[發明專利]一種基于軟件定義的工業智能控制系統

有效

• 申請號: 202011356569.3
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112181382B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 胡鵬飛;何春明
• 申請（專利權）人: 北京和利時系統工程有限公司
• 主分類號: G06F8/20
• 分類號: G06F8/20;G06F8/70
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 栗若木

1.一種基于軟件定義的工業智能控制系統，其特征在于，包括：軟件層面的邏輯中心化軟件定義邊緣計算平臺和硬件層面的軟件定義邊緣智能控制器，其中：

所述邏輯中心化軟件定義邊緣計算平臺部署在邊緣服務器和工控機算力達到預設能力的硬件基礎設施上，用于提供基于語義的工業邊緣設備孿生模型構建、邊緣設備的身份標識和解析、邊緣設備資源管理和調度、輕量級規則引擎、輕量級AI推理引擎、工業知識庫/組件庫/規則庫/基礎算法庫、輕量級容器和微服務管理、云-邊協同以及工業級邊緣計算平臺安全，實現工業邊緣側的系統自治；對設備孿生模型、工業知識庫/組件庫/規則庫/基礎算法庫、微服務管理、規則引擎、推理引擎進行統一的接口定義和封裝；

所述軟件定義邊緣智能控制器采用多處理器混合異構架構，并通過對邊緣智能控制器中的硬件資源進行虛擬化映射、調度、編排和管理，以軟件定義的方式實現算力優化調度和動態重構，按需對控制器的各種資源進行配置，構建具有差異化控制和計算能力，同時支持實時工業控制和非實時邊緣計算任務處理的軟件定義虛擬控制器，實現邊緣側的智能控制；

所述基于語義的工業邊緣設備孿生模型構建，具體為：所述邏輯中心化軟件定義邊緣計算平臺利用語義本體、知識圖譜技術，以及RDF、OWL、SWRL建模語言，對邊緣設備對象進行抽象和描述建模，從屬性、功能、狀態和事件四個維度，分別描述設備對象的屬性、所提供的能力、運行時的狀態、運行時發生的事件；構建邊緣設備之間的語義關聯關系，形成設備知識圖譜；從信息-物理空間映射的角度，利用語義描述建模、知識圖譜和服務能力抽象的技術和方法，將包括邊緣側的終端設備資源、邊緣計算資源、邊緣管理設備資源、邊緣存儲資源的邊緣計算硬件資源進行數字化、虛擬化、池化，形成信息空間的虛擬數字孿生模型，并構建邊緣設備資源池，設備的控制、管理和調度功能從硬件上解耦分離，以軟件的方式實現，通過對虛擬化資源的按需配置和動態重組，實現邊緣硬件設備資源的共享復用；

其中，邊緣側的物理設備和孿生模型之間是一一對應的，通過兩者之間的實時動態交互，實現相互同步；

所述邊緣設備資源管理和調度、輕量級規則引擎、輕量級AI推理引擎、工業知識庫/組件庫/規則庫/基礎算法庫、輕量級容器和微服務管理，是以基于語義的工業邊緣設備孿生模型為基礎和支撐構建的邊緣平臺基礎能力，實現邊緣側設備資源的統一管控、共享和智能化協同，支撐邊緣智能應用；

所述軟件定義邊緣智能控制器中，一臺物理的控制器可以同時虛擬出多個運行實時系統和多個運行非實時系統的軟件定義虛擬控制器；所述軟件定義邊緣智能控制器所支持的實時工業控制和非實時邊緣計算任務處理的軟件定義虛擬控制器中，支持實時工業控制的虛擬控制器與支持非實時邊緣計算任務處理的虛擬控制器之間是相互隔離的。

2.根據權利要求1所述的工業智能控制系統，其特征在于，所述邏輯中心化軟件定義邊緣計算平臺主要實現四類邊緣設備的軟件定義，包括：終端設備、邊緣計算節點、邊緣管理節點和邊緣存儲設備，其中：

所述終端設備包括傳感器、儀器儀表和執行器，用于負責感知物理對象和環境，并根據計算結果執行相應的控制命令和動作；

所述邊緣計算節點包括具有算力的智能終端設備、工業智能網關、邊緣智能PLC、邊緣計算盒子、定制化的邊緣計算設備和工業邊緣服務器，用于負責提供邊緣側的計算能力、執行工業控制和邊緣計算任務；

所述邊緣管理節點包括邊緣服務器、工控機、計算能力達到預設能力的定制服務器和私有云，用于負責承載和運行邏輯中心化軟件定義邊緣計算平臺，實現對其管理域內的設備資源進行管理，且作為計算節點執行邊緣計算任務；

所述邊緣存儲設備包括應用在邊緣計算環境中的通用存儲設備，用于負責存儲邊緣設備采集或生成的數據、模型數據、以及計算任務的中間結果和處理結果。

3.根據權利要求1所述的工業智能控制系統，其特征在于，所述軟件定義邊緣智能控制器采用多處理器混合異構架構，具體為：

所述軟件定義邊緣智能控制器采用多核CPU+NPU+FPGA的混合異構架構，兼具實時控制能力和邊緣計算能力，用于滿足智能工業應用中邊緣側復雜控制任務和AI計算任務對計算資源及負載能力的需求，實現工業互聯網場景下的智能控制。