一种基于边缘计算网关的设备自动控制系统及边缘计算网关的制作方法

本发明涉及一种基于边缘计算网关的设备自动控制系统及边缘计算网关，属于物联网通信。

背景技术：

1、plc（可编程逻辑控制器）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采集设备的数据（如传感器读数、设备状态等），并通过通信接口将这些数据传输到外部系统，同时基于内部存储的程序对外部设备进行控制（如启动、停止、调速等）。

2、目前市场上主要plc设备生产厂家包括德国西门子、施耐德以及日本欧姆龙、三菱等公司，一般采用16-32位处理器，信号输入输出由io端口对各种传感器信号采集实现，对外与监控系统的通信管理接口多采用modbus协议。然而，现代各种就地设备集成的传感器越来越多，很多智能设备已不提供io端口接入，而是采用如485、rj45、can等多样的通信接口实现数据的采集和设备控制。因此，目前市场上的这种由自身设备完成信号采集与设备控制的plc设备难以实现对目前的不提供io端口接入的智能设备的采样与控制，即当综合能源项目上出现对各种类型通信接口的智能设备的控制需求，若采用plc设备实现，往往还要增加其他通信转换设备，这将大大增加建设成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于边缘计算网关的设备自动控制系统及边缘计算网关，以解决目前由自身设备完成信号采集与设备控制的plc设备难以实现对目前的不提供io端口接入的智能设备的采样与控制的问题。

2、本发明为解决上述技术问题而提供一种基于边缘计算网关的设备自动控制系统，该系统包括：边缘计算网关中的配置界面、配置生成模块、通信管理模块和控制模块；配置界面用于展示预设的设备开关量与模拟量输入信号的数据输入端及其标识中的至少一种以及设备开关量与模拟量输出信号的数据输出端及其标识中的至少一种，以供用户选择相应标识来配置接入该网关的设备的自动控制逻辑的输入和输出数据；还用于展示预设的不同管理指令和逻辑指令对应的不同图元模板以及各个逻辑指令对应的图元模板的配置参数，以供用户选择相应图元模板并结合配置的所述输入和输出数据设置逻辑指令的配置参数的值来配置所述自动控制逻辑流程；

3、配置生成模块用于读取通过配置界面选择的相应图元模板及其配置参数的值，得到对应的控制指令，以生成所述自动控制逻辑流程对应的配置文件；通信管理模块用于采集所述自动控制逻辑的输入数据；控制模块用于解析所述配置文件，根据所述自动控制逻辑的输入数据运行所述配置文件的控制指令，并按照所述自动控制逻辑的输出数据，通过通信管理模块向相应设备下发运行所述配置文件的控制指令时产生的操作指令；逻辑指令包括：用于利用输入数据进行条件判断和处理的条件指令和用于指示指令执行次序的连线箭头指令；管理指令用于控制包含逻辑指令的任务的执行状态。

4、进一步地，连线箭头指令对应的图元模板的配置参数包括：用户根据需求配置的附带指向箭头的连接线的起点位置与终点位置；

5、配置生成模块读取通过配置界面选择的连线箭头指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块读取选择的连线箭头指令的起点和终点位置，得到用于控制从连线箭头指令的起点位置对应的控制指令执行后跳转到连线箭头指令的终点对应的控制指令的控制指令。

6、进一步地，所述条件指令包括条件分支指令和条件等待指令中的至少一个；

7、条件分支指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输入端的标识设置的各个条件对应的参数、通过选择数据输入端的标识设置的或者用户根据需求设置的满足各个条件对应的判断逻辑的参数值、用户根据需求设置的不满足该条件分支指令的整体判断逻辑后的设定延迟时间、每个条件对应的参数与满足该条件对应的判断逻辑的参数值的逻辑关系以及各个条件之间的逻辑关系；

8、连线箭头指令对应的图元模板的配置参数还包括：根据条件分支指令的整体判断逻辑对应的不同结果设置的条件跳转参数；终点用于连接到满足条件分支指令的整体判断逻辑对应的下一逻辑指令的连线箭头指令的条件跳转参数设为第一跳转值，终点用于连接到不满足条件分支指令的整体判断逻辑对应的下一逻辑指令的连线箭头指令的条件跳转参数设为第二跳转值；

