一种边缘数据采集网关和边缘计算系统的制作方法

1.本发明属于智能制造边缘计算技术领域，尤其涉及一种边缘数据采集网关和边缘计算系统。


背景技术：

2.工业互联网平台体系包括边缘层，iaas(基础设施层)，paas(平台层)，saas(应用层)。边缘层对海量设备进行连接和管理，利用协议转换实现海量工业网数据的互联和互操作，是设备与云平台对接的桥梁。但现有很多平台的边缘层没有计算能力，只作为数据通道直接对接云平台，具有以下不足：
3.(1)速度慢：云端可能在几百公里外，数据交互时间比较长，无法满足特定场景的需求；
4.(2)带宽要求高：对所有数据都上传到云端，造成云端数据流量大。
5.(3)安全性和私密性：边缘层只有很少的计算能力，和云端透明传输，对设备和云端的安全性都没有保障，很容易被攻击。
6.(4)数据规范化和过滤：云端直接对接不同协议的边缘设备，云端复杂度高。


技术实现要素：

7.本发明实施例的目的在于提供一种边缘数据采集网关和边缘计算系统，旨在解决由于现有的很多平台的边缘层没有计算能力，只作为数据通道直接对接云平台，因此存在速度慢、带宽要求高、安全性和私密性不足以及云端复杂度高的问题。
8.本发明实施例是这样实现的，一种边缘数据采集网关，包含：
9.边缘设备模块，所述边缘设备模块用于对接不同设备的物理接口，统一转为tcp/ip协议接入本地网络，从而采集设备的实时数据，并与有控制器的设备实时交互。
10.本发明实施例的另一目的在于，一种边缘计算系统，应用于边缘数据采集网关，所述边缘计算系统具有边缘计算能力，用于作为本地的边缘设备模块与云平台对接的网关，边缘计算系统包含协议转换单元、智能分析单元、数据处理单元、本地数据库单元、设备协议配置单元、云服务器对接单元以及配网单元等。其中，
11.所述设备协议配置单元，用于从云平台端下发不同设备的对接协议解析元数据，并保存到本地，根据对接协议解析元数据进行不同设备的协议转换，并判断后续是否需要智能分析；
12.所述协议转换单元，用于按照设备协议配置单元的元数据解析不同的设备类型的设备数据，同时解析云平台的控制指令，下发给设备；
13.智能分析单元，用于接收协议转换后的设备数据，并对设备数据进行智能分析，以提炼出设备协议的有效数据以及异常数据；
14.数据处理单元，用于处理智能分析的上行数据，并按照格式要求将处理后的上行数据保存到本地数据，同时根据智能分析的结果，下发控制指令给协议转换单元，对紧急情
况进行干预和处理；
15.本地数据库单元，用于缓存本地的上行数据，记录交互记录，同时根据不同数据的重要程度，设置数据的生命周期，防止边缘计算系统数据出现溢出；
16.云服务器对接单元，用于安全保密地连接边缘计算系统与云平台；
17.配网单元，用于适应边缘计算系统在工业互联网场景下的无线网络的应用，以实现手机配网，通过重置网络，手机app配置路由器的密码使边缘计算系统接入本地网络。
18.本发明实施例提供的一种边缘数据采集网关和边缘计算系统，具有以下优点：
19.(1)异质性：借助于设备协议配置单元以及协议转换单元，边缘计算系统可以兼容不同硬件协议以及同种硬件的不同协议。
20.(2)智能化：借助智能分析单元，可以监控从各种设备和传感器收集到的数据，以确保设备正常、最佳地运行。智能分析单元用人工智能和机器学习(ml)算法来检测何时可能发生故障，提示管理层在故障发生之前执行维护或更换组件。这可以为企业节省大量时间和金钱，因为可以方便地进行维护，而不会突然停止生产。
21.(3)可靠性：借助本地数据库单元，可以在断网时实时保存和处理设备数据。
22.(4)数据安全：边缘计算系统和云平台之间通过云服务器接入单元进行加密通讯，保证了数据的安全性。
附图说明
23.图1为本发明实施例提供的一种边缘数据采集网关和边缘计算系统的模块图；
24.图2为本发明实施例提供的一种边缘数据采集网关和边缘计算系统的流程图；
25.图3为本发明实施例提供的一种边缘数据采集网关和边缘计算系统中的边缘计算系统的配网单元时序图。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
28.如图1-3所示，为本发明一个实施例提供的一种边缘数据采集网关，包含：
29.边缘设备模块，所述边缘设备模块用于对接不同设备的物理接口，统一转为tcp/ip协议接入本地网络，从而采集设备的实时数据，并与有控制器的设备实时交互。
30.一种边缘计算系统，应用于边缘数据采集网关，所述边缘计算系统具有边缘计算能力，用于作为本地的边缘设备模块与云平台对接的网关，边缘计算系统包含协议转换单元、智能分析单元、数据处理单元、本地数据库单元、设备协议配置单元、云服务器对接单元以及配网单元等。其中，
31.所述设备协议配置单元，用于从云平台端下发不同设备的对接协议解析元数据，并保存到本地，根据对接协议解析元数据进行不同设备的协议转换，并判断后续是否需要智能分析；
32.所述协议转换单元，用于按照设备协议配置单元的元数据解析不同的设备类型的
设备数据，同时解析云平台的控制指令，下发给设备；
33.智能分析单元，用于接收协议转换后的设备数据，并对设备数据进行智能分析，以提炼出设备协议的有效数据以及异常数据；
34.数据处理单元，用于处理智能分析的上行数据，并按照格式要求将处理后的上行数据保存到本地数据，同时根据智能分析的结果，下发控制指令给协议转换单元，对紧急情况进行干预和处理；
35.本地数据库单元，用于缓存本地的上行数据，记录交互记录，同时根据不同数据的重要程度，设置数据的生命周期，防止边缘计算系统数据出现溢出；
36.云服务器对接单元，用于安全保密地连接边缘计算系统与云平台；
37.配网单元，用于适应边缘计算系统在工业互联网场景下的无线网络的应用，以实现手机配网，通过重置网络，手机app配置路由器的密码使边缘计算系统接入本地网络。
38.作为本发明的一种优选实施例，将边缘数据采集网关和边缘计算系统用于工厂案例如下：
39.某工厂需要进行智能化改造，需要对接的设备有生产设备(5台纺纱机，2台并条机)，电量检测设备(2台智能空开)，环境检测设备(3台温湿度检测)。通过采用本发明，用12台边缘设备模块分别对接这12台设备，把数据以http server的方式接入网络。一台边缘计算系统对接这12台边缘设备模块。边缘设备系统的协议配置了4种，即纺纱机协议解析，并条机协议解析，智能空开协议解析，温湿度检测设备协议解析。
40.在边缘系统中智能分析单元会实时检测解析的温湿度数据、纺纱机数据，根据人工智能网络，自动下发命令调整纺纱机的转速以达到更高产能。
41.本地数据处理单元通过对上行数据进行处理，提取有效数据保存到本地数据库单元(根据实际需求，保存3天内的数据)，同时上传给云端进行保存。云端可以事后分析，优化边缘计算的人工智能模型，以及调整协议配置，同时支持云端进行设备控制，比如在电量峰值时关闭智能空开，电量低谷时打开智能空开。
42.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。