CN110113827A - 基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控方法，其特征在于：在联控机电设备的控制器中接入无线网关，控制器通过无线网关与无线基站无线连接；在所述无线基站中设有边缘计算网关，边缘计算网关与无线基站有线连接，所述边缘计算网关与云服务器无线连接；形成机电设备联控系统；将控制器与无线网关连接形成控制器与无线网关全双工通讯结构；无线网关与无线基站通过无线方式半双工通讯或者全双工通讯，无线基站可以与信号覆盖范围内的所有无线网关通讯，无线基站与无线网关的通讯报文加密传输；由边缘计算网关直接控制无线基站收发数据，与无线基站下的各个无线网关半双工通讯或者全双工通讯。具有调试周期短和成本低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控方法，尤其是适用于空气压缩机的联控解决方法。属于设备控制器技术领域。
背景技术
空气压缩机既是一种用以压缩气体的设备，也是一种将电动机的机械能转换成气体压力势能的装置，也是压缩空气的气压发生装置。目前使用的空气压缩机包括往复活塞式结构的空气压缩机、旋转叶片式空气压缩机或旋转螺杆式空气压缩机。空气压缩机是不少企业主要的机械动力设备之一，在工业中应用十分广泛，也是主要的耗能设备。为了降低空气压缩机的能耗，合理的分配各个空气压缩机的加载时间，必须将各台空气压缩机联合起来控制，严格的控制各台空气压缩机的启停顺序和启动参数。现有技术中，一般采用传统的联控方案，虽然具有实现机器自动启停、减少操作员等特点，但仍然存在联控系统安装调试周期长、成本高和能耗大等问题。
发明内容
本发明的目的，是为了解决现有机电设备联控存在联控系统安装调试周期长、成本高和能耗大等问题，提供一种基于无线通讯和边缘计算的机电设备联控方法。具有联控系统安装调试周期短、成本低和节能环保等突出的实质性特点和显著进步。
本发明的目的可以通过采取以下技术方案实现：
基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控方法，其特征在于：
1)在联控机电设备的控制器中接入无线网关，所述控制器通过无线网关与无线基站无线连接；在所述无线基站中设有边缘计算网关，所述边缘计算网关与无线基站有线连接，所述边缘计算网关与云服务器无线连接；形成机电设备联控系统；
2)将所述控制器与无线网关连接形成控制器与无线网关全双工通讯结构；所述无线网关与无线基站通过无线方式半双工通讯或者全双工通讯，所述无线基站可以与信号覆盖范围内的所有无线网关通讯，无线基站与无线网关的通讯报文加密传输；由所述边缘计算网关直接控制无线基站收发数据，与无线基站下的各个无线网关半双工通讯或者全双工通讯；
3)无线网关将采集的数据通过无线基站上传到边缘计算网关，边缘计算网关将无线网关采集的数据分析处理后本地显示出来并存储，同时也将采集的数据上传给云服务器；
4)边缘计算网关内置有基本的联控控制算法，在首次使用时保证连控制系统能正常的运行，在边缘计算网关连接上云服务器后，边缘计算网关根据用户在边缘计算网关上设置的系统运行参数，向云服务器请求获取最优的节能联控控制算法，云服务器收到这个请求后，根据用户设置的系统运行参数及系统中各设备的额定参数计算生成最优的节能联控控制算法，云服务器将生成的节能联控控制算法发送给边缘计算网关，边缘计算网关接收到云服务器的控制算法后在本地运行该控制算法，实现了控制算法的更新；边缘计算网关在本地对各个无线网关上传的数据进行分析处理，然后根据控制算法下发命令控制各台机器协调的运行；完成基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控控制。
本发明的目的还可以通过采取以下技术方案实现：
进一步地，联控机电设备的用户用手机APP与边缘计算网关和云服务器连接，以使用户能在APP或者后台网页上实时修改联控系统的系统运行参数；云服务器收到用户的请求后，根据用户设置的系统运行参数及系统中各机电设备的额定参数计算生成最优的节能联控控制算法，云服务器将生成的节能联控控制算法发送给边缘计算网关，边缘计算网关接收到云服务器的控制算法后在本地运行该控制算法，以实现控制算法的更新。
进一步地，将所有机电设备、传感器等组网接入到边缘计算网关，将所有的设备数据、传感器数据等自动采集到边缘计算网关，根据预设的系统运行参数，将采集回的数据分析处理后反馈到机电设备控制，以控制各机电设备运行在设定的合适状态。
