CN109491301A - 基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器，其中，逻辑控制装置分别连接数据采集装置、数据分析装置及互联网传输装置；数据采集装置在边缘侧采集设备数据；数据分析装置在边缘侧计算分析设备数据，得到分析结果；互联网传输装置用于上传分析结果，并且将控制信息传输到逻辑控制装置。通过将数据采集及分析放在靠近数据源的边缘侧，从而将运算也分散在边缘侧，解决了工业设备与云端的数据通路传输速率受限的问题，尤其是解决了由于传统PLC数据吞吐量差引起的网络堵塞、加工节拍慢、效率底下等现象，配合互联网传输装置实现了边缘计算与云计算的完美融合。

Description

基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器

技术领域

本申请涉及控制技术领域，特别是涉及基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器。

背景技术

智能制造是全球制造业发展趋势，不进则退；我国作为全球范围的制造业大国，智能制造转型尤为重要。智能制造本质是以工业数据为核心贯通工业制造全链条。从另外一个角度来看，未来社会所有的产业都是数据的产业，工业制造也不能例外。工业物联网(IIoT，亦称工业互联网)的一个最重要的趋势是越来越多的厂商注意到了边缘的重要性。在以前的IIoT结构中，IT端通常扮演着更为重要的角色，所有的数据分析、数据挖掘和数据决策都在云端完成，而设备端只是用来收集数据。因此，以往的工业物联网架构对设备端并没有特别高的要求。但对于工业设备而言，很多数据的分析和处理都具有实时性、低延迟的要求，例如协同、控制等时间敏感的信号，而数据与云端通信的低传输速度与带宽限制，是无法支持这些实时性的要求的。

因此，“边缘计算”的概念应运而生。边缘计算是指在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务。需要强调的是，真正适用于工业物联网的“边缘计算”设备并不仅仅是传统的控制器或者网关，而是需要满足3个必备能力：采集边缘数据、智能的运算能力和可操作的决策反馈。

首先，“边缘计算”设备也应该是边缘侧数据采集设备，数据采集是边缘计算的基础，从工业设备到消费电子，一切设备都是数据的来源。

其次，“边缘计算”设备需要有基于机器学习的智能运算能力，尤其是能够跨越边缘侧和云端提供智能化的运算能力。对于工业设备而言，工业物联网最重要的价值，在于根据收集到的数据分析设备的实际运行状态，通过预测性维护的手段，最大程度降低企业因为非预期停机造成的经济损失。但由于各个不同领域之间的异构性，我们难以用一套通用的分析算法运用到所有的工业设备中。因此，基于现场海量数据模型训练的机器学习成为了最佳的解决方案。良好的运算性能和数据管理，也是“边缘计算”设备的必要能力。

再次，“边缘计算”设备不仅仅是完成采集和运算，还需要提供可操作的决策反馈。管理层可以根据数据分析获得相关决策建议，由执行器或者设备本身直接完成决策过程。这就意味着边缘设备需要有连接至决策执行系统的开放性。

边缘计算将运算分散在靠近数据源的近端设备处理，分担云平台的工作量，具有更高的实时性、效率以及更低的延迟，随着汽车、工厂资产、医疗设备、机器人等工业设备连接数量的指数型增长，将会有越来越多的工业应用采用边缘计算。在未来，边缘计算将与云计算互相协同，共同助力各行各业的数字化转型。

但是在智能工业设备的边缘侧具体实现工业互联网智能控制器，尚未有相关解决方案。

发明内容

基于此，有必要提供一种基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器。

一种基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器，所述工业互联网智能控制器设置在智能工业设备的边缘侧；所述工业互联网智能控制器包括：逻辑控制装置、数据采集装置、数据分析装置及互联网传输装置；所述逻辑控制装置分别连接所述数据采集装置、所述数据分析装置及所述互联网传输装置；所述数据采集装置用于在边缘侧采集设备数据；所述数据分析装置用于在边缘侧根据所述设备数据计算分析所述设备数据，得到分析结果；所述互联网传输装置用于上传所述分析结果且接收控制信息，并且将所述控制信息传输到所述逻辑控制装置。

上述工业互联网智能控制器将数据采集及分析放在靠近数据源的边缘侧，从而将运算也分散在边缘侧，解决了工业设备与云端的数据通路传输速率受限的问题，尤其是解决了由于传统PLC数据吞吐量差引起的网络堵塞、加工节拍慢、效率底下等现象，配合互联网传输装置实现了边缘计算与云计算的完美融合，对于智能传输控制的业务可实现毫秒级延时，解决了工业设备智能化多维、异构、高安全的应用难点，在此基础上能够为智慧工业及智慧工厂提供整体信息化解决方案，适用于电子、医疗、半导体、包装、印刷、测量、塑料、冶金、纺织、服装、机器人等等各种工业自动化控制领域，也适用于智能生态环境、智慧矿山、智慧农业、智慧城市、智能电网等等控制领域。

