产品说明

产品概览

Industrial Edge Gateway（工业边缘网关）是一款轻量级工业边缘计算网关软件，面向制造、能源、楼宇等现场部署。核心任务是打通 OT 设备与 IT 系统之间的数据通道，实现：

海量设备连接与数据接入：通过 12 种南向工业协议驱动，统一采集 PLC、DCS、表计、楼宇控制器及网络设备数据；ScanEngine 调度内核负责采集任务编排，写入 ShadowCore 影子设备实时快照。
边缘智能处理与联动：在靠近数据源的边缘端，基于 expr 规则引擎完成逻辑判断、位运算、读-改-写（RMW）及 Sequence/Delay/Check 工作流编排；虚拟影子设备（Virtual Shadow Engine）从多台真实设备选点映射或公式聚合，生成派生虚拟点位，实现本地联动控制与跨设备指标汇总，减轻上行带宽压力。
多系统无缝集成：通过 MQTT、Sparkplug B、OPC UA Server 及 EdgeOS（MQTT/NATS）等北向通道，将处理后的数据对接云平台、SCADA 与企业应用，并支持反向写控。

核心应用场景

场景类别	典型应用	场景描述
PLC 读写控制	生产线自动化控制、设备参数调整	通过 Modbus、S7、EtherNet/IP 等协议实时读写 PLC 寄存器，支持位操作、批量数据采集与反向写控，实现远程设备参数配置与工艺参数下发。
热加载控制硬件	设备固件升级、配置热更新	支持运行时动态加载驱动与配置，无需重启即可接入新设备或修改采集策略，适用于生产现场不停机维护与设备在线升级。
告警联动	温度越限联动、故障自动响应	基于边缘规则引擎实时监测设备状态，触发本地告警联动（如温度过高自动启动冷却系统、设备故障自动切换备用通道），实现毫秒级响应。
设备联合抄表	电能表批量采集、能耗统计	通过 DL/T645、Modbus-RTU 等协议批量读取电表、水表、燃气表数据，支持定时抄表、数据校验与异常识别，生成能耗报表。
跨设备数据聚合	产线效率计算、设备综合指标	Virtual Shadow Engine 聚合多台设备数据，通过公式计算生成派生指标（如设备综合效率 OEE、多泵流量总和、多路温度平均值）。
多设备联动控制	生产线协同、楼宇智能控制	跨协议联动控制多台设备（如 PLC 与 BACnet 楼宇控制器联动、KNX 照明与传感器联动），实现复杂业务流程的自动化编排。
设备远程监控	SCADA 集成、云端可视化	通过 OPC UA Server 或 MQTT 将实时数据推送至 SCADA 系统、云平台或移动应用，支持远程设备状态监控与历史数据分析。
边缘实时决策	质量检测、安全联锁	在边缘端实时分析采集数据，触发质量判定（如产品尺寸偏差检测）或安全联锁（如危险区域人员接近自动停机），减少数据上行延迟。
网络设备监控	交换机/路由器状态采集	通过 SNMP 协议采集网络设备 OID 数据，监控端口流量、设备温度、电源状态等，实现工业网络健康度实时监测与预警。
电力自动化	变电站数据采集、遥控操作	通过 IEC 60870-5-104 协议接入电力系统，支持总召唤、自发上报与单点遥控（M1 阶段），满足电力调度自动化基础需求。

图 1：数据流向示意图

产品优势

丰富的工业协议支持

内置 12 种南向驱动，覆盖 Modbus、BACnet、OPC UA、Siemens S7、EtherNet/IP、Omron FINS、SNMP、IEC 60870-5-104、DL/T645、Mitsubishi SLMP、Profinet IO、KNXnet/IP 等主流工业协议。支持设备发现、对象扫描与批量点位注册，满足 PLC、表计、楼宇与电力等场景的异构接入需求。完整驱动矩阵见设备驱动；测试覆盖见南向驱动测试报告。

低延迟数据采集与处理

ScanEngine 以 10ms Tick 驱动优先级队列调度，ExecutionLayer 按 Serial / Parallel / Limited 模式隔离执行；ShadowCore 以纯内存快照作为数据真源（SoT），UI、边缘计算与北向接口统一从影子设备读取，缩短数据流转路径。WebSocket 实时推送点位变化，支持通道级 TCP 链路监控（本地/远程地址、连接时长、断开时间）。

轻量灵活部署

单二进制交付，CGO_ENABLED=0 静态编译，无运行时依赖；最低 128MB 内存、1GB 存储即可运行，支持 x86_64、ARMv7、ARM64 及 Linux / Windows。可选 Docker 镜像部署，适合树莓派、工业网关、虚拟机及嵌入式设备。

