使用IOT-Tree整合复杂计算模型(含AI模型)，并对接现场设备优化控制（节能提效）技能方案

IOT-Tree Server是个开源物联网软件，可以作为组态软件成为自动化系统的上位软件。她提供了接入、数据组织管理、控制逻辑和人机交互多个方面的功能。

如果你对IOT-Tree Server还不熟悉许可参考如下文档：

使用开源IOT-Tree Server进行工业现场自动化控制

IOT-Tree消息流功能是在规整接入各种设备数据之后，提供的功能块组合部署支持（直观快速），凭借她你可以在大部分场合快速实现数据的处理——存储、转换、发送等。

本文基于IOT-Tree的消息流功能，探讨分析如何对接各种麻烦模型，并充分发挥IOT-Tree的优势，使之应用于自动化控制现场。以达到能耗节省、设备运行效率提升和设备运行寿命延长等效果。

如果你是某个行业的专业人员，对设备优化及相关模型有自己的研究成果，如何飞快应用这些成果到实际的设备中，IOT-Tree应该是一个很好的选择。

1 方案整体框架

如上整体框架图，IOT-Tree可以运行在一台PC（或边缘设备）上，并且一般的模型软件也可以同时运行其中，由此组成了系统基础部署框架。系统内部作用许可划分为三部分：数据收集、模型调用、优化控制输出，他们分别有如下作用。

1.1 数据收集

首先，IOT-Tree可以对接现场这边的PLC，传感器等目标，进行实时数据收集，这可以直接为模型的运行提供基础输入数据。同时，IOT-Tree还可能调用外部资源，如数据库、其他模型接口等内容。

IOT-Tree本身的基础功能，如果还不熟悉，可以参考IOT-Tree开源程序自带文档或我写的其他文章，此部分内容，本文就不展开介绍了，你可以参考如下内容：就是数据收集相关内容

https://gitcode.com/jasonzhu8888/iot-tree

https://github.com/bambooww/iot-tree

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1.2 对接（调用）模型软件并提供实时数据

IOT-Tree获取现场实时数据之后，接下来就允许把这些数据给予给模型程序。模型程序根据现场素材输入进行内在的专业计算分析，并输出优化参数结果返回给IOT-Tree。详细内容，请参考下面的内容。

1.3 优化控制输出

IOT-Tree获取模型输出之后，可以通过PLC对接接口，把结果（优化参数）提供给现场的PLC程序。以此优化控制，达到节能提效的目标。

以上过程，都必须经过精心设计，保证PLC控制的安全、可靠和可控运行。相关内容请参考本文后续内容。

2 模型输入帮助

在数据收集部分，IOT-Tree通过接入-设备驱动-及树状组织，最终把现场的实时数据都转换为统一的标签Tag形式。如下所示：

这些实时运行标签数据，很明显是工业优化模型最重要的内容基础。有了基础标签内容，那么接下来就是如何把这些数据提供给模型，并获得模型返回了。

2.1 IOT-Tree调用模型方式分析

2.1.1 定时调用

这是最通用的做法，整个过程由定时器触发，每次触发时，先获取要求的标签数据，打包成模型需要的格式，然后调用模型等待返回结果即可。

2.1.2 条件触发

根据标签资料中的特定标签Tag内容作为条件，当满足触发条件时才触发调用过程。

以上两种调用方式，在IOT-Tree消息流中都有对应节点支持，只需要简单设置几分钟即可完成。

2.2 模型调用方法（IOT-Tree如何调用模型）

有了触发条件之后，接下来就可以具体分析当满足触发条件之后，IOT-Tree如何调用模型了。这个就需要看模型的具体实现方式了。

2.2.1 IOT-Tree内部模型实现

你可以启用Java方式达成你的困难计算模型，并且实现支持模型调用的若干消息流节点。接着打包成标准的Java Webapp配置部署到IOT-Tree运行框架中，使得模型和IOT-Tree成为一个整体并且运行在一个独立的程序中。这样在消息流中，你就行很方便地拉取相关节点完成配置过程。

很适用的，并且与IOT-Tree紧密结合，最终现场只需要部署一套脚本。对于需要大量复制的现场来说比较适合。就是这种方式对于不是特别复杂的模型
缺点是你需要深入理解IOT-Tree消息流机制，并能进行二次开发适配整体框架。

2.2.2 IOT-Tree使用HTTP方式调用外部模型

如果模型的实现是异构体系，直接进行IOT-Tree适配几乎不可能，那么比较理想的调用方式是使用HTTP方式。由模型运行的独立进程提供HTTP方式的web调用接口（RESTFul Api），然后在IOT-Tree中使用消息流支持的HTTP Client节点进行调用。

这是本文最推荐的一种方式，行使得模型和IOT-Tree之间轻耦合，模型的建立完全自主且只需要支持Web调用接口即可。这种方式对于当前AI大模型来说，应该是唯一选择了（个人观点，你倘若有更好的思路可以评论批评）。

更具体一点，建议每次调用时，由IOT-Tree消息流节点获取需要的标签数据，并打包成JSON数据格式，然后通过POST方式调用相关的模型Web Api提交资料，如果模型运行成功，则返回JSON格式的数据给HTTP Client节点。