在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置采用X86架构的CPU和芯片组作为系统处理器，及采用数字信号处理器和现场可编程门阵列作为运动控制协处理器。

在其中一个实施例中，所述数据分析装置设有数字量单元模块及/或模拟量单元模块。

在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置还用于配合三维模型进行位置、节拍及工艺验证。

在其中一个实施例中，所述互联网传输装置设有以太网连接模块，所述以太网连接模块用于通过以太网连接云平台且建立服务器并进行数据传输。

在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器还设置网络控制接口。

在其中一个实施例中，所述网络控制接口包括：USB、10M/100M自适应LAN、WIFI及/或COM。

在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器还设置编程语言函数库及/或共享函数库。

在其中一个实施例中，所述互联网传输装置还用于接收工控流程，传输到所述逻辑控制装置；

所述逻辑控制装置用于根据所述工控流程延时输出控制信号到所述智能工业设备。

在其中一个实施例中，所述互联网传输装置包括多源数据转换模块；所述多源数据转换模块包括前端框架模块、布局框架模块、任务调度模块、流程引擎模块、数据验证模块、缓存处理模块、数据连接池模块、数据持久化模块、安全架构模块、日志管理模块、工具池模块及大数据支持模块。

附图说明

图1为本申请一实施例的应用示意图。

图2为本申请一实施例的数字量单元模块的通用输入电路结构示意图。

图3为本申请一实施例的数字量单元模块的漏型输出电路结构示意图。

图4为本申请一实施例的数字量单元模块的继电器常开触点输出电路结构示意图。

图5为本申请一实施例的数字量单元模块的直流感性负载抑制电路结构示意图。

图6为本申请一实施例的工业互联网智能控制器的外形示意图。

图7为图6所示实施例的另一角度示意图。

图8为本申请一实施例的数字量单元模块的外形示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本申请一个实施例中，一种基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器，所述工业互联网智能控制器设置在智能工业设备的边缘侧；所述工业互联网智能控制器包括：逻辑控制装置、数据采集装置、数据分析装置及互联网传输装置；所述逻辑控制装置分别连接所述数据采集装置、所述数据分析装置及所述互联网传输装置；所述数据采集装置用于在边缘侧采集设备数据；所述数据分析装置用于在边缘侧根据所述设备数据计算分析所述设备数据，得到分析结果；所述互联网传输装置用于上传所述分析结果且接收控制信息，并且将所述控制信息传输到所述逻辑控制装置。上述工业互联网智能控制器将数据采集及分析放在靠近数据源的边缘侧，从而将运算也分散在边缘侧，解决了工业设备与云端的数据通路传输速率受限的问题，尤其是解决了由于传统PLC数据吞吐量差引起的网络堵塞、加工节拍慢、效率底下等现象，配合互联网传输装置实现了边缘计算与云计算的完美融合，对于智能传输控制的业务可实现毫秒级延时，解决了工业设备智能化多维、异构、高安全的应用难点，在此基础上能够为智慧工业及智慧工厂提供整体信息化解决方案，适用于电子、医疗、半导体、包装、印刷、测量、塑料、冶金、纺织、服装、机器人等等各种工业自动化控制领域，也适用于智能生态环境、智慧矿山、智慧农业、智慧城市、智能电网等等控制领域。

在其中一个实施例中，对于各实施例，所述工业互联网智能控制器设置在智能工业设备的边缘侧，即为所述工业互联网智能控制器就地采集和分析设备数据；在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器用于执行快速采集和分析计算的工业设备的设备数据，从而可以作为工业设备的控制中枢大脑。在其中一个实施例中，所述数据采集装置用于在边缘侧采集设备数据，即所述数据采集装置用于就地采集设备数据；所述数据分析装置用于在边缘侧根据所述设备数据计算分析所述设备数据，即所述数据分析装置用于就地分析所述设备数据，这样的设计，使得所述工业互联网智能控制器能够作为工业设备的控制中枢大脑，把大量的计算工作尤其是数据处理工作放在边缘侧完成，降低了数据传输量的需求，避免了数据吞吐量差导致的网络拥堵问题。

在其中一个实施例中，一种基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器如图1所示，所述工业互联网智能控制器100设置在智能工业设备200的边缘侧；所述工业互联网智能控制器包括：逻辑控制装置、数据采集装置、数据分析装置及互联网传输装置；所述逻辑控制装置分别连接所述数据采集装置、所述数据分析装置及所述互联网传输装置；所述数据采集装置近距连接智能工业设备200，所述数据分析装置分别连接所述数据采集装置及所述互联网传输装置。在其中一个实施例中，所述数据采集装置用于通过线缆连接智能工业设备。在其中一个实施例中，一种基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器，其包括以下实施例的部分结构或全部结构；即，所述工业互联网智能控制器包括以下的部分技术特征或全部技术特征。在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器配合WINCE、Linux或其他系统使用。