进一步地，边缘计算网关与云服务器通过因特网进行通讯，以将边缘计算网关本地数据上传到云服务器；云服务器对边缘计算网关上传的数据进行分析处理，将机电设备状及实时数据更新到用户APP上、后台网页上，以使用户能在APP和后台网页上修改联控系统运行参数，云服务器收到用户修改后的系统运行参数后，会自动计算出当前参数下最优的节能控制算法，通过因特网将算法发送给边缘计算网关，边缘网关接收到云服务器下发的控制算法后更新控制算法；以提高各个机电设备的运行效率。
进一步地，在机电设备控制器旁安装一个无线网关接点，所述无线网关节点与机电设备控制器通过有线连接进行双向通讯，以免除各个机电设备控制器连接边缘计算网关的通讯线，从而降低现场安装施工的难度、加快施工进度和降低施工人工成本、材料成本。
进一步地，无线网关节点带有I/O输入输出功能，以方便采集外部模拟量及数字量、通过I/O输出实现控制器的手动开关机、急停功能。
本发明具有如下突出的实质性特点和技术进步：
1、本发明由于在联控机电设备的控制器中接入无线网关，所述控制器通过无线网关与无线基站无线连接；在所述无线基站中设有边缘计算网关，所述边缘计算网关与无线基站有线连接，所述边缘计算网关与云服务器无线连接；形成机电设备联控系统；边缘计算网关内置有基本的联控控制算法，在首次使用时保证连控制系统能正常的运行，在边缘计算网关连接上云服务器后，边缘计算网关根据用户在边缘计算网关上设置的系统运行参数，向云服务器请求获取最优的节能联控控制算法，云服务器收到这个请求后，根据用户设置的系统运行参数及系统中各设备的额定参数计算生成最优的节能联控控制算法，云服务器将生成的节能联控控制算法发送给边缘计算网关，边缘计算网关接收到云服务器的控制算法后在本地运行该控制算法，实现了控制算法的更新；边缘计算网关在本地对各个无线网关上传的数据进行分析处理，然后根据控制算法下发命令控制各台机器协调的运行；完成基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控控制；因此能够解决现有机电设备联控存在联控系统安装调试周期长、成本高和能耗大等问题，具有联控系统安装调试周期短、成本低和节能环保等突出的实质性特点和显著进步。
2、本发明可以使各个机电设备控制器不再需要拉通讯线到边缘计算网关，只需在机电设备控制器旁安装一个无线网关节点，无线网关节点与机电设备控制器采用有线连接进行双向通讯，这样极大的降低了现场安装施工的难度，加快施工进度，从而降低施工人工成本与材料成本。
3、本发明具有方便快速的将现有机电设备接入本地联控系统、本地系统接入工业物联网系统，帮助工厂提升机器的运行效率、节能、减人、实现数据本地采集处理后上传云端，云端系统离线时本地边缘计算网关能根据云端预先下发的控制算法托管整套联控系统、保障联控系统的稳定运行等特点。
附图说明
图1为基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控解决方案框图。
图2为传统机电设备联控系统框图。
具体实施方式
参照图1，本实施例涉及的基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控方法，其特征在于：
1)在联控机电设备的控制器中接入无线网关，所述控制器通过无线网关与无线基站无线连接；在所述无线基站中设有边缘计算网关，所述边缘计算网关与无线基站有线连接，所述边缘计算网关与云服务器无线连接；形成机电设备联控系统；
2)将所述控制器与无线网关连接形成控制器与无线网关全双工通讯结构；所述无线网关与无线基站通过无线方式半双工通讯或者全双工通讯，所述无线基站可以与信号覆盖范围内的所有无线网关通讯，无线基站与无线网关的通讯报文加密传输；由所述边缘计算网关直接控制无线基站收发数据，与无线基站下的各个无线网关半双工通讯或者全双工通讯；
3)无线网关将采集的数据通过无线基站上传到边缘计算网关，边缘计算网关将无线网关采集的数据分析处理后本地显示出来并存储，同时也将采集的数据上传给云服务器；
4)边缘计算网关内置有基本的联控控制算法，在首次使用时保证连控制系统能正常的运行，在边缘计算网关连接上云服务器后，边缘计算网关根据用户在边缘计算网关上设置的系统运行参数，向云服务器请求获取最优的节能联控控制算法，云服务器收到这个请求后，根据用户设置的系统运行参数及系统中各设备的额定参数计算生成最优的节能联控控制算法，云服务器将生成的节能联控控制算法发送给边缘计算网关，边缘计算网关接收到云服务器的控制算法后在本地运行该控制算法，实现了控制算法的更新；边缘计算网关在本地对各个无线网关上传的数据进行分析处理，然后根据控制算法下发命令控制各台机器协调的运行；完成基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控控制。
