式部分包括大小、位置、顏色、字體等信息。

數據源部分定義了資源如何進行動態變化，通過填寫表達式完成功能。例如在顯示條件里填寫{D1.F1}==1這樣的表達式后，資源將在D1.F1為1時顯示，其他情況則隱藏。又如文本文字，填寫當前值為：{D1.F1}這樣的表達式后，資源將在D1.F1為1時，顯示出這樣的文字：當前值為：1。

事件部分定義了在運行頁面上，對資源進行一些操作之后所發生的事情。例如在點擊事件中填寫{D1.F1}=2，那么用戶在點擊資源后，系統將向設備發出修改值為2的指令。又如在輸入框修改值事件中填寫<var1>=value，當用戶在輸入框中輸入了12.5這樣的內容后，變量var1的值就會變為12.5。

9.3.3 可視化運行頁

運行頁中只有設計出來的內容，沒有額外的頁面元素，如下圖所示：

在運行頁面，可使用的功能包括：

l 顯示實時采集到的設備數值。

l 顯示數據歷史記錄。

l 顯示動態變化的系統流程。

l 通過操作頁面元素，向設備下發指令和數值。

l 切換至不同的視圖頁面。

9.4 數據源

9.4.1 數據引用

在數據源中引用因子，在因子名稱外加大括號，其表達式為：

在數據源中引用臨時變量，在變量名稱外加尖括號，其表達式為：

9.4.2 文字數據源

文字數據源可正常書寫文字，在需要引用數據的地方，插入引用表達式即可。如：

9.4.3 條件數據源

條件數據源要求書寫內容為邏輯表達式，如：

9.4.4 圖表數據

讀取因子數據的格式為：

factor為固定字符串。

factors是因子名稱列表，用逗號隔開，如D1.F1,D1.F2。

minutes是取最近多少分鐘的數據。

interval是間隔多少分鐘一條數據。

format是時間顯示的格式，年月日時分分別用yyyy、MM、dd、HH、mm表示。

以下舉一個例子。取D1.F1和D3.F1的數據，取一個小時內的，每5分鐘一條數據，時間的顯示格式為HH:mm，那么填寫內容為：

9.5 事件

9.5.1 事件概述

每一個事件，可以包含多條指令，指令之間使用分號相隔，如：

指令類型包括修改因子、修改變量、切換頁面等。

9.5.2 修改因子事件

修改因子事件的格式為：

其他，值可以是一個固定數字，也可以是一個變量，如：

9.5.3 值改變事件

某些控件（如輸入框），具有值修改事件。當事件發生時，使用value指代新修改的值。格式為：

以下舉一個例子，實現這樣一個功能：在視圖中加入一個輸入框和一個按鈕，點擊按鈕時，把輸入框的值發送給因子D1.F1。要完成這樣一個功能，可在輸入的值改變事件中輸入：

然后在按鈕的點擊事件中輸入：

9.5.4 頁面切換事件

頁面切換事件的格式為：

如果要替換當前頁面，則命令為：

如果要打開新的頁面，則在命令后加上,new，如下所示：

附錄1 設備狀態代碼

設備狀態代碼及意義如下表所示：

附錄2 數據源與表達式

A2.1 變量引用

在設備配置中，通過配置一個因子對硬件進行讀寫。在使用表達式的地方，這個因子就指代了對應的硬件。使用設備名.因子名表示因子。

例如，添加了一個使用Modbus協議的設備D1，再添加一個因子F1，讀寫寄存器40001地址的值。那么，D1.F1，就代表了寄存器40001。

在表達式中，變量需要書寫在大括號中：

對于自身的引用，可以使用this：

A2.2 表達式類型

系統中使用的表達式有4種，分別是：

數值表達式：計算的結果是一個數值，例如：{a}*2.5+3

邏輯表達式：計算的結果是一個邏輯值，例如：{a}>10

文字表達式：只能計算大括號中的內容，沒有固定格式，例如：a的值為{a}mg/L

命令表達式：中間有等號，等號左邊是變量，右邊的賦值內容，例如：{a}=10

A2.3 因子配置表達式

在因子配置中，可以輸入一個表達式。這一般用在采集值與實際展示值之間存在某種函數關系的情況。例如，采集值以kg為單位，但存儲要求以g為單位。那么，此值采集后，便需要使用表達式進行轉換。

因子配置表達式是一個數值表達式。以上述例子為例，假設因子為D1.F1，實際要將此因子乘以1000。表達式可以寫為：

由于表達式里填寫的因子就是本因子，所以也可以使用this替代，為：

當表達式只是簡單地乘以一個倍率，或加上一個偏差值（只能是乘或加），可以直接簡寫為：

或

附錄3 MODBUS配置說明

A3.1 驅動和鏈路選擇

Modbus協議包括三種，分別是Modbus-RTU、Modbus-TCP和Modbus-ASCII，需要根據實際選擇合適的采集驅動。三種通信協議都可在TCP客戶端或串口鏈路下進行通信。

A3.2 采集間隔選擇

對于Modbus通信協議，采集間隔和周期等待都可設置為0，接收等待需要在100ms以上。如果發現接收數據時出現數據混亂的情況，一般是接收等待時間不夠造成的。出現這種問題，可適當增加接收等待時間。如果希望知道準確一點的時間，可向設備發送一條Modbus指令，觀察數據回復的時間。

A3.3 存儲模式

Modbus協議中定義了多種數據存儲的空間，包括寄存器、線圈、輸入寄存器和輸入線圈。使用何種存儲模式，根據文檔說明進行選擇。

A3.4 通道類型

對于寄存器，通道類型是多樣的，包括FLOAT、INT、BIT等；而對于線圈，通道類型只有BIT。

多字節的數據，不同的設備字節的存儲順序會有差異，需根據實際情況進行選擇。以下是常用的字節順序：

A3.5 按位取值

存儲模式選擇寄存器，通道類型選擇BIT，則可以按位取值。起始地址是寄存器的地址，位地址則說明取第幾位的數據。位地址從右到左，也就是最右一位是第0位。

A3.6 連續地址

如果有若干個因子通道類型相同，地址連續，可以進行一次配置。在通道數量中填入超過1的數值即可，自動創建的因子地址會根據通道類型自動調整。以下列出通道數量填入5之后的實例：