在其中一个实施例中，所述基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器，即所述工业互联网智能控制器，其设置在智能工业设备的边缘侧。这样的设计，实现了将PC技术与运动控制相结合，配合具体结构，解决了工业设备与云端的数据通路传输速率受限的问题，尤其是解决了由于传统PLC数据吞吐量差引起的网络堵塞、加工节拍慢、效率底下等现象。

在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器包括：逻辑控制装置、数据采集装置、数据分析装置及互联网传输装置；这样的设计，可以将智能工业设备的大量数据在现场或其附近即所述边缘侧进行计算和分析，极大程度地降低了需要与云端或者远程服务器相交互的数据量。从而能够适应工业云平台应用及数据应用特点，选择合适的技术框架进行平台开发，主要解决技术难点为实时性高、数据密集、高并发、安全等级高及结构化数据与非结构化数据并存融合。

在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置分别连接所述数据采集装置、所述数据分析装置及所述互联网传输装置；在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置采用X86架构的CPU和芯片组作为系统处理器，及采用数字信号处理器和现场可编程门阵列作为运动控制协处理器。在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置设有数字量单元模块及/或模拟量单元模块。在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置还用于配合三维模型进行位置、节拍及工艺验证。所述工业互联网智能控制器是智能控制技术与工业互联网技术相结合的产物。在其中一个实施例中，以X86架构的CPU和芯片组为系统处理器，采用高性能数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)和现场可编程门阵列(Field－Programmable GateArray，FPGA)作为运动控制协处理器。在其中一个实施例中，在配合固高科技运动控制器可以实现高性能多轴协调运动控制和高速点位运动控制的同时，实现普通PC机的所有基本功能，是嵌入式一体化数据采集专用控制器的一种解决方案，适用于电子、医疗、半导体、包装、印刷、测量、塑料、冶金、纺织、服装、机器人等等各种工业自动化控制领域，也适用于智慧水务、智慧矿山、智慧农业、智慧城市、智能电网等等控制领域。进一步地，在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器采用嵌入式系统与DSP数字信号处理器结合的预处理机制，密集高精度数据采集周期<＝250μs。

在其中一个实施例中，所述数据采集装置用于在边缘侧采集设备数据；在其中一个实施例中，所述数据采集装置用于在边缘侧对智能工业例如智能工厂各种设备的工作状态、工艺参数、执行动作、能耗等数据进行采集。进一步地，在其中一个实施例中，所述数据采集装置包括传感器及/或数据接收器，在其中一个实施例中，所述传感器包括视觉传感器例如摄像头等、温度传感器例如接触式或非接触式温度传感器例如红外传感器等、位置传感器例如触发结构等。这样可以实现基于控制技术和互联网技术的全互联工业互联网智能控制器，在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器通过在边缘侧的设备端控制传感层内置网络通讯模组与云平台进行信息交互，提供数据转换、清洗、压缩、加密、传输、存储、解析等数据采集技术，尤其适用于智能制造。

在其中一个实施例中，所述数据分析装置用于在边缘侧根据所述设备数据计算分析所述设备数据，得到分析结果；进一步地，在其中一个实施例中，所述数据分析装置用于通过机器学习方式，在边缘侧根据所述设备数据计算分析所述设备数据，得到分析结果；进一步地，在其中一个实施例中，所述数据分析装置用于将分析结果传送到所述逻辑控制装置。在其中一个实施例中，所述数据分析装置还连接所述互联网传输装置，所述数据分析装置用于将分析结果传送到所述互联网传输装置且通过所述互联网传输装置上传所述分析结果；在其中一个实施例中，通过所述互联网传输装置上传所述分析结果到云端或者远程服务器；进一步地，在其中一个实施例中，所述数据分析装置设有数字量单元模块及/或模拟量单元模块。

在其中一个实施例中，所述互联网传输装置用于上传所述分析结果且接收控制信息，并且将所述控制信息传输到所述逻辑控制装置。这样的设计，解决了工业设备智能化多维、异构、高安全的应用难点，通过研究对智能工厂各种设备的工作状态、工艺参数、执行动作、能耗等数据采集、分析、处理，对各种设备的控制中枢和传感系统的通讯协议进行研究，形成工业物联网设备智能互联、边缘计算、智能传输控制设计方法；通过研究智能工厂数据接入云平台及管理软件的通用性互连互通技术，研制出智能传输控制的业务毫秒级延时的边缘计算体系架构的终端硬件设备，能够实现对各种设备工作状态、执行动作，语音化信息集成等功能。进一步地，在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器采用基于物联网通用标准协议，与云平台实现实时数据交互，设备通讯相应时间<＝30ms。在其中一个实施例中，所述互联网传输装置设有以太网连接模块，所述以太网连接模块用于通过以太网连接云平台且建立服务器并进行数据传输。在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器基于嵌入式操作系统定制开发，在实际测试中，数据采集存储周期<＝1s，云后台实时数据流分析处理，1000并发数据处理周期<＝5ms。进一步地，在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器采用云计算技术进行分布式集群处理，按需响应推送设计，在大规模接入例如在线设备数<＝65536时，系统人机交互响应时间<＝5s。