本实施例中：
联控机电设备的用户用手机APP与边缘计算网关和云服务器连接，以使用户能在APP或者后台网页上实时修改联控系统的系统运行参数；云服务器收到用户的请求后，根据用户设置的系统运行参数及系统中各机电设备的额定参数计算生成最优的节能联控控制算法，云服务器将生成的节能联控控制算法发送给边缘计算网关，边缘计算网关接收到云服务器的控制算法后在本地运行该控制算法，以实现控制算法的更新。
将所有机电设备、传感器等组网接入到边缘计算网关，将所有的设备数据、传感器数据等自动采集到边缘计算网关，根据预设的系统运行参数，将采集回的数据分析处理后反馈到机电设备控制，以控制各机电设备运行在设定的合适状态。
边缘计算网关与云服务器通过因特网进行通讯，以将边缘计算网关本地数据上传到云服务器；云服务器对边缘计算网关上传的数据进行分析处理，将机电设备状及实时数据更新到用户APP上、后台网页上，以使用户能在APP和后台网页上修改联控系统运行参数，云服务器收到用户修改后的系统运行参数后，会自动计算出当前参数下最优的节能控制算法，通过因特网将算法发送给边缘计算网关，边缘网关接收到云服务器下发的控制算法后更新控制算法；以提高各个机电设备的运行效率。
在机电设备控制器旁安装一个无线网关节点，所述无线网关节点与机电设备控制器通过有线连接进行双向通讯，以免除各个机电设备控制器连接边缘计算网关的通讯线，从而降低现场安装施工的难度、加快施工进度和降低施工人工成本、材料成本。
无线网关节点带有I/O输入输出功能，以方便采集外部模拟量及数字量、通过I/O输出实现控制器的手动开关机、急停功能。
本实施例的工作原理如下：
机电设备的控制器接口主要有RS-485、RS-232、CAN等物理接口，无线网关带有这些通用的通讯接口，给各个机电设备配一个无线网关，将各个机电设备的控制器通讯接口与无线网关上对应的接口相连接；
将边缘计算网关接入因特网，通过光纤、有线、4G等方式；边缘计算网关与无线基站连接，通过串口、以太网接口等有线方式；边缘计算网关接有液晶显示器、鼠标、键盘等输入输出设备；
边缘计算网关上安装有应用程序，应用程序主要功能：①与无线基站通讯；②与云服务器通讯；③算法解析运行程序；④数据采集；⑤数据分析处理；⑥数据上报与存储；⑦人机界面；⑧故障报警；⑨网关固件远程升级接口；
整套系统启动后，边缘计算网关应用程序开始运行，读取出本地的控制算法开始运行，应用程序按照控制算法的逻辑设置好各个机电设备的运行参数、控制启停，根据采集回的各个数据分析计算，反馈调节各个设备的运行参数及状态，使各个设备达到系统预设的工作状态，同时，这些数据上传到云服务器，APP和后台网页上可以看到整个系统的运行状态及详细数据，在APP和后台网页上可以像在本地HMI上操作一样，对系统运行参数的修改及控制；实现了远程数据监测分析及控制，形成基于无线通讯和边缘计算技术的工业物联控制系统，在云服务器离线的情况下，边缘计算网关依然能正常的控制整套联控系统工作。
无线网关节点带有IO输入输出功能，方便采集外部模拟量及数字量，还可以通过IO输出实现控制器的手动开关机、急停等功能。
既实现了传统的机电设备联控功能(传统机电设备联控系统结构参照图1-2)：①将所有机电设备、传感器等组网接入到边缘计算网关；②将所有的设备数据、传感器数据等自动采集到边缘计算网关；③根据预设的系统运行参数，将采集回的数据分析处理反馈控制各个设备运行在合适的状态；
还实现了机器上云，控制算法自动更新等功能：①边缘计算网关与云服务器通过因特网进行通讯，将边缘计算网关本地数据上传到云服务器；②云服务器对边缘计算网关上传的数据进行分析处理，将设备状及实时数据更新到用户APP上、后台网页上；③用户能在APP和后台网页上修改联控系统运行参数，云服务器收到用户修改后的系统运行参数后，会自动计算出当前参数下最优的节能控制算法，通过因特网将算法发送给边缘计算网关，边缘网关接收到云服务器下发的控制算法后，及时更新控制算法；通过这种根据参数实时更新算法的方法能极大提高各个机电设备的运行效率。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施例,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术人员在本发明揭露的范围内,根据本发明技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控方法，其特征在于：