配置项	最低配置	推荐配置
内存	128MB	512MB+
存储	1GB	4GB+
CPU	单核	双核+

边缘规则与联动控制

内置轻量级 expr 规则引擎，扩展工业位操作语法（v.N / v.bit.N、bitget/bitset 等），支持寄存器 RMW 写保护其他位状态。规则可编排 Sequence（序列）、Delay（延时）、Check（条件检查）等工作流，配套规则运行日志查询与 CSV 导出。

虚拟影子设备

Virtual Shadow Engine 从多台真实设备选点拼积木：直接映射来源点位，或通过公式计算生成新的虚拟点位；结果写入 ShadowCore，供边缘计算规则、北向接口与 UI 实时查询统一消费。数据路径为 南向采集 → 真实影子设备 → Virtual Shadow Engine → 虚拟影子设备 → 边缘计算 / 北向 / UI；真实点位更新后，引擎解析依赖图并增量重算，写入 virtual-{id} 影子。

支持 直接映射（1:1 转发真实点位值，适合跨设备汇聚、点位整理与北向暴露）与 公式计算（引用 channel_id.device_id.point_id 格式来源，支持 + - * / 与括号，用于跨设备求和/平均、倍率换算等派生指标）。积木编辑器支持批量映射、公式模板与依赖引用自动解析。典型场景：跨设备流量汇总、多路温度平均供越限规则、分散点位统一 MQTT/OPC UA 上报、工程单位换算。

智能采集优化

基于设备画像的自适应采集：RTT 管理器（EWMA 动态超时）、MTU 管理器（批量读包大小探测）、Gap 优化器（请求间隔调节）及 Modbus Illegal Address 24h 冷却。统一 ConnectionManager 提供五态状态机、指数退避重连、采集健康检测（以采集成功判断连接健康）与低频补偿探测，提升总线通信效率与稳定性。

组件	技术原理	优化目标
RTT 管理器	EWMA 算法实时监测往返延迟，动态计算超时阈值	避免超时设置不当导致的通信失败
MTU 管理器	自动探测单次通信最大数据包大小	最大化批量采集吞吐量
Gap 优化器	基于设备负载动态调整请求间隔	平衡采集效率与设备负载
ShadowCore	纯内存运行时快照，支持真实/虚拟影子设备	UI 与北向统一读 Shadow，重启后由采集引擎重建
ScanEngine	10ms Tick · PriorityQueue · Scan Class（fast/normal/slow）	统一调度 12 种南向驱动采集任务
ConnectionManager	唯一 dial Owner；EnsureConnected / ScheduleReconnect	全驱动统一重连与 single-flight

北向平台集成

支持 MQTT（自定义 Topic/Payload 模板）、Sparkplug B（NBIRTH/NDEATH/DDATA）、OPC UA Server（双向读写互通）及 EdgeOS 北向通道，便于对接 EMQX、Ignition、云平台及自建数据中心。

功能一览

功能	描述	功能清单
数据采集	南向通道与设备管理，多协议统一接入，ScanEngine 调度采集并写入影子设备	12 种协议驱动 · 通道/设备 CRUD · 设备/对象扫描 · ScanEngine 调度 · ShadowCore 快照 · 通道 TCP 监控 · ConnectionManager 重连
数据上报	将影子设备数据转发至云平台或上层系统，支持反向控制	MQTT · Sparkplug B · OPC UA Server · EdgeOS（MQTT/NATS） · Topic/Payload 映射 · 反向写控
虚拟影子设备	Virtual Shadow Engine 从多台真实设备选点，直接映射或公式计算生成派生虚拟点位	直接映射 · 公式计算 · 积木编辑器 · 依赖图增量重算 · 跨通道聚合 · 北向/UI 统一暴露
边缘计算	基于 expr 规则的本地联动与位操作，减少无效上行	expr 表达式 · 位运算增强 · RMW 写 · Sequence/Delay/Check 工作流 · 规则日志
系统管理	Web 可视化运维与配置管理	Vue 3 管理 UI · JWT / LDAP/AD · 安装向导 · config.db 配置 · 日志查询/导出 · WebSocket 实时数据

系统架构

Edgex V2.0 架构 · ScanEngine引擎

ScanEngine 调度驱动架构

Edgex V2.0 架构 · ScanEngine 统一调度：12 种南向驱动经 ScanEngine 写入真实影子设备快照，Virtual Shadow Engine 生成虚拟影子设备，再联通边缘计算与北向接口。

