CN110320837A - 一种可边缘计算的工业电脑 - Google Patents

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杜立村
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Abstract

本发明涉及数据处理，具体涉及一种可边缘计算的工业电脑，包括控制器以及用于采集工业设备运行数据的数据采集模块，控制器与用于接入边缘数据的边缘接入模块相连，边缘接入模块与用于传输边缘数据的物联传输模块相连，物联传输模块与用于探测工业设备边缘数据的物联感知模块相连，控制器与用于对边缘接入模块接入的边缘数据进行边缘计算的边缘计算模块相连，控制器与用于对数据采集模块采集的工业设备运行数据进行处理的数据处理单元相连；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的边缘计算数据采集不够全面、响应时间较长的缺陷。

Description

一种可边缘计算的工业电脑
技术领域
本发明涉及数据处理，具体涉及一种可边缘计算的工业电脑。
背景技术
信息计算刚出现时的形态就是一种边缘计算——各个分散的节点负责软硬件的维护，以及数据的存储和计算。然而，因为成本、弹性和扩展性等问题，最终信息计算逐步发展为集中的云计算中心负责，即让集中的云计算中心来负责所有数据的存储和计算，而终端只负责数据采集、输出和交互。
然而没有什么技术架构是完美无缺的，云计算发展到今天也面临不少瓶颈，需要新技术来突破。
第一，云计算无法满足爆发式海量数据的计算需求。随着互联网与各个行业的融合，特别是在物联网技术普及后，计算需求出现爆发式增长，预计到2020年，将有500亿个设备连接到网络，传统云计算架构不能满足如此庞大的计算需求，短时间内扩容并不现实。
第二，云计算不能满足一些新兴的计算场景，特别是物联网。云计算的做法是，数据被终端采集后传输汇集到云计算中心，通过集群计算后再返回结果，因为有网络延迟，这需要一定的时间，特别是在基于4G网络的移动互联网中。比如实时语音翻译，再比如无人车，对响应时间都有极高要求，依赖云计算并不现实。
第三，物联网产生大量的“小数据”需要实时处理，这并不适合云计算。互联网时代，云计算与大数据、人工智能是三位一体的，以至于有人曾预测未来各行各业其实就是在云端用人工智能处理大数据。然而互联网和移动互联网都是用户产生的数据，而物联网时代则由机器产生大量数据，比如电表数据、环境监测数据，有许多已经不需要上传到云端进行处理，在终端或者网络边缘侧简单处理响应即可，或者说，不需要将原始数据上传到云端处理，从而能避免带宽和存储量的浪费。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种可边缘计算的工业电脑，能够有效克服现有技术所存在的边缘计算数据采集不够全面、响应时间较长的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种可边缘计算的工业电脑，包括控制器以及用于采集工业设备运行数据的数据采集模块，所述控制器与用于接入边缘数据的边缘接入模块相连，所述边缘接入模块与用于传输边缘数据的物联传输模块相连，所述物联传输模块与用于探测工业设备边缘数据的物联感知模块相连，所述控制器与用于对所述边缘接入模块接入的边缘数据进行边缘计算的边缘计算模块相连，所述控制器与用于对所述数据采集模块采集的工业设备运行数据进行处理的数据处理单元相连；
所述控制器与用于所述物联感知模块、工业设备之间进行信息交互的无线通信模组、实时总线模组相连，所述控制器与显示模块相连；
所述控制器与用于处理分任务的分任务处理器相连，所述分任务处理器与用于进行多维建模、矩阵运算、加解密运算的辅助运算模块相连，所述分任务处理器与用于存储分任务相关数据的内部存储单元相连，所述内部存储单元包括静态存储模块、动态存储模块。
优选地，所述物联感知模块、数据采集模块接入各类工业传感器、智能仪表、PLC、DCS、工业数据库以及各类SCADA系统、MES系统。
优选地，所述工业传感器通过无线通信模组与所述物联感知模块相连，所述SCADA系统、MES系统通过扩展接口、实时总线模组与所述物联感知模块相连，实现所述工业传感器、SCADA系统、MES系统与所述物联感知模块之间的信息交互。