在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器还设置网络控制接口。进一步地，在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置、所述数据采集装置及/或所述互联网传输装置设置所述网络控制接口；或者，所述逻辑控制装置、所述数据采集装置及/或所述互联网传输装置连接所述网络控制接口。在其中一个实施例中，所述数据采集装置通过所述网络控制接口接收设备数据。在其中一个实施例中，所述互联网传输装置通过所述网络控制接口传输所述分析结果及所述控制信息。在其中一个实施例中，所述网络控制接口包括：USB、10M/100M自适应LAN、WIFI及/或COM。这样的设计，所述工业互联网智能控制器可提供计算机常见如USB、10M/100M自适应LAN、WIFI、COM(cluster communication port，串行通讯端口)等网络控制接口。在其中一个实施例中，工业互联网智能控制器的外形如图6及图7所示，其中的网络控制接口包括多个USB、一个LAN、WIFI及多个COM等。

在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器还设置编程语言函数库及/或共享函数库。在其中一个实施例中，所述共享函数库为Windows动态链接库(Dynamic LinkLibrary，DLL)。进一步地，在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器设置函数库模块，所述函数库模块用于存储所述编程语言函数库及/或所述共享函数库。在其中一个实施例中，所述函数库模块与所述数据分析装置及/或所述逻辑控制装置连接。在其中一个实施例中，所述函数库模块通过所述逻辑控制装置与所述互联网传输装置连接。在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器提供C语言函数库和Windows动态链接库，实现复杂的控制功能。这样的设计，用户能够将这些控制函数与已有控制系统所需的数据处理、界面显示、用户接口等应用程序模块集成在一起，建造符合特定应用要求的控制系统，以适应各种应用领域的要求。上述实施例中，所述工业互联网智能控制器要求具有C语言或Windows下使用动态链接库的编程经验。

在其中一个实施例中，所述互联网传输装置还用于接收工控流程，传输到所述逻辑控制装置；所述逻辑控制装置用于根据所述工控流程延时输出控制信号到所述智能工业设备。进一步地，在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器可内嵌Triton软件，可以快速地与固高私有云平台连接，搭建FTP服务器，Web服务器，OPC服务器；通过EtherNet上传、下载程序；DHCP支持远程访问、调试、控制，轻松实现与移动互联网集成应用。进一步地，在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器设有或连接有开发平台，所述开发平台符合IEC61131-1国际标准，具有丰富的行业专家知识库，大幅缩短客户二次开发时间提供6种编程语言：结构文本(ST)、指令表(IL)、顺序流程图(SFC)、功能框图(FBD)、梯形图(LD)、连续功能编辑器(CFC)。在其中一个实施例中，所述Triton软件设备连接客户端，其核心功能为提供端到云的设备连接通道及设备管理列表，解决数据源的问题，是云平台的基础。除通讯模组与云端数据通道外，也兼容常见工业总线协议。在其中一个实施例中，所述互联网传输装置包括多源数据转换模块；所述多源数据转换模块包括前端框架模块、布局框架模块、任务调度模块、流程引擎模块、数据验证模块、缓存处理模块、数据连接池模块、数据持久化模块、安全架构模块、日志管理模块、工具池模块及大数据支持模块。在其中一个实施例中，所述前端框架模块采用AngularJS实现，所述布局框架模块采用Bootstrap实现，所述任务调度模块采用Spring Task实现，所述流程引擎模块采用Activiti实现，所述数据验证模块采用Hibernate Validator实现，所述缓存处理模块Ecache/Redis采用实现，所述数据连接池模块采用Alibaba Druid实现，所述数据持久化模块采用Hibernate实现，所述安全架构模块采用Apache Shiro实现，所述日志管理模块采用SLF4J/Log4j实现，所述工具池模块采用Apache Commons/Jackson/Xstream/Dozer/POI实现，及/或所述大数据支持模块采用Hadoop/Spark实现。

进一步地，在其中一个实施例中，所述工业互联网智能控制器设有定位装置，所述定位装置连接所述逻辑控制装置；或者，所述定位装置分别连接所述数据采集装置、所述数据分析装置、所述逻辑控制装置及所述互联网传输装置；在其中一个实施例中，所述定位装置连接所述逻辑控制装置且通过所述逻辑控制装置连接所述数据采集装置、所述数据分析装置及所述互联网传输装置。在其中一个实施例中，所述定位装置包括GPS定位装置或者BDS定位装置或者WIFI定位装置等。这样的设计，配合解决设备与云端的数据通路，还能够结合设备管理功能，开发物理信息系统例如CPS模块，为智慧工业或智慧工厂等提供整体信息化解决方案。