网关面向工业现场部署，支持多协议南向采集、北向数据共享、规则引擎与可视化运维。核心数据路径遵循 调度驱动架构（ScanEngine 内核）：

config.db → ChannelManager → ScanEngine（10ms Tick · PriorityQueue）
                                    ↓ dispatch
                              ExecutionLayer（Serial / Parallel / Limited）
                                    ↓
                              Driver.ReadPoints（纯执行 · ConnectionManager 重连）
                                    ↓
                              ShadowCore (SoT) — 真实影子设备
                                    ↓
                         Virtual Shadow Engine → 虚拟影子设备
                                    ↓
                         ShadowBridge → DataPipeline
                                    ↓
              WebSocket / EdgeCompute / Northbound / 历史值

组件	职责
ChannelManager	通道/设备 CRUD、驱动生命周期、`ScanEngineAdapter` 任务注册
ScanEngine	内核调度器：时间/资源/执行/状态闭环；Scan Class（fast/normal/slow）
ExecutionLayer	SerialQueueManager 硬隔离 + Parallel 三层背压 + Limited 低并发
ShadowCore	影子设备真源（SoT），纯内存运行时快照，承载真实与虚拟影子设备，UI 与北向统一读 Shadow
Virtual Shadow Engine	跨设备点位映射与公式计算，依赖图增量重算，写入 `virtual-{id}` 虚拟影子设备
ConnectionManager	唯一 dial Owner：EnsureConnected / ScheduleReconnect / single-flight

北向协议：MQTT、Sparkplug B、OPC UA Server、edgeOS(MQTT/NATS)。

近期进展（2026-06）：ScanEngine 调度驱动内核已落地（ExecutionLayer + ResourceController + 调度闭环）；CollectionScheduler/deviceLoop 已移除；Modbus/DLT645 重连已统一至 ConnectionManager。

南向采集协议

协议	注册名	状态	说明
Modbus TCP / RTU / RTU Over TCP	`modbus-tcp`, `modbus-rtu`, `modbus-rtu-over-tcp`	生产就绪	智能 MTU 探测、指数退避、24h 冷却期
BACnet IP	`bacnet-ip`	生产就绪	设备发现、对象扫描、批量读失败回退单读、故障隔离
OPC UA 客户端	`opc-ua`	生产就绪	读写、订阅监控、Scan/ScanObjects、断线自动重连
Siemens S7	`s7`	生产就绪	S7-200Smart/1200/1500/300/400；DB、I/Q、M、T、C 区域
EtherNet/IP (ODVA)	`ethernet-ip`	生产就绪	Rockwell ControlLogix/CompactLogix；Tag 批量读取
Omron FINS (TCP/UDP)	`omron-fins`	生产就绪	CIO/D/W/H/EM 等区域；TCP/UDP 双模式
SNMP v2c/v3	`snmp`	生产就绪	Community / USM 认证；OID 批量采集；ScanObjects
IEC 60870-5-104	`iec60870-5-104`	M1 已交付	总召唤、自发上报、单点遥控
DL/T645-2007	`dlt645`	已实现	电能表通信协议
Mitsubishi SLMP	`mitsubishi-slmp`	生产就绪	MC Protocol
Profinet IO	`profinet-io`	已实现	DCP/RPC I/O 模块读写；本地网口绑定
KNXnet/IP	`knxnet-ip`	生产就绪	网关发现；组地址读写；TCP/UDP 双模式

北向上报协议

协议	状态	说明
MQTT	已交付	自定义 Topic、Payload 模板，批量点位映射与反向控制
Sparkplug B	已交付	NBIRTH、NDEATH、DDATA 消息规范
OPC UA 服务端	已交付	多种认证方式，南向数据自动映射，支持反向写控
EdgeOS	已交付	MQTT/NATS 北向通道，对接 EdgeOS 平台

边缘计算指南

图 2：虚拟影子引擎示意图

本网关内置边缘计算引擎，支持基于规则的本地联动控制，特别针对工业位操作进行了深度优化。

1. 表达式语法

规则引擎兼容 expr 语言，并扩展了工业场景专用的语法糖：

基础变量：

v: 当前点位的实时值

位操作增强： 支持 1-based (v.N) 和 0-based (v.bit.N) 两种风格：

语法/函数	索引方式	说明	等效函数
`v.N`	1-based	获取第 N 位 (从1开始)	`bitget(v, N-1)`
`v.bit.N`	0-based	获取第 N 位 (索引从0开始)	`bitget(v, N)`

内置位运算函数：

bitget(v, n): 获取第 n 位 (0/1)
bitset(v, n): 将第 n 位置 1
bitclr(v, n): 将第 n 位置 0
bitand(a, b), bitor(a, b), bitxor(a, b), bitnot(a)
bitshl(v, n) (左移), bitshr(v, n) (右移)

