MindSphere 是西门子推出的基于云的开放式物联网操作系统。
它基于云Cloud Foundry 而构建，可以部署在公有云上，如Amazon Web Services (AWS)、Microsoft Azure、Alibaba cloud ，也支持部署在专为某企业构建的私有云上。
1、MindSphere架构
MindSphere 提供了MindConnect 、MindSphere 和 MindApps三层架构，从连接服务、平台服务和应用服务三个层级提供应用与支持。
1.1、MindSphere连接性
MindSphere提供了广泛的硬件设备与企业系统连接协议选项以及工业应用，将实际物体连接到数字化环境，并提供功能强大的工业应用和数字化服务以帮助推动业务实现成功。
1、MindSphere IOT 硬件设备
西门子发布了两款高性能IOT连接器MindConnect Nano 和 MindConnect IOT 2040,
安全性方面该设备仅能通过HTTPS端口443单向输出连接到MindSphere; 支持通过安全的互联网连接传输数据（SSL/TLS），以启用基于MindSphere的应用程序和服务；一机一码，无法多账户混用，数据安全可靠；安全架构符合各项行业标准的原则，如国际电工委员会（IEC 62443）、国际标准化组织（ISO/IEC 27001）等。
性能方面以MindConnect Nano为例，数据读取周期高达每秒 250个数据点，而且每 10 秒经历一个数据传输周期，高达500MB的本地数据缓冲区。这样的数据流入和流出让用户可以对工业流程进行持续的监控。更多的性能参数请查看产品手册。
目前已经支持的协议有：
· Siemens S7 (支持 S7-3xx / S7-4xx / ET-200s / S7-12xx / S7-15xx PLCs)，适用于所有非符号寻址型S7 PLC;
· OPC UA 客户端(数据访问)
· Modbus RTU (RS485 / RS422 / RS232)
· Modbus TCP
· 协议持续扩充中
网络架构方面，MindConnect Nano/IOT 硬件向下通过工业设备防火墙、连接工业现场的设备网络，向上通过企业防火墙、连接到企业网络。
2、MindConnect Lib和API
除了现成的硬件以外，MindSphere还发布了一些MindConnect API 和互联网开发库SDK，来帮助用户通过第三方设备实现设备连接和数据采集的功能。
Restful API:
· HTTPS加密传输SSL/TLS，通过平台授权进⾏密钥交换，AES 256 & RSA 3072数据加密
· ⽀持变量配置，时间序列、事件、⽂件上传
LIB: 这是一个开发库，它相当于提供了一个SDK，我们可以通过这个SDK去调用相应的一些接口来上传数据。
· 基于C语⾔的开发库，适⽤于第三⽅设备
· 兼容各类嵌⼊式硬件系统(Yocto, Raspbian, Linux,Windows Embedded OS, etc.)
· 低系统资源消耗：～170 kB RAM
目前可用的有MindConnect LIB、MindConnect Node.js、MindConnect Node-RED、MindConnect API via HTTPS.
关于API的使用详情，参考这个链接：https://developer.mindsphere.io/zh/howto/howto-local-development.html
3、数据对接组件
数采对象，除了生产现场的设备以外，还有一些智能设备、信息系统等对象，这种情况下，提供MindConnect IOT Extension 和 MindConnect Integration软件服务。
MindConnect Integration提供了一种将多个数据系统连接到MindSphere的方法，包括历史数据库、企业资源规划（ERP）、制造执行系统（MES）以及管理控制和数据采集（SCADA）系统。通过使用基于浏览器的工具以图形的方式配置数据值映射，用户可以构建灵活的集成，以便将企业系统（不论是云端还是本地系统）纳入到采用MindSphere的环境。
MindConnect IOT Extension 支持通用型物联网的技术手段和通信协议，扩展了MindSphere的底层数据采集的方式，更为云与边缘侧的双向数据传输提供了可能。
S7-1200 / 1500 系列PLC兼容“LMindConn_MQTT”功能块（2020 1月已发布），配合博途V15.1 及以上版本；通过MQTT + TLS与MindSphere IoT Extension实现证书认证及安全加密的数据通讯；PLC功能块中点阅Sub或发布Pub不同预定义的Topic模版，实现双向数据通讯。