9、配置生成模块读取通过配置界面选择的条件分支指令，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取设置的各个条件对应的参数、满足各个条件对应的判断逻辑的参数值以及该条件对应的参数与满足该条件对应的判断逻辑的参数值的逻辑关系，确定每个条件的判断逻辑；再通过读取各个条件之间的逻辑关系及所述设定延迟时间，结合每个条件的判断逻辑，得到用于控制当满足该条件分支指令的整体判断逻辑时跳转执行对应的控制指令且当满足该条件分支指令的整体判断逻辑时等待设定延迟时间后跳转执行对应的控制指令的控制指令；

10、配置生成模块读取通过配置界面选择的连线箭头指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式还包括：配置生成模块读取选择的起点位置在条件分支指令处的连线箭头指令的终点位置和条件跳转参数；根据条件跳转参数为第一跳转值的连线箭头指令的终点位置，得到用于控制在条件分支指令对应的控制指令的结果为满足的情况下，跳转执行该终点位置对应的控制指令的控制指令；根据条件跳转参数为第二跳转值的连线箭头指令的终点，得到用于控制在条件分支指令对应的控制指令的结果为不满足的情况下，跳转执行该终点位置对应的控制指令的控制指令；

11、条件等待指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输入端的标识设置的各个条件对应的参数、通过选择数据输入端的标识设置的或者用户根据需求设置的满足各个条件对应的判断逻辑的参数值、用户根据需求设置的满足该条件等待指令的整体判断逻辑后的设定持续时间、每个条件对应的参数与满足该条件对应的判断逻辑的参数值的逻辑关系以及各个条件之间的逻辑关系；

12、配置生成模块读取通过配置界面选择的条件等待指令，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取设置的各个条件对应的参数、满足各个条件对应的判断逻辑的参数值以及该条件对应的参数与满足该条件对应的判断逻辑的参数值，确定每个条件的判断逻辑；再通过读取各个条件之间的逻辑关系及整体判断逻辑对应的设定持续时间，结合每个条件的判断逻辑，得到用于控制当满足该条件等待指令的整体判断逻辑且持续时间达到设定持续时间时跳转执行下一控制指令的控制指令。

13、进一步地，管理指令包括启动指令、正常结束指令、返回指令和异常终止指令；通过配置界面选择所述启动指令的方式包括通过配置界面创建任务或任务对应的功能块自动选择；

14、配置生成模块读取通过配置界面选择的启动指令，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块读取通过配置界面选择的启动指令，得到用于控制该启动指令所对应的任务或任务对应的功能块处于开始执行状态的控制指令；

15、配置生成模块读取通过配置界面选择的正常结束指令，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块读取通过配置界面选择的正常结束指令，得到用于控制该正常结束指令所对应的任务或任务对应的功能块处于正常终止执行状态的控制指令；

16、配置生成模块读取通过配置界面选择的返回指令，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块读取通过配置界面选择的返回指令，得到用于控制该返回指令所对应的任务或任务对应的功能块处于退出执行状态的控制指令；

17、配置生成模块读取通过配置界面选择的异常终止指令，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块读取通过配置界面选择的异常终止指令，得到用于控制该异常终止指令所对应的任务或任务对应的功能块处于终止执行状态并输出故障码的控制指令。

18、进一步地，逻辑指令还包括延时指令；

19、延时指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输入端的标识或用户根据需求设置的延时时间值；

20、配置生成模块读取通过配置界面选择的延时指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取所述设置的延时时间值，得到用于控制等待该延时时间值后跳转执行下一控制指令的控制指令。

21、进一步地，逻辑指令还包括节点控制指令，节点控制指令包括遥控指令、遥调设置指令和挡位调节指令中的至少一个；遥控指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输出端的标识设置的遥控对象以及用户根据需求配置的遥控对象值；所述遥控对象值包括：持续打开操作对应的值及其持续时间的值、持续闭合操作对应的值及其持续时间的值、打开操作对应的值、闭合操作对应的值中的一种；