下面简单说明所述工业互联网智能控制器的硬件规格，如下表1所示。

表1

其中，控制器的LAN接口为10M/100M自适应网口；RS232和RS485通道只能同时支持一个，可通过配置寄存器进行切换，默认为RS232。

在其中一个实施例中，数字量单元模块的规格如下表2所示，在其中一个实施例中，数字量单元模块外形如图8所示，其具有引脚1至引脚22。

表2

其中，通用输入导通和关断电压指的是通用输入点电压和IO24V之间的电压差，电压差≤5V，内部光耦导通，输入有效。在使用感性负载时，要加入抑制电路来限制输出关断时电压的升高。抑制电路可以保护输出点不至于因为高感抗开关电流而过早的损坏。另外，抑制电路还可以限制感性负载开关时产生的电子噪声。通用输出感性负载电流大于200mA，建议增加续流二极管。在大多数应用中，DTD类型输出负载抑制电路的一个实例，用附加二极管A(IN4001二极管或类型器件)即可，但如果应用中要求更快的关断速度，则可加上齐纳二极管B例如8.2V齐纳二极管。确保齐纳二极管能够满足输出电路的电流要求。其中，DTD类型输出中的直流感性负载抑制电路如图5所示。

在其中一个实施例中，模拟量单元模块的规格如下表3所示。

表3

在其中一个实施例中，网络控制接口的设置如下表4所示。

位置标号	接口标识	功能
			1	POWER	系统供电电源接口
2	RS232/RS485	多功能串口RS232或RS485(同时只支持一个)
			3	eHMI	千兆网人机界面接口
4	LAN	以太网接口
			5	系统指示灯	系统电源指示灯、系统信息及用户定义信息指示灯
6	USB1、USB2、USB3	USB接口1、USB接口2、USB接口3
			7	DTD010808	数字量(晶体管输出)单元模块接口及指示灯
8	DRA010808	数字量(继电器输出)单元模块接口及指示灯
			9	A12010404	模拟量单元模块接口及指示灯

表4

在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置设有电源开关、核心板及复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)或所述逻辑控制装置还设有电源开关、核心板及CPLD；在其中一个实施例中，所述电源开关连接所述核心板，用于接入供电；所述核心板连接CPLD，用于发送看门狗(watchdog timer，WDT)复位信号给CPLD；CPLD连接所述电源开关；CPLD于其中设置看门狗模块，所述看门狗模块用于超时未接收所述看门狗复位信号时输出重启信号到所述电源开关以进行核心板断电重启。这样的设计，基于CPLD而实现，属于外置看门狗，但其无需采用专用看门狗芯片，能用软件实现硬件功能，功能设计灵活且易于调整运行参数，克服了传统外置看门狗存在参数设置不灵活、使用步骤复杂，无法设置多个时间周期等问题，有助于提升产品长期运行的稳定性。

在其中一个实施例中，所述核心板设有CPU或MCU，在其中一个实施例中，所述核心板设有数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)芯片。在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置还包括电源管理芯片或电源管理模块，CPLD通过所述电源管理芯片或所述电源管理模块连接所述电源开关。及/或，在其中一个实施例中，所述电源开关用于连接5V电源。在其中一个实施例中，所述核心板用于采用边沿喂狗方式发送所述看门狗复位信号。采用边沿喂狗方式在状态机的设计中有利于减少状态数量，从而节省CPLD的相关资源。在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置或所述核心板设有LED指示单元，所述LED指示单元用于在所述看门狗模块进行核心板断电重启时进行闪烁。在其中一个实施例中，所述LED指示单元连接所述看门狗模块或CPLD。这样可以在核心板断电重启时提醒在场的工作人员。进一步地，在其中一个实施例中，所述LED指示单元的闪烁次数或闪烁频率根据所述核心板断电重启次数设置；在其中一个实施例中，所述核心板断电重启次数越多，所述LED指示单元的闪烁次数越多或闪烁频率越高，在其中一个实施例中，所述LED指示单元的发光颜色根据所述核心板断电重启次数设置，在其中一个实施例中，根据所述核心板断电重启次数预定义所述LED指示单元的发光颜色。这样，有利于管理人员直观地看到断电重启指示，从而及时了解问题，进而及时作出反应如诊断系统或控制器的工作状况以及现场信息等。进一步地，在其中一个实施例中，所述核心板设有信息输出模块，所述信息输出模块用于在所述看门狗模块进行核心板断电重启时输出信息到目标终端设备。在其中一个实施例中，所述目标终端设备为管理人员的手机。在其中一个实施例中，所述信息输出模块用于在所述看门狗模块进行核心板断电重启时以无线传输方式输出信息到目标终端设备。这样可以在核心板断电重启时提醒管理人员，从而提升发现及解决问题的工作效率，进而提升产品长期运行的稳定性。