优选地，所述边缘接入模块包括安全保护设备，所述安全保护设备具有公钥认证机制和私钥认证机制，实现单一或批量工业设备的认证校验。
优选地，所述数据处理单元包括用于对所述数据采集模块采集的工业设备运行数据进行转换的数据转换模块，用于去除工业设备运行数据中乱码和重复部分，并对数据进行长度控制生成标准化数据的数据清除模块，以及用于对标准化数据进行聚合计算的数据计算模块。
优选地，所述静态存储模块用于分配实时硬件任务和中断处理，所述硬件任务和中断处理被分配后无法回收；所述动态存储模块用于分配非实时任务；所述静态存储模块、动态存储模块之间通过实时FIFO进行数据交换。
优选地，所述无线通信模组包括LoRa、WiFi、BLE、ZigBee，所述实时总线模组包括CANBUS、PorfiBus、ProfiNet、EtherCAT。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种可边缘计算的工业电脑具有以下有益效果：
(1)、物联感知模块探测工业设备边缘数据，物联传输模块传输边缘数据，边缘接入模块接入边缘数据，边缘计算模块对边缘接入模块接入的边缘数据进行边缘计算，无线通信模组、实时总线模组用于物联感知模块、工业设备之间进行信息交互，数据处理单元对数据采集模块采集的工业设备运行数据进行处理，从而能够借助物联感知模块、数据采集模块实现对数据的全面采集；
(2)、分任务处理器用于处理控制器分配的分任务，辅助运算模块进行多维建模、矩阵运算、加解密运算，内部存储单元用于存储分任务相关数据，减轻控制器的计算压力，有效提高计算速度，进而缩短响应时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统示意图；
图2为本发明图1中数据处理单元示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种可边缘计算的工业电脑，如图1和图2所示，包括控制器以及用于采集工业设备运行数据的数据采集模块，控制器与用于接入边缘数据的边缘接入模块相连，边缘接入模块与用于传输边缘数据的物联传输模块相连，物联传输模块与用于探测工业设备边缘数据的物联感知模块相连，控制器与用于对边缘接入模块接入的边缘数据进行边缘计算的边缘计算模块相连，控制器与用于对数据采集模块采集的工业设备运行数据进行处理的数据处理单元相连；
控制器与用于物联感知模块、工业设备之间进行信息交互的无线通信模组、实时总线模组相连，控制器与显示模块相连；
控制器与用于处理分任务的分任务处理器相连，分任务处理器与用于进行多维建模、矩阵运算、加解密运算的辅助运算模块相连，分任务处理器与用于存储分任务相关数据的内部存储单元相连，内部存储单元包括静态存储模块、动态存储模块。
物联感知模块、数据采集模块接入各类工业传感器、智能仪表、PLC、DCS、工业数据库以及各类SCADA系统、MES系统。
工业传感器通过无线通信模组与物联感知模块相连，SCADA系统、MES系统通过扩展接口、实时总线模组与物联感知模块相连，实现工业传感器、SCADA系统、MES系统与物联感知模块之间的信息交互。
边缘接入模块包括安全保护设备，安全保护设备具有公钥认证机制和私钥认证机制，实现单一或批量工业设备的认证校验。
数据处理单元包括用于对数据采集模块采集的工业设备运行数据进行转换的数据转换模块，用于去除工业设备运行数据中乱码和重复部分，并对数据进行长度控制生成标准化数据的数据清除模块，以及用于对标准化数据进行聚合计算的数据计算模块。
静态存储模块用于分配实时硬件任务和中断处理，硬件任务和中断处理被分配后无法回收；动态存储模块用于分配非实时任务；静态存储模块、动态存储模块之间通过实时FIFO进行数据交换。
无线通信模组包括LoRa、WiFi、BLE、ZigBee，实时总线模组包括CANBUS、PorfiBus、ProfiNet、EtherCAT。
物联感知模块探测工业设备边缘数据，物联传输模块传输边缘数据，边缘接入模块接入边缘数据，边缘计算模块对边缘接入模块接入的边缘数据进行边缘计算，无线通信模组、实时总线模组用于物联感知模块、工业设备之间进行信息交互，数据处理单元对数据采集模块采集的工业设备运行数据进行处理，从而能够借助物联感知模块、数据采集模块实现对数据的全面采集。