22、配置生成模块读取通过配置界面选择的遥控指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取设置的遥控对象与遥控对象值，得到用于控制设置的遥控对象输出与遥控对象值对应的操作的控制指令；

23、遥调设置指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输出端的标识设置的各个遥调对象，以及通过选择数据输出端的标识设置的或用户根据需求配置的遥调指令对应的各个遥调对象的遥调对象参数值；

24、配置生成模块读取通过配置界面选择的遥调设置指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取设置的该遥调设置指令对应的各个遥调对象和各个遥调对象的遥调对象参数值，得到用于控制遥调对象输出对应的遥调对象参数值的控制指令；

25、挡位调节指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输出端的标识设置的各个遥调对象以及用户根据需求配置的各个遥调对象步长值；

26、配置生成模块读取通过配置界面选择的挡位调节指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取各个遥调对象的调整步长与各个遥调对象的调整步长值，得到用于控制各个遥调对象按照所述调整步长值调节的控制指令。

27、进一步地，逻辑指令还包括用于进行输入数据的运算的运算指令；所述运算指令包括一元运算指令、二元运算指令和多元运算指令中的至少一个；

28、一元运算指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输入端的标识设置的或用户根据需求设置的输入参数、用户根据需求配置的一元运算符以及通过选择数据输出端的标识设置的输出参数；

29、配置生成模块读取通过配置界面选择的一元运算指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取所述输入参数、所述一元运算符与所述输出参数，得到用于控制将输入参数经过一元运算符运算的结果赋值给输出参数的控制指令；

30、二元运算指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输入端的标识设置的或用户根据需求设置的第一输入参数与第二输入参数，以及用户根据需求配置的第一输入参数与第二输入参数之间的二元运算符，以及通过选择数据输出端的标识设置的输出参数；

31、配置生成模块读取通过配置界面选择的二元运算指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取所述第一输入参数与第二输入参数、所述二元运算符以及所述输出参数，得到用于控制将第一输入参数与第二输入参数经过二元运算符运算的结果赋值给输出参数的控制指令；

32、多元运算指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输入端的标识设置的或根据该多元运算指令的需求设置的大于等于3个的输入参数、用户根据需求配置的各个输入参数之间的多元运算符，以及通过选择数据输出端的标识设置的输出参数；

33、配置生成模块读取通过配置界面选择的多元运算指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取各个输入参数、各个输入参数之间的多元运算符以及所述输出参数，得到用于控制将各个输入参数经过多元运算符运算的结果赋值给输出参数的控制指令。

34、进一步地，逻辑指令还包括用于在当前任务或当前任务对应的功能块中调用其他任务对应的功能块的功能块调用指令；

35、功能块调用指令对应的图元模板的配置参数包括：包含逻辑指令的任务对应的图元模板的所有配置参数；

36、配置生成模块读取通过配置界面选择的功能块调用指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取包含逻辑指令的任务对应的图元模板的配置参数，得到用于控制跳转执行该功能块调用指令对应的包含逻辑指令的任务对应的控制指令的控制指令。

37、进一步地，逻辑指令还包括逻辑功能元件指令；所述逻辑功能元件指令包括越上限告警功能指令、越下限告警功能指令和值异常功能指令中的至少一个；

38、越上限告警功能指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输入端的标识设置的监视参数、用户根据需求配置的监视参数对应的上限值与死区值以及用户根据需求配置的对监视参数的越上限判断的持续时间；

39、配置生成模块读取通过配置界面选择的越上限告警功能指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取所述监视参数、所述监视参数对应的上限值与死区值以及所述对监视参数的越上限判断的设定持续时间，得到用于控制当监视参数大于监视参数对应的上限值时，对监视参数进行越上限判断的控制指令；

40、越上限判断的方式包括：若监视参数持续大于监视参数对应的上限值与死区值之和且持续时间大于设定持续时间时输出越上限告警信号；越下限告警功能指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输入端的标识设置的监视参数、用户根据需求配置的监视参数对应的下限值与死区值以及用户根据需求配置的对监视参数的越下限判断的持续时间；

