[實(shí)用新型]一種基于邊緣計(jì)算的工業(yè)傳感信號采集器

有效

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• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN207281528U
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬加富;易鳴倫;陳寶通;湯勝龍;李迪
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 蔡克永

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及工業(yè)自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于邊緣計(jì)算的工業(yè)傳感信號采集器。

背景技術(shù)

隨著信息物理融合系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)已成為影響工業(yè)改造和升級的重要因素。在現(xiàn)階段的工業(yè)控制系統(tǒng)中，被檢測到的數(shù)據(jù)在控制過程中僅是用于觸發(fā)某一事件的響應(yīng)，此外，工業(yè)應(yīng)用中現(xiàn)有的控制設(shè)施也不具備對被檢測數(shù)據(jù)的預(yù)測分析、大量存儲等處理機(jī)制。因此，需要結(jié)合相應(yīng)的傳感器信號采集設(shè)備及結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的大規(guī)模采集、存儲、分析等處理。

工業(yè)控制系統(tǒng)是由多種類型的控制設(shè)備、傳感設(shè)備及執(zhí)行設(shè)備構(gòu)成，其位置布局也相對分散。其中，傳感器信號采集節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，也不具備數(shù)據(jù)存儲及轉(zhuǎn)換功能，這使得對于工業(yè)數(shù)據(jù)的采集、分析、儲存等處理變得困難。邊緣計(jì)算融合了網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲、應(yīng)用的核心能力，可以彌補(bǔ)現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)在傳感器信號采集與處理上的缺陷，同時又可以解決工業(yè)控制高實(shí)時性要求與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量的不確定性的矛盾。邊緣計(jì)算正是充分利用物端的嵌入式計(jì)算能力，以分布式信息處理的方式實(shí)現(xiàn)物端的智能和自治，并與云計(jì)算結(jié)合，通過云端的交互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)測性維護(hù)、能效管理及整體智能化。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于邊緣計(jì)算的工業(yè)傳感信號采集器。

本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

1、一種基于邊緣計(jì)算的工業(yè)傳感信號采集方法，其特征在于包括如下步驟：包括局部信息采集步驟；區(qū)域信息采集步驟；全局信息采集步驟；

一、局部信息采集步驟

傳感器信號采集器接收多個傳感器采集的信息，并為每個不同來源不同類型的信息進(jìn)行分析和處理，其處理方式如下：

對于數(shù)字量信號，傳感器信號采集器將記錄其高/低電平信號的改變及發(fā)生的時間，其數(shù)據(jù)的存儲格式如附圖3所示，其中“D”代表該信息為數(shù)字量信號，“Num(i)”為第i個傳感器，“0/1”為傳感器檢測輸出的高低電平信號(“1”：為高電平，“0”：為低電平)，“T”為檢測時間；

對于模擬量信號，傳感器信號采集器將對其進(jìn)行采樣處理并記錄采樣時間，采樣周期按實(shí)際需要設(shè)置，其數(shù)據(jù)的存儲格式如附圖4所示，其中“A”代表該信息為關(guān)量信號，“Num(i)”為第i個傳感器，“data”為傳感器檢測輸出的采用信號，“T”為檢測時間。

二、區(qū)域信息采集步驟

區(qū)域信息采集的實(shí)現(xiàn)在于，邊緣計(jì)算平臺對其所管轄的多個局部信息采集節(jié)點(diǎn)的傳感器信息采集；在區(qū)域信息采集中，為了避免數(shù)量眾多的局部信息采集節(jié)點(diǎn)文件信息的集中性上傳而造成網(wǎng)路阻塞或服務(wù)器宕機(jī)，因此采用分時輪詢的方式讓邊緣計(jì)算平臺逐步訪問所管轄的傳感器信息采集器；邊緣計(jì)算平臺作為一個網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)，通過Web服務(wù)提供數(shù)據(jù)通道接口給所管轄區(qū)域內(nèi)的傳感器信息采集器，采用Http協(xié)議進(jìn)行信息交互；在數(shù)據(jù)接收過程中，邊緣計(jì)算平臺對于檢測到的故障信號將會進(jìn)行及時響應(yīng)給相關(guān)監(jiān)控設(shè)備及維護(hù)人員；對于檢測到的常規(guī)信息將會進(jìn)行文件壓縮和暫時存儲處理，等待定時計(jì)時完成在進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳；

三、全局信息采集步驟

全局信息采集的實(shí)現(xiàn)在于云計(jì)算平臺作為整個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息樞紐中心，通過Web服務(wù)提供數(shù)據(jù)通道接口與邊緣計(jì)算平臺進(jìn)行信息交互；云計(jì)算平臺負(fù)責(zé)將所接收到的壓縮文件進(jìn)行解壓分析，通過遍歷數(shù)據(jù)的方式及結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來挖掘數(shù)據(jù)產(chǎn)生的周期、預(yù)測工業(yè)事件發(fā)生概率與時間段、以及實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)全局信息的整理和分析。

局部信息采集過程中，傳感器信號采集器在采集信息時按照程序指令將信息封裝整理，對于所標(biāo)記不同信息類型采用不同傳送方式及傳送格式；對于信息處理流程如附圖5所示，對于數(shù)字量信號的處理流程如圖6所示，傳感器信號采集器的控制模塊通過引腳檢測到電位的改變來觸發(fā)事件，當(dāng)檢測到常規(guī)信號時，將其按照附圖3的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化和存儲后，采用定時傳輸?shù)姆绞缴蟼髌鋲嚎s后的存儲文件；當(dāng)檢測到故障信號時，將輸出故障報警信號，同時對故障發(fā)生事件進(jìn)行備份記錄；

對于模擬量信號的處理流程如圖7所示，傳感器信號采集器的控制模塊通過引腳定時采樣數(shù)據(jù)，當(dāng)采樣值在正常檢測范圍內(nèi)時，將其按照附圖4的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化和存儲，采用定時傳輸?shù)姆绞缴蟼髌鋲嚎s后的存儲文件；當(dāng)采樣值超出正常檢測范圍但故障累計(jì)時間沒超出設(shè)定值T時，同樣按上一個描述情況進(jìn)行處理；當(dāng)采樣值超出正常檢測范圍且故障累計(jì)時間超出設(shè)定值T時，將輸出故障報警信號，同時對故障發(fā)生事件進(jìn)行備份記錄。

傳感器信號采集器，其包括：