从人工抄表到边缘智能：EMQ 云边协同助力燃气门站智能化管理
EMQX Team
摘要
燃气是现代社会中不可或缺的民生资源之一，而燃气门站是城市燃气输配系统的重要组成部分，负责接收、过滤、调压、计量和分配燃气，也是连接天然气长输管线和城市管网的关键节点。燃气门站的安全、平稳、高效运行是城市和工业区的用气安全的基础。
传统的燃气门站管理主要依赖于人工操作和基本自动化技术，工作人员需要人工定期检查和控制设备状态，手动整理归档数据和运行日志，凭借操作人员经验来执行调度决策，设备维护通常按照固定的时间表进行，而不是基于设备的实际运行状况。传统的管理模式对人力资源依赖大，低自动化水平影响运行效率和速度，各类系统之间的数据无法有效对接、造成各类数据孤岛，同时应急体系效率低、流程长、容易错失处理突发事件的最佳时机。
智能调度燃气门站系统可利用先进的自动化控制、数据分析、人工智能（AI）等技术，对燃气门站的运行进行实时监控、优化调度和智能管理。通过采集大量的实时数据，如供气量、供气压力、温度等，结合天气、用户需求等信息，利用 AI 算法和模型进行预测和优化，确保门站的调度满足供气需求并确保安全稳定。智能调度系统还可以通过自动化控制和集中监控，提高门站的运行效率和安全性。
相对于传统基于经验的人工操作方式，燃气门站智能调度系统可以更好地管理和优化门站的运行，提高供气的准确性和效率，降低运维成本和风险，这对于燃气供应企业和整个社会都具有重要意义。
燃气门站智能调度系统面临的挑战
数据整合困难：燃气门站设备面对异构、多源工业数据的采集，如温度、压力、流量等。各类数据都使用不同的通讯协议和报文规范。传统的工业数据采集方案很难实现统一的规范格式，高效地支持云端和边缘端人工智能算法对实时数据和历史数据处理的需求。
AI 对高精度数据要求：人工智能技术在燃气门站调度中的应用可以极大地提升效率、安全性和智能化水平。而人工智能核心是算法，有些算法是基于大数据的统计分析，有些基于机器学习、神经网络的 AI 仿真预测。两者的实现效果主要取决于算法的科学性和历史数据的精准性。面对海量、传输频率高、结构复杂的工业数据，如何为人工智能算法提供高价值、高频率、高精度的数据流将是一个巨大的挑战。
智能边缘计算管理困难：与传统的集中式计算环境相比，智能调度的燃气门站部署的边缘计算涉及到更多的设备和节点。企业管理和监控这些设备的状态、更新和维护可能变得更加复杂，需要有效的设备管理和监控机制来确保边缘计算的可靠性和性能。
基于 EMQ 智能边缘计算实现燃气门站智能调度管理
EMQ 提供的智能燃气管理解决方案，通过结合边缘计算和云平台技术，实现燃气门站的高效智能化管理。该方案利用部署在边缘端的工业协议网关软件 NeuronEX，确保各类设备数据的实时采集与稳定传输，同时进行边缘流式计算和 AI 算法集成，在边缘端实现对孤立在各个系统中的设备数据的统一采集、处理和集成。在云端，企业级 MQTT 消息接入平台 EMQX 提供高可用、高并发的数据传输和分析能力，支持大规模数据写入实时数据库，为 AI 算法和模型训练提供强大的数据支撑。最后，在云端的工业互联数据平台 EMQX ECP 作为运维管理平台，可统一远程配置和管理边缘端的 NeuronEX，让分布式边缘设备的运维管理变得简单高效。
- 在边缘端，部署的工业协议网关软件 NeuronEX 用于各类工业设备的接入，支持将 100 多种常见的工业协议一站式转换为 MQTT 协议，实现在工业生产弱网环境下的各类数据实时感知与稳定传输。NeuronEX 同时具备边缘数据流式计算、AI 算法集成及优化、边缘侧数据存储等能力，助力燃气管理公司实现设备能耗优化、边缘智能调度、设备预测性运维等具体业务场景。
- 部署在云端的企业级 MQTT 消息接入平台 EMQX，为云上数据系统及业务应用提供高可用、高并发、低延时、安全可靠的数据传输、分析、对接能力。同时，EMQX 可支持将门站实时采集数据以每秒超 10W TPS 的性能写入实时数据库，降低应用和 AI 算法模块的数据处理压力，提升算法及模型训练的实时性和准确性。
- 部署在云端工业互联数据平台 EMQX ECP 提供一体化运维管理平台，实现对每个门站部署的 NeuronEX 统一运维管理配置，轻松实现参数配置、日志查看、实时监控等功能，提升运维效率，降低运维成本。
方案价值
1、EMQ 的云端和边端产品具备开放的接口、横向扩容能力、可热插拔的配置性功能模块，支持企业管理的燃气门站数据统一接入，轻松响应边缘侧和云端业务对数据的消费需求，助力企业开发业务平台效率提升 40% 以上。
2、ECP 工业互联数据平台实现在云端对部署在每个燃气门站的边缘软件统一运维管理配置。相对传统边缘侧产品需要到现场修改配置、查看故障原因的运维方式，ECP 允许在云端远程完成配置操作，降低 60% 以上的运维成本。