41、配置生成模块读取通过配置界面选择的越下限告警功能指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取设置的监视参数、监视参数对应的下限值与死区值以及对监视参数的越下限判断的设定持续时间，得到用于控制当监视参数小于监视参数对应的下限值时对监视参数进行越下限判断的控制指令；

42、对监视参数进行越下限判断的方式包括：若监视参数持续小于监视参数对应的下限值与死区值之差且持续时间大于设定持续时间时输出越下限告警信号；

43、值异常功能指令对应的图元模板的配置参数包括：通过选择数据输入端的标识设置的监视参数、用户根据需求配置的监视参数对应的上限值与对应的死区值、下限值与对应的死区值以及用户根据需求配置的对监视参数的值异常判断的持续时间；

44、配置生成模块读取通过配置界面选择的值异常功能指令及其配置参数的值，得到对应的控制指令的方式包括：配置生成模块通过读取设置的监视参数、监视参数对应的上限值与对应的死区值以及下限值与对应的死区值以及所述对监视参数的值异常判断的持续时间，得到用于控制当监视参数小于监视参数对应的下限值或大于监视参数对应的上限值时对监视参数进行越下限判断的控制指令；

45、对监视参数进行值异常判断的方式包括：若监视参数持续小于监视参数对应的下限值与对应的死区值之差且持续时间大于设定持续时间或者监视参数持续大于监视参数对应的上限值与对应的死区值之和且持续时间大于设定持续时间时输出值异常告警信号。

46、有益效果：本发明提供了一种新的基于边缘计算网关的设备自动控制系统，利用该系统中的配置界面展示预设的设备开关量与模拟量输入信号的数据输入端及其标识中的至少一种以及设备开关量与模拟量输出信号的数据输出端及其标识中的至少一种，能够使用户选择相应标识来配置接入该网关的设备的自动控制逻辑的输入和输出数据；配置界面还能够展示预设的不同用于控制包含逻辑指令的任务的执行状态的管理指令和包括用于利用输入数据进行条件判断和处理的条件指令和用于指示指令执行次序的连线箭头指令的逻辑指令对应的不同图元模板以及各个逻辑指令对应的图元模板的配置参数，使得用户能够通过选择相应图元模板并结合配置的输入和输出数据设置逻辑指令的配置参数的值来配置接入该网关的设备的自动控制逻辑流程；在此基础上，利用该系统中的配置生成模块读取配置界面选择的相应图元模板及其配置参数的值，能够得到用户通过图元模板配置的自动控制逻辑流程所对应的控制指令，也即将用户所进行的图元化形式的配置转化为边缘计算网关执行自动控制时可识别的形式，从而生成自动控制逻辑流程对应的配置文件；利用该系统中的通信管理模块采集自动控制逻辑的输入数据，利用该系统中的控制模块解析该配置文件，根据自动控制逻辑的输入数据运行该配置文件的控制指令，并按照自动控制逻辑的输出数据，通过通信管理模块向相应设备下发运行配置文件的控制指令时产生的操作指令，以指导受控设备做出符合逻辑控制算法要求的调节响应，即实现对该网关所连设备的控制；该基于边缘计算网关的设备自动控制系统使得包括有设备自动控制系统的边缘计算网关能够满足与各种类型的通信接口的智能设备进行通信的基础上，通过设备自动控制系统中的控制模块解析配置生成模块生成的配置文件对建立通信连接的智能设备进行数据采样与控制，由此解决了现有的由自身设备完成信号采集与设备控制的plc设备难以实现对目前的不提供io端口接入的智能设备的采样与控制的问题。

47、本发明还提供了一种边缘计算网关，所述边缘计算网关包括上述的基于边缘计算网关的设备自动控制系统。

48、进一步地，所述边缘计算网关还包括数据库模块，数据库模块包括历史数据库与实时数据库，历史数据库用于对所述开关量与模拟量输入信号的数据进行长期存储，实时数据库用于对所述开关量与模拟量输入信号的数据进行实时存储与刷新。

49、该边缘计算网关能够实现与上述基于边缘计算网关的设备自动控制系统一致的有益效果。