2. 智能写入机制 (读-改-写)

当对寄存器进行位操作写入时，网关采用 RMW（读-改-写）机制，确保不破坏其他位的状态。

流程：

读：驱动读取当前点位完整值
改：根据公式计算新值
写：将新值写入设备

3. 工作流引擎

图 3：边缘流示意图

规则引擎支持高级工作流编排：

序列 (Sequence): 按顺序执行一系列动作
延时 (Delay): 在动作之间插入等待时间
检查 (Check): 验证某个条件是否满足

图 4：边缘核心示意图

4. 虚拟影子设备

Virtual Shadow Engine 从多台真实设备选点拼积木，将结果写入 ShadowCore，供边缘计算规则、北向接口与 UI 统一消费。

数据流： 南向采集 → 真实影子设备 → Virtual Shadow Engine → 虚拟影子设备 → 边缘计算 / 北向 / UI。单点位更新链路：真实点位值更新 → 解析公式依赖图 → 增量重算虚拟点位 → 写入 virtual-{id} 影子。

点位模式：

模式	说明	适用场景
直接映射 (Map)	1:1 转发真实点位值，表达式即来源引用	跨设备汇聚开关量、点位整理、北向暴露前的命名空间统一
公式计算 (Formula)	引用 `channel_id.device_id.point_id` 来源，支持 `+ - * /` 与括号	跨设备求和/差值/平均、倍率换算、简单派生指标

配置流程： 选择源设备通道 → 勾选/拖拽点位 → 批量映射或手动添加积木 → 切换映射/公式、设置虚拟点位 ID 与单位 → 保存启用。保存后引擎按依赖图增量计算；可先验证映射点位实时值，再叠加跨设备公式。

典型场景： 跨设备流量汇总（如 pump_a.flow + pump_b.flow → total_flow）、多路温度平均供越限规则、分散点位整理后统一北向 MQTT/OPC UA 上报、工程单位换算（如 raw_value * 0.1）。虚拟点位 quality 取决于所有依赖点位；任一路离线会导致计算结果 quality 降级。

技术栈

后端: Go 1.25+

Web 框架: Fiber
MQTT: Paho MQTT
Modbus: simonvetter/modbus
OPC UA: gopcua/opcua
表达式引擎: expr

前端: Vue 3

构建工具: Vite
UI 库: Vuetify 3
路由: Vue Router 4
HTTP 客户端: Axios

部署流程

1. 环境要求

项目	最低	推荐
内存	128MB	512MB+
存储	1GB	4GB+
CPU	单核	双核+
Go（源码编译）	1.25+	—
Node.js（前端编译）	16+	—
GoReleaser v2	最新版	一键多平台打包

支持 Linux / Windows，架构：x86_64、ARMv7、ARM64。

2. 编译方式

一键多平台打包（推荐）

项目使用 GoReleaser（.goreleaser.yml）统一构建前端与后端，并生成分平台安装包。GoReleaser 内置 nfpm，用于生成 .deb 包，无需单独安装 nfpm。

# 安装 GoReleaser（任选其一）
go install github.com/goreleaser/goreleaser/v2@latest
# 或 brew install goreleaser

# 在仓库根目录执行：清理 dist/ 并构建（snapshot 模式，不发布 GitHub Release）
goreleaser release --snapshot --clean

构建流水线（before.hooks）：

go mod tidy — 整理 Go 依赖
npm run build --prefix ./ui — 构建 Vue 前端至 ui/dist/

交叉编译目标（CGO_ENABLED=0，入口 ./cmd/main.go，二进制名 edgex）：

平台	架构
Linux	amd64、arm64、arm/v7
Windows	amd64（不含 arm/arm64）

产物目录 ./dist/：

类型	说明
tar.gz	`edgex-{version}-{os}-{arch}.tar.gz`，含二进制、`conf/`、`scripts/`、`edgex.service`、`edgex.sh`、`ui/dist/` 等
deb	`edgex-v{version}-{arch}.deb`，安装至 `/usr/local/bin/edgex`，含 systemd 单元与前端静态资源
SHA256SUMS	各产物校验和

版本信息通过 ldflags 注入：Version、BuildTime、CommitID（snapshot 模式下版本号为 snapshot 标识）。

snapshot vs 正式发布：--snapshot 仅本地/CI 构建，不上传 Release。推送 v* 标签并执行 goreleaser release（无 --snapshot）时，按配置创建 draft GitHub Release（release.draft: true）。