1)在联控机电设备的控制器中接入无线网关，所述控制器通过无线网关与无线基站无线连接；在所述无线基站中设有边缘计算网关，所述边缘计算网关与无线基站有线连接，所述边缘计算网关与云服务器无线连接；形成机电设备联控系统；
2)将所述控制器与无线网关连接形成控制器与无线网关全双工通讯结构；所述无线网关与无线基站通过无线方式半双工通讯或者全双工通讯，所述无线基站可以与信号覆盖范围内的所有无线网关通讯，无线基站与无线网关的通讯报文加密传输；由所述边缘计算网关直接控制无线基站收发数据，与无线基站下的各个无线网关半双工通讯或者全双工通讯；
3)无线网关将采集的数据通过无线基站上传到边缘计算网关，边缘计算网关将无线网关采集的数据分析处理后本地显示出来并存储，同时也将采集的数据上传给云服务器；
4)边缘计算网关内置有基本的联控控制算法，在首次使用时保证连控制系统能正常的运行，在边缘计算网关连接上云服务器后，边缘计算网关根据用户在边缘计算网关上设置的系统运行参数，向云服务器请求获取最优的节能联控控制算法，云服务器收到这个请求后，根据用户设置的系统运行参数及系统中各设备的额定参数计算生成最优的节能联控控制算法，云服务器将生成的节能联控控制算法发送给边缘计算网关，边缘计算网关接收到云服务器的控制算法后在本地运行该控制算法，实现了控制算法的更新；边缘计算网关在本地对各个无线网关上传的数据进行分析处理，然后根据控制算法下发命令控制各台机器协调的运行；完成基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控控制。
2.根据权利要求1所述的基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控方法，其特征在于：联控机电设备的用户用手机APP与边缘计算网关和云服务器连接，以使用户能在APP或者后台网页上实时修改联控系统的系统运行参数；云服务器收到用户的请求后，根据用户设置的系统运行参数及系统中各机电设备的额定参数计算生成最优的节能联控控制算法，云服务器将生成的节能联控控制算法发送给边缘计算网关，边缘计算网关接收到云服务器的控制算法后在本地运行该控制算法，以实现控制算法的更新。
3.根据权利要求1或2所述的基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控方法，其特征在于：将所有机电设备、传感器等组网接入到边缘计算网关，将所有的设备数据、传感器数据等自动采集到边缘计算网关，根据预设的系统运行参数，将采集回的数据分析处理后反馈到机电设备控制，以控制各机电设备运行在设定的合适状态。
4.根据权利要求1或2所述的基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控方法，其特征在于：边缘计算网关与云服务器通过因特网进行通讯，以将边缘计算网关本地数据上传到云服务器；云服务器对边缘计算网关上传的数据进行分析处理，将机电设备状及实时数据更新到用户APP上、后台网页上，以使用户能在APP和后台网页上修改联控系统运行参数，云服务器收到用户修改后的系统运行参数后，会自动计算出当前参数下最优的节能控制算法，通过因特网将算法发送给边缘计算网关，边缘网关接收到云服务器下发的控制算法后更新控制算法；以提高各个机电设备的运行效率。
5.根据权利要求1或2所述的基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控方法，其特征在于：在机电设备控制器旁安装一个无线网关节点，所述无线网关节点与机电设备控制器通过有线连接进行双向通讯，以免除各个机电设备控制器连接边缘计算网关的通讯线，从而降低现场安装施工的难度、加快施工进度和降低施工人工成本、材料成本。
6.根据权利要求1或2所述的基于无线通讯和边缘计算技术的机电设备联控方法，其特征在于：无线网关节点带有I/O输入输出功能，以方便采集外部模拟量及数字量、通过I/O输出实现控制器的手动开关机、急停功能。
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