进一步地，在其中一个实施例中，所述电源开关为电控开关或复位开关。这样的设计，能够通过CPLD的看门狗模块控制所述电源开关，从而控制所述核心板的重启。在其中一个实施例中，CPLD于其剩余资源中设置所述看门狗模块。这样的设计，一方面可节省专用的看门狗芯片，降低了产品成本，另一方面有利于资源节约利用，再一方面还具有方便控制的技术效果。进一步地，在其中一个实施例中，所述看门狗模块连接所述电源开关。进一步地，在其中一个实施例中，所述看门狗模块通过所述电源管理芯片或所述电源管理模块连接所述电源开关。与传统技术不同的是，本申请各实施例的看门狗基于纯CPLD实现，并非如传统技术一般采用CPLD去喂狗，因此在时间上灵活性很高，可以实现从纳秒(ns)级到天(day)级的喂狗周期。并且，对于看门狗模块通过电源管理芯片或模块连接电源开关的相关实施例，看门狗的输出是直接同电源管理相关模块连接，能复位整个系统，并非核心板或单个芯片，这是一个极大的优点，使得整个系统也能够实现防呆效果。进一步地，在其中一个实施例中，CPLD还设有连接所述看门狗模块的周期动态调整模块，所述周期动态调整模块用于在所述看门狗模块输出重启信号到所述电源开关以进行核心板断电重启时，根据所述核心板的重启时间，临时调整一次所述看门狗模块的周期，即所述超时的周期，亦即其他实施例中的周期计数单元的周期，在其中一个实施例中，所述周期动态调整模块用于临时延长一次所述看门狗模块的周期。在其中一个实施例中，所述周期动态调整模块用于临时延长一次所述看门狗模块的周期，之后恢复原先的周期。在其中一个实施例中，所述周期动态调整模块用于将所述看门狗模块的周期由60秒临时延长一次到120秒，之后恢复原先的周期即60秒。这样的设计，可以解决有些核心板启动较慢而有些看门狗模块的超时判定较快所形成的矛盾问题。

在其中一个实施例中，所述看门狗模块用于接收所述看门狗复位信号输出使能信号到所述电源开关，且超时未接收所述看门狗复位信号时输出重启信号到所述电源开关以进行核心板断电重启。即，所述看门狗模块用于在一定时间范围内判断接收到所述看门狗复位信号时，则输出使能信号到所述电源开关，不对所述电源开关进行开关操作，在一定时间范围内判断未接收到所述看门狗复位信号时，则输出重启信号到所述电源开关，对所述电源开关进行开关操作以进行核心板断电重启。看门狗模块的作用是核心板及时发送看门狗复位信号进行“喂狗”则在复位脉冲发出前对定时器进行清零处理亦使得当前周期看门狗失效，否则看门狗发挥作用，输出重启信号到所述电源开关，以进行核心板断电重启在其中一个实施例中，所述重启信号为脉冲信号。在其中一个实施例中，所述看门狗模块设置时钟分频单元、复位逻辑单元、周期计数单元、看门狗复位信号接收单元、溢出计时计数单元；所述时钟分频单元分别连接所述复位逻辑单元、所述周期计数单元及所述溢出计时计数单元；所述看门狗复位信号接收单元连接所述溢出计时计数单元；所述周期计数单元连接所述复位逻辑单元。在其中一个实施例中，一种基于CPLD的逻辑控制装置，其包括电源开关、核心板及CPLD；所述电源开关连接所述核心板，用于接入供电；所述核心板连接CPLD，用于发送看门狗复位信号给CPLD；CPLD连接所述电源开关；CPLD于其中设置看门狗模块，所述看门狗模块用于超时未接收所述看门狗复位信号时输出重启信号到所述电源开关以进行核心板断电重启，所述看门狗模块设置时钟分频单元、复位逻辑单元、周期计数单元、看门狗复位信号接收单元、溢出计时计数单元；所述时钟分频单元分别连接所述复位逻辑单元、所述周期计数单元及所述溢出计时计数单元；所述看门狗复位信号接收单元连接所述溢出计时计数单元；所述周期计数单元连接所述复位逻辑单元；其余实施例以此类推。进一步地，在其中一个实施例中，所述看门狗模块设置时钟分频单元、复位逻辑单元、周期计数单元、看门狗复位信号接收单元、溢出计时计数单元；所述时钟分频单元分别连接所述复位逻辑单元、所述周期计数单元及所述溢出计时计数单元，所述时钟分频单元用于接收时钟信号且进行分频，分别发送给所述复位逻辑单元、所述周期计数单元及所述溢出计时计数单元；所述看门狗复位信号接收单元连接所述溢出计时计数单元，所述看门狗复位信号接收单元用于接收所述看门狗复位信号且根据所述看门狗复位信号控制所述溢出计时计数单元；所述周期计数单元连接所述复位逻辑单元，所述周期计数单元用于周期接收看门狗关闭信号，周期输出关闭状态信号，且发送给所述复位逻辑单元；所述复位逻辑单元还用于接收强制关闭信号及/或强制复位信号，输出所述看门狗复位信号。