推荐产品
EMQX Enterprise
EMQX Enterprise (以下简称 EMQX) 是一个强大的企业级物联网消息平台，专为大规模部署和物联网应用中的高可靠性而设计。在燃气门站场景中，EMQX 通过以下能力为用户带来收益：
- 高可靠性和可扩展性：EMQX 采用分布式架构，具有高可用性和可扩展性，可以处理大规模并发消息传输。它支持水平扩展，以适应不断增长的物联网设备和数据流量，确保系统稳定性。
- 丰富的协议支持：除了 MQTT 协议外，EMQX 还支持多种消息传输协议。它允许开发人员扩展以支持各种私有协议，以满足其应用需求。
- 数据集成：EMQX 与各种数据存储服务、消息队列、云平台和应用无缝集成。它可以连接到云服务，实现远程数据传输和基于云的分析。
- 安全和认证：EMQX 提供强大的安全功能，包括 TLS/SSL 加密传输、客户端认证和访问控制。它支持多种认证方法，如用户名/密码、X.509 证书和 OAuth，确保物联网通信的安全性。
- 规则引擎和数据处理：EMQX 具有灵活的规则引擎，可以基于设备数据进行实时数据处理和转发。它支持数据过滤、转换、聚合和持久化等操作，帮助用户根据业务需求进行分析和决策。
- 可视化监控和管理：EMQX 提供直观的可视化监控和管理界面，允许用户实时监控物联网设备和消息传输。用户可以查看连接状态、消息流量和其他指标，还可以进行设备管理、故障排除和系统配置操作。
NeuronEX
NeuronEX 是一款工业边缘网关软件，提供工业多协议接入与边缘计算能力。主要部署在工业现场，实现工业设备通信及工业总线协议采集、工业系统数据集成、边端数据过滤分析及 AI 算法集成，以及工业互联网平台对接集成等。其提供了以下特性：
- 统一连接：NeuronEX 提供多协议接入能力，支持如 Modbus、OPC UA、Ethernet/IP、BACnet、Siemens、Mitsubishi 等数十种工业协议的同时接入；提供企业内 MES、WMS 等各系统多数据源的集成对接；NeuronEX 同时支持数据流的双向打通，既可实现数采，也支持控制指令下发到设备。
- 流式处理：NeuronEX 包含100+内置函数，支持数据过滤、数据操作、设备控制以及数据持久化，将数据存储于时序数据库中。
- 无缝集成：支持将 C/python/go 等语言的算法集成到 NeuronEX，支持工业机理模型、机器和深度学习等模型在边端的实时推理，输出告警及智能决策。
- 灵活部署：NeuronEX 具有极低的内存占用，在 x86、ARM、RISC-V 等低配置架构设备上运行表现出色。此外，它还支持类似 Docker 的容器化部署，能够与 K8s 环境中的其他容器共同运行。
- 边缘到云：通过 MQTT、SparkplugB 等协议，NeuronEX 将工业数据推送汇聚到云平台，NeuronEX 与云平台之间的双向数据流，形成云边数据协同及控制协同，利用平台侧大数据存储及分析能力，放大NeuronEX使用价值。
EMQX ECP
EMQX ECP 一款面向工业 4.0 的工业互联数据平台，旨在满足工业场景大规模数据采集、处理和存储分析的需求，ECP 提供边缘服务的快速部署、远程操作和集中管理等功能，助力工业领域数据互联互通，实现数据驱动的生产和运营。在燃气场景中，ECP 主要功能包括：
- 边云协作：EMQX ECP 边缘服务管理实现了对边缘软件 NeuronEX 等边缘服务部署、管理、配置下发、批量操作、监控和优化。通过提供统一的管理平台，实现双向数据传输与运管边能力；
- 多集群管理：在分租户分项目的基础上实现多集群管理，可以创建新集群或纳管已有集群，并对管理的集群进行修复、水平和垂直扩展、修改网络类型、修改连接数、升降级、集群转让和删除等操作；同时集成 EMQX Dashboard，方便用户直接在 ECP 平台操作和配置 EMQX 集群；
- 多组织多项目管理：EMQX ECP 提供的组织管理功能是一个支持企业级多租户的管理系统，能够实现不同组织的资源隔离和管理。EMQX ECP 可以在同一平台中为多个企业或业务部门提供隔离的 EMQX 数据基础架构服务，每个组织都能够使用自己的数据和配置，互不干扰，保证数据安全。
- 企业级安全性：基于角色的访问控制（RBAC）、单点登录（SSO）、链路加密以及带审计的操作日志确保企业级安全性。
- 监控运维与告警：ECP 的监控平台提供了在云端 EMQX 集群和边缘端进行统一管理和监控的方案。 在 ECP 平台中，系统会收集和分析来自云端 EMQX 集群和边缘端的监控数据，以提供更全面和精细化的管理和监控进行预测故障和风险。