物联感知模块、数据采集模块接入各类工业传感器、智能仪表、PLC、DCS、工业数据库以及各类SCADA系统、MES系统。
工业传感器通过无线通信模组与物联感知模块相连，SCADA系统、MES系统通过扩展接口、实时总线模组与物联感知模块相连，实现工业传感器、SCADA系统、MES系统与物联感知模块之间的信息交互。
无线通信模组包括LoRa、WiFi、BLE、ZigBee，实时总线模组包括CANBUS、PorfiBus、ProfiNet、EtherCAT。
边缘接入模块包括安全保护设备，安全保护设备具有公钥认证机制和私钥认证机制，实现单一或批量工业设备的认证校验。
数据处理单元包括用于对数据采集模块采集的工业设备运行数据进行转换的数据转换模块，用于去除工业设备运行数据中乱码和重复部分，并对数据进行长度控制生成标准化数据的数据清除模块，以及用于对标准化数据进行聚合计算的数据计算模块。
分任务处理器用于处理控制器分配的分任务，辅助运算模块进行多维建模、矩阵运算、加解密运算，内部存储单元用于存储分任务相关数据，减轻控制器的计算压力，有效提高计算速度，进而缩短响应时间。
静态存储模块用于分配实时硬件任务和中断处理，硬件任务和中断处理被分配后无法回收；动态存储模块用于分配非实时任务；静态存储模块、动态存储模块之间通过实时FIFO进行数据交换。
值得注意的是，本发明的目的仅是为了提供一种不同于现有技术的硬件配置，使技术人员能够在这样的硬件配置下实现进一步的开发，至于软件程序可在后期由本领域的编程人员根据实际效果需要进行编程。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种可边缘计算的工业电脑，包括控制器以及用于采集工业设备运行数据的数据采集模块，其特征在于：所述控制器与用于接入边缘数据的边缘接入模块相连，所述边缘接入模块与用于传输边缘数据的物联传输模块相连，所述物联传输模块与用于探测工业设备边缘数据的物联感知模块相连，所述控制器与用于对所述边缘接入模块接入的边缘数据进行边缘计算的边缘计算模块相连，所述控制器与用于对所述数据采集模块采集的工业设备运行数据进行处理的数据处理单元相连；
所述控制器与用于所述物联感知模块、工业设备之间进行信息交互的无线通信模组、实时总线模组相连，所述控制器与显示模块相连；
所述控制器与用于处理分任务的分任务处理器相连，所述分任务处理器与用于进行多维建模、矩阵运算、加解密运算的辅助运算模块相连，所述分任务处理器与用于存储分任务相关数据的内部存储单元相连，所述内部存储单元包括静态存储模块、动态存储模块。
2.根据权利要求1所述的可边缘计算的工业电脑，其特征在于：所述物联感知模块、数据采集模块接入各类工业传感器、智能仪表、PLC、DCS、工业数据库以及各类SCADA系统、MES系统。
3.根据权利要求2所述的可边缘计算的工业电脑，其特征在于：所述工业传感器通过无线通信模组与所述物联感知模块相连，所述SCADA系统、MES系统通过扩展接口、实时总线模组与所述物联感知模块相连，实现所述工业传感器、SCADA系统、MES系统与所述物联感知模块之间的信息交互。
4.根据权利要求1所述的可边缘计算的工业电脑，其特征在于：所述边缘接入模块包括安全保护设备，所述安全保护设备具有公钥认证机制和私钥认证机制，实现单一或批量工业设备的认证校验。
5.根据权利要求1所述的可边缘计算的工业电脑，其特征在于：所述数据处理单元包括用于对所述数据采集模块采集的工业设备运行数据进行转换的数据转换模块，用于去除工业设备运行数据中乱码和重复部分，并对数据进行长度控制生成标准化数据的数据清除模块，以及用于对标准化数据进行聚合计算的数据计算模块。
6.根据权利要求1所述的可边缘计算的工业电脑，其特征在于：所述静态存储模块用于分配实时硬件任务和中断处理，所述硬件任务和中断处理被分配后无法回收；所述动态存储模块用于分配非实时任务；所述静态存储模块、动态存储模块之间通过实时FIFO进行数据交换。
7.根据权利要求1或3所述的可边缘计算的工业电脑，其特征在于：所述无线通信模组包括LoRa、WiFi、BLE、ZigBee，所述实时总线模组包括CANBUS、PorfiBus、ProfiNet、EtherCAT。
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