进一步地，在其中一个实施例中，周期计数单元的周期根据所述核心板的需求而设置；进一步地，在其中一个实施例中，周期计数单元的周期为128秒、60秒、30秒或者10秒，CPLD中设置看门狗模块使得调节此周期非常方便。通常地，对于长期稳定运行需求尤其是周期性要求越高的产品，该周期计数单元的周期越短，必须保证长期稳定运行，避免发生意外。在其中一个实施例中，CPLD还设有连接所述看门狗模块的周期设置模块，所述周期设置模块用于设置所述看门狗模块的计数周期以调整所述超时，亦即所述周期设置模块用于设置所述看门狗模块的计数周期以调整所述超时相对应的周期。这样的设计，可以方便地设置或者调整所述看门狗模块的周期。在其中一个实施例中，所述看门狗模块还用于在进行核心板断电重启时发送计数信号给CPLD的寄存器，所述寄存器用于存储核心板断电重启次数。或者，CPLD设有日志记录模块，所述看门狗模块连接所述日志记录模块，所述看门狗模块还用于在进行核心板断电重启时发送计数信号给所述日志记录模块。这样与传统技术不同的设计，在一定的运行时间后，管理人员可以方便地检查核心板断电重启次数，这是传统的看门狗所无法实现的。进一步地，在其中一个实施例中，所述核心板还连接所述寄存器；所述信息输出模块用于将所述寄存器中的核心板断电重启次数输出到目标终端设备。在其中一个实施例中，所述信息输出模块用于定时将所述寄存器中的核心板断电重启次数输出到目标终端设备。在其中一个实施例中，所述信息输出模块用于定时将所述寄存器中的核心板断电重启次数以无线传输方式输出到目标终端设备。在其中一个实施例中，所述信息输出模块用于实时将所述寄存器中的核心板断电重启次数以无线传输方式输出到目标终端设备，即每次重启时将所述寄存器中的核心板断电重启次数进行更新且以无线传输方式输出到目标终端设备。或者，在其中一个实施例中，所述核心板还连接所述日志记录模块；所述信息输出模块用于将所述日志记录模块中的核心板断电重启次数输出到目标终端设备。在其中一个实施例中，所述信息输出模块用于定时将所述日志记录模块中的核心板断电重启次数输出到目标终端设备。在其中一个实施例中，所述信息输出模块用于定时将所述日志记录模块中的核心板断电重启次数以无线传输方式输出到目标终端设备。在其中一个实施例中，所述信息输出模块用于实时将所述日志记录模块中的核心板断电重启次数以无线传输方式输出到目标终端设备。这样的设计，一方面基于纯CPLD尤其是其剩余资源实现看门狗，并非传统技术用CPLD去喂狗，另一方面具有日志功能，在CPLD而不是CPLD之外保留复位次数信息，这也是本申请相关实施例与传统技术的一项重要差异，进一步地，在其中一个实施例中，所述信息输出模块通过API(Application Programming Interface，应用程序编程接口)将所述寄存器或所述日志记录模块中的所述核心板断电重启次数输出到目标终端设备。在其中一个实施例中，所述信息输出模块通过API将所述寄存器或所述日志记录模块中的所述核心板断电重启次数定时或实时地输出到目标终端设备。这样，有利于管理人员及时发现问题，从而及时诊断系统或控制器的工作状况以及现场信息。进一步地，在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置或CPLD设置信息传输模块，所述信息传输模块用于接收远程信号，所述逻辑控制装置根据所述远程信号设置或调整CPLD的参数，或者CPLD根据所述远程信号设置或调整自身的参数；在其中一个实施例中，所述参数包括复位时间即复位周期或称为喂狗周期等。在其中一个实施例中，所述信息传输模块还用于发送所述核心板断电重启次数如发送到云端或目标管理终端等。在其中一个实施例中，通过以太网或者云端发送远程信号，所述信息接收模块接收远程信号，这样的设计，实现了远程喂狗周期重配及/或远程状态监控等。进一步地，在其中一个实施例中，所述逻辑控制装置或CPLD设置连接所述信息传输模块的故障检测模块，所述故障检测模块用于根据所述信息传输模块所接收的远程信号，进行故障检测得到检测结果，且通过所述信息传输模块发送所述检测结果如发送到云端或目标管理终端等。这样的设计，实现了远程故障检测。在一个具体应用的实施例中，所述逻辑控制装置当核心板或其CPU意外死机可以自动恢复，看门狗即所述看门狗模块功能灵活，通过设置看门狗周期，CPU在看门狗周期内执行喂狗指令，如果CPU由于意外情况在看门狗周期内没有执行喂狗指令，看门狗判定CPU需要重启，CPLD将对CPU核心板断电重启。相比于传统的硬件看门狗，本申请各实施例的设计，不仅可以通过指令灵活设置看门狗周期，而且可以通过指令查看看门狗执行了多少次核心板断电重启，也可以LED闪烁的形式显示断电重启状态，给客户直观的问题判断依据。

下面继续从智能工业设备的角度说明所述工业互联网智能控制器。

智能设备层：工厂中绝大部分的制造设备都具有联网能力，既能够从设备内部对外输送有效设备数据，也能够接收来自于外部的数据，并且设备能够对这些数据(或者可称之为命令、指令或控制信息等)能够作出响应。