4、边缘计算：更有效的将OT与IT进行融合
MindSphere还提供边缘计算开发库Open Edge Device Kit (OEDK)，助力与边缘设备进行数据采集与分析应用。
Open Edge Device Kit 针对的是想让自己的设备与 MindSphere 兼容的第三方设备生产商。它是一个独立的模块，可以安装在设备上并作为 MindSphere 的接口。
Open Edge Device Kit调用 MindSphere 端点将状态更新和时间序列数据发送到云中，并为设备收集新信息。它使用 MQTT 消息处理设备上的通信。在设备上运行的模块不需要直接访问 MindSphere。他们只需要发布和订阅特定的主题，并与 Open Edge Device Kit 通信。这使得 Open Edge Device Kit 成为一个简单的解决方案，使现有的设备准备好连接到 MindSphere。
5、西门子工业系统
除了以上提到的众多方案，西门子的众多工业产品也在积极拥抱云，提供了MindSphere的接口，比如经典WinCC、WinCC OA、交换机等产品，都可以通过简单的组态配置和MindSphere连接。
1.2、MindSphere PaaS服务
工业互联网PaaS平台的核心是在工业技术原理、行业知识、基础工艺、研发工具规则化、模块化、软件化基础上形成的数字化模型。
借助 MindSphere 的开放式平台服务 (PaaS) 功能，开放式合作伙伴生态系统能够不断开发并提供工业应用。可获益于西门子合作伙伴的经验和洞察力，无需自己进行开发来推进物联网战略的实施。
MindSphere平台提供了：
· 以微服务的形式进行部署
· 各种服务以API的形式对客户暴露
· 使用Gateway对服务进行调配和鉴权
· 服务与用户数据相互隔离
MindSphere API
· MindSphere APIS 基于 HTTP 或 基于消息。
· 基于 HTTP 的 API 通过 Open API 规范描述客户端调用的服务所提供的 HTTP 操作。
· 基于消息的 API通过 Async API 规范描述服务提供的主题和消息，客户端可以订阅或发布这些主题和消息。
1.3、MindSphere SaaS服务
MindSphere提供了三类应用服务：
第一种是基本组件，为用户提供资产管理、设备连接、数据采集、数据可视化、用户/角色管理、性能监测等服务；
第二种是西门子各个部门借力于百年经验积淀，深度挖掘工业用户使用场景，充分发挥产品优势，发布了若干应用，涉及产线透明化、单机设备状态监控、工业优化、KPI分析、预测性维护、BI报表等服务；
第三种是支持第三方用户定制化开发应用，以满足特定的场景需求。
MindSphere提供了全生命周期的应用管理服务
借助通用开发语言+工业微服务+低代码开发平台实现应用全流程
西门子低代码开发平台：Mendix Studio Pro。
Mendix是一款低代码的软件开发工具，通过可视化的软件功能组件的装配，通过模型化的驱动自动生成运行代码。
通过Mendix，没有软件编程能力的工业人能够更加便捷、快速地在MindSphere平台上开发相应的应用，为平民编程创造了可能。
2、MindSphere 应用开发
说到应用开发，前文已介绍了MindSphere的开放性：依托Cloud Foundry，支持多种框架、语言、运行时环境、云平台及应用服务，开发跨平台应用并能降低开发工作量，实现快速应用程序的部署和扩展；提供了多项API和SDK，利用微服务架构，帮助用户快速调用MindSphere平台资源；还有各种开发平台。
3、MindSphere 账户角色
MindSphere提供了全生命周期的应用管理服务，在这个过程中，我们看到有用户、开发者和运营者角色的存在，这就是MindSphere的三种账户类型，使用者可以根据自己的不同角色与云资源需求进行购买。
其中，这三个角色之间的关系如下图所示:
· 用户从应用商店购买已发布的应用直接使用
· 开发者可以进行定制化应用的开发
· 运营者可以把应用程序发布到应用商店中
4、总结
选择MindSphere 可以带来：
· 更快速地开发稳固可靠的工业物联网解决方案
· 开放式 PaaS，具有原生云访问能力
· 广泛的设备、企业系统，具有云连接优势
· 功能强大的工业解决方案，具有高级分析功能
· 通过端到端的数字化双胞胎实现闭环式创新
· 世界级合作伙伴生态系统, 提供工业解决方案与服务
苏公网安备 32059002002276号