手动编译（开发 / 单平台）

git clone https://github.com/anviod/edgex.git
cd edgex
go mod tidy

# 后端：静态编译，无 CGO 依赖
CGO_ENABLED=0 go build -o edgex ./cmd/main.go

# 前端（生产环境推荐，产物由后端托管 ui/dist）
cd ui && npm install && npm run build && cd ..

3. 目录与配置

路径	说明
`data/`	运行时数据目录；`config.db` 存储配置（首次启动为空则进入安装向导）
`logs/`	运行日志（默认 `logs/gateway.edgex.log`）
`conf/`	遗留 YAML 配置，用于一次性迁移（`-conf` 参数指定，默认 `./conf`）

首次启动若 data/config.db 不存在，网关以安装模式启动，通过 Web UI 完成初始化。

4. 启动服务

# 默认配置目录 ./conf，HTTP 端口见 server 配置（常见 8080/8082）
./edgex

# 指定遗留 YAML 迁移目录
./edgex -conf ./conf/

访问 http://localhost:<port> 进入管理界面。默认账号见安装向导或 conf/users.yaml。

5. Docker 部署（可选）

docker pull anviod/edgex:latest

docker run -d \
  --name edgex \
  -p 8082:8082 \
  -p 47808:47808/udp \
  -v /path/to/data:/opt/edgex/data \
  --restart unless-stopped \
  anviod/edgex:latest

6. 生产部署参考

systemd 服务、防火墙端口、配置初始化：见用户手册 — 部署流程
EdgeOS 集成与北向通道：见 EdgeOS 快速入门
多从站 Modbus 配置：见多从站快速入门
完整部署文档索引：部署指南 GitHub Pages 部署指南

快速开始

前置要求

Go 1.25+
Node.js 16+（仅用于编译前端）

1. 启动后端

# 获取依赖
go mod tidy

# 运行网关
go run cmd/main.go

# 或者指定配置目录
go run cmd/main.go -conf ./conf/

2. 编译前端

cd ui

# 安装依赖
npm install

# 编译生产环境代码
npm run build

访问 http://localhost:8082（默认端口）即可进入管理界面。
默认账号见 conf/users.yaml（admin / passwd@123）。

3. 设备扫描与点位管理（BACnet）

通道页面进入设备 → 点位列表 → 点击”扫描点位”即可从设备读取对象列表
勾选后点击”添加选定点位”，系统将以 Type:Instance 地址批量注册
发现流程：优先单播 WhoIs，失败后进行多网口广播；仍失败时使用配置地址回退构造设备并标记为离线

4. OPC UA 服务端指南

安全连接：

默认启用 Basic256Sha256（SignAndEncrypt）安全策略
自动生成有效期 10 年的自签名证书
支持 admin / admin（默认）登录

双向互通：

数据上报: 所有南向通道采集的数据自动映射到 OPC UA 地址空间
反向控制: 支持客户端直接修改点位值，网关自动透传写入指令至底层设备

API 概览

所有 API 需要携带认证头：Authorization: Bearer <token>

功能	API	方法
扫描通道设备	`/api/channels/:channelId/scan`	POST
扫描设备对象	`/api/channels/:channelId/devices/:deviceId/scan`	POST
获取点位列表	`/api/channels/:channelId/devices/:deviceId/points`	GET
添加点位	`/api/channels/:channelId/devices/:deviceId/points`	POST
更新点位	`/api/channels/:channelId/devices/:deviceId/points/:pointId`	PUT
删除点位	`/api/channels/:channelId/devices/:deviceId/points/:pointId`	DELETE
实时数据订阅	`/api/ws/values`	GET
获取边缘计算日志	`/api/edge/logs`	GET
导出边缘计算日志	`/api/edge/logs/export`	GET

配置结构

配置文件已拆分为模块化 YAML 文件，位于 conf/ 目录：

server.yaml: HTTP 服务器端口、静态资源路径
channels.yaml: 南向通道及设备配置
northbound.yaml: 北向 MQTT/SparkplugB 配置
edge_rules.yaml: 边缘计算规则配置
system.yaml: 系统级网络配置
users.yaml: 用户账号管理
storage.yaml: 数据库路径配置

生产环境推荐使用 data/config.db（BoltDB）存储配置；首次启动若不存在则进入 Web 安装向导。

示例（BACnet 通道片段）：

id: bac-test-1
protocol: bacnet-ip
config:
  interface_port: 47808
devices:
  - id: "2228316"
    enable: true
    interval: 2s
    config:
      device_id: 2228316
      ip: 192.168.3.112
      port: 47808
    points:
      - id: AnalogInput_0
        name: Temperature.Indoor
        address: AnalogInput:0
        datatype: float32
        readwrite: R