基础支撑层：处于物理世界与非物理世界之间，用于连接设备和应用系统，并完成双向的数据交换，在这个意义来看，基础支撑层是“数据交换层”；除此以外，所有的软件系统都需要运行环境，包括了数据库，应用服务，网络服务等；此外，不同的应用系统还需要不同的服务器资源，因此除了解决数据交换的问题以外，还需要解决资源分配的问题。从这个意义来看，它是“运行环境层”。将这两个层次融合在一起，通过云计算等先进技术，实现动态资源分配，保证了系统与系统，系统与设备间的数据交互，也保证了各类信息系统的正常运行；最后，这里是所有系统数据、设备数据的共同通道，因此该层还需要承担“大数据”的数据持久作用，将所有有用的数据按时间序列或按事件完整地记录下来，交由专业数据分析或挖掘工具加以利用。此层在智能工厂的实施过程中，扮演着至关重要的作用。

智能应用层：处于架构的最上层，所有系统应用运行于“基础支撑层”之上，根据企业的不同需要实施不同的信息系统，并通过“基础支撑层”打通异构系统，最终能在工厂制造的各方各面形成信息闭环，实现信息化驱动自动化，自动化反馈信息化，从而实现智能工厂。

下面再给出一个具体应用的实施例，工业互联网智能控制器设有外壳体，所述外壳体为卧式、书本式或卡片式，逻辑控制装置、数据采集装置、数据分析装置设置在所述外壳体的内腔中；互联网传输装置也设置在所述外壳体的内腔中且互联网传输装置的网络控制接口设置在所述外壳体的开槽中。

需要说明的是，本申请的其它实施例还包括，上述各实施例中的技术特征相互组合所形成的、能够实施的基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器，实现了边缘计算与云计算的完美融合，可以采用云端配置流程然后下发工业现场进行低延时执行，使得数据可控、可视化程度高；还可以采用三维模型结合控制器进行节拍、工艺等验证，减少系统设计风险；对于工业机器人应用，可以对机器人位置数据进行大数据分析处理，研究机器人控制系统与机器人本体设计，例如改变汽车领域的大型机器人应用在3C制造产线时，由于运动范围的变化引起1、2轴电机烧损的现象，通过分析位置数据优化本体及控制系统，制造面向3C领域的专属机器人。并且解决了传统PLC由于数据吞吐量差引起的网络堵塞、加工节拍慢、效率底下等现象，用CPS架构设计，解决传统遗留问题，更向着信息化、智慧化靠近。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于边缘计算体系架构的工业互联网智能控制器，其特征在于，所述工业互联网智能控制器设置在智能工业设备的边缘侧；

所述工业互联网智能控制器包括：逻辑控制装置、数据采集装置、数据分析装置及互联网传输装置；

所述逻辑控制装置分别连接所述数据采集装置、所述数据分析装置及所述互联网传输装置；

所述数据采集装置用于在边缘侧采集设备数据；所述数据分析装置用于在边缘侧根据所述设备数据计算分析所述设备数据，得到分析结果；

所述互联网传输装置用于上传所述分析结果且接收控制信息，并且将所述控制信息传输到所述逻辑控制装置。

2.根据权利要求1所述工业互联网智能控制器，其特征在于，所述逻辑控制装置采用X86架构的CPU和芯片组作为系统处理器，及采用数字信号处理器和现场可编程门阵列作为运动控制协处理器。

3.根据权利要求1所述工业互联网智能控制器，其特征在于，所述数据分析装置设有数字量单元模块及/或模拟量单元模块。

4.根据权利要求1所述工业互联网智能控制器，其特征在于，所述逻辑控制装置还用于配合三维模型进行位置、节拍及工艺验证。

5.根据权利要求1所述工业互联网智能控制器，其特征在于，所述互联网传输装置设有以太网连接模块，所述以太网连接模块用于通过以太网连接云平台且建立服务器并进行数据传输。

6.根据权利要求1所述工业互联网智能控制器，其特征在于，所述工业互联网智能控制器还设置网络控制接口。

7.根据权利要求6所述工业互联网智能控制器，其特征在于，所述网络控制接口包括：USB、10M/100M自适应LAN、WIFI及/或COM。

8.根据权利要求1所述工业互联网智能控制器，其特征在于，所述工业互联网智能控制器还设置编程语言函数库及/或共享函数库。

9.根据权利要求1所述工业互联网智能控制器，其特征在于，所述互联网传输装置还用于接收工控流程，传输到所述逻辑控制装置；

所述逻辑控制装置用于根据所述工控流程延时输出控制信号到所述智能工业设备。

10.根据权利要求1至9中任一项所述工业互联网智能控制器，其特征在于，所述互联网传输装置包括多源数据转换模块；

所述多源数据转换模块包括前端框架模块、布局框架模块、任务调度模块、流程引擎模块、数据验证模块、缓存处理模块、数据连接池模块、数据持久化模块、安全架构模块、日志管理模块、工具池模块及大数据支持模块。