2.2.3 IOT-Tree使用进程调用外部模型

若是一个模型比较简单，并且和IOT-Tree运行在同一台机器中，如模型只是使用了Python完成了一个算法，并且没有给出Web方式的调用接口，那么允许利用IOT-Tree的进程调用支持节点“执行系统命令”实现。

如果模型算法需的输入参数很多，建议在消息流中获取标签数据打包成特定的数据格式（如JSON）之后，先把这些数据写入到临时文件中，然后调用算法程序并把临时文件路径作为进程启动命令参数。此时，你的模型算法程序得支撑文件路径作为输入参数。
通过当然，模型结束时，也能够把结果写入文件中，后续IOT-Tree消息流通过此文件获取返回结果。

3 模型输出支持

不管使用哪种方式调用模型，最终模型正常运行返回结果之后，IOT-Tree得把输出结果反馈到现场的控制器（如PLC）中。本文就以PLC作为例子做详细说明。

当前工业现场绝大多数控制都使用成熟可靠的PLC作为控制核心，假设要做模型适配，则得做一些控制流程的改进。关键原则如下：
1 改动尽可能小，保证原有应用的安全，尽量减少升级时间，保证生产影响最小化
2 一定要考虑调用整合模型失效时的相关处理逻辑，确保现场控制绝对安全

那么IOT-Tree获取模型结果之后，如何把结果提交给现场的PLC控制器呢，大致有如下方式：

3.1 IOT-Tree主动修改PLC内部特定的参数

此方式前提是，PLC程序为了模型调优专门设定几个内部参数地址，用来接收调优参数。此种方式适合比较现代的PLC设备（这些设备一般支持以太网接口，并且有专有的驱动可以直接拥护内部地址写入）。

PLC内部控制循环增加相关调优参数的读取和处理。

3.2 IOT-Tree被动方式被PLC调用

此方式要求IOT-Tree模拟成一个现场设备并提供方便的标准工业接口作为PLC的一个输入。

很多工业场合，由于PLC比较老旧（没有提供以太网接口），无法直接通过特定的内部地址和IOT-Tree进行交互，并且PLC接口也有限，只能利用一些简单数字接口获取数据（如RS485），此时也需要IOT-Tree能够模拟成一个轻松的设备进行对接。

此时，可以使用IOT-Tree消息流中的Modbus Slave节点，把IOT-Tree对外模拟成一个标准Modbus设备，这个设备内部提供几个调优参数作为数据项提供给PLC。

本部分内容请参考相关文章：

使用IOT-Tree消息流Modbus Slave节点，实现Modbus设备的模拟

4 如何保证PLC控制程序与模型整合优化之后的可靠和安全

安全可靠是工业领域各种体系的基本要求。可以说如果做不到安全可靠，再好的模型都无法直接应用到现有的控制系统中，这是一个关键需求，直接决定了系统实施的成败。

本部分内容，以此为主题在不同层面做专门做相关分析和实施策略。

4.1 PLC程序改进保证安全可靠策略

为了能够支持模型调参优化支持，PLC程序应该做如下改进工作：

4.1.1 PLC改进尽可能便捷

在大部分PLC控制优化场合，需要调整控制参数很少，比如从节能角度只需调整控制目标温度、目标压力或目标转速等参数。这些参数的微小调整，就可能马上产生电能或燃气的节省。而PLC控制逻辑加入这些调整参数所需要的程序改动非常少。

由此，建议PLC的改进尽可能限定在这个范围里面，这样不仅可以极大降低风险，并且现场设备停机也允许限制在很短的时间内。

4.1.2 PLC程序本身要保证安全

依据加入了外部调整参数支持之后，PLC工具必须做如下防护：

1 保证外部调整参数在实用的安全范围内

PLC程序改进引入外部给予的调整参数时，必须对参数有效性或安全值范围做判断，如果外部写入异常数据或超出安全范围，则必须忽略，并且应该认为此时外部程序失效，进而进入外部调优程序失效状态中。

2 必须有外部调整参数的软件失效的判断

PLC内部除了方便的提供外部调整参数之外，还必须有判断外部调优程序失效的能力，有如下建立策略。

无效的。外部调优程序失效状态中。就是当IOT-Tree提供被动方式数据——如模拟一个Modbus设备时，内部必须提供一个调用计数数据。该计数数据可以保证PLC每次调用获取有效值的时候都不相同，PLC软件可以很容易判断多次调用之间这个计数是否变化，如果超过特定时间发现这个值没有变化，则可以认为外部调优脚本失效。此时不管读取到什么数据，都认为
当IOT-Tree主动提交数据到PLC时，也应该同时给出这个计数数据，PLC获取数据时内部也做相同判断。
PLC程序还应该做个内部时间计数，当超过规定的时间发现计数值没有变化，也要进入外部调优程序失效状态中。这样当IOT-Tree程序停止运行或通信中断，也可以保证安全。

3 外部程序失效应对措施

当PLC进入外部调优程序失效状态时，可以产生报警，并进入程序改进前的固定参数运行状态（自动恢复到没有调优时的运行状态）。

借助以上措施，可以保证IOT-Tree和模型程序不管出现什么异常情况，都能保证现场设备的安全运行。