CN110413591A - 一种工业数据采集方法及边缘计算网关 - Google Patents

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任炳宇
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Abstract

本发明公开了一种工业数据采集方法，适用于边缘计算网关，包括：通过自身的通信端口与工业生产设备建立物理通信；实时监听所述工业生产设备上报的工业数据；通过加载的系统驱动文件库和系统服务库对象程序，对所述工业数据进行数据解析和数据存储；对完成数据解析的工业数据进行协议转换，并传递给云端服务器。根据上述实施例的教导，本发明能够高效地采集工业数据。本发明还提供了一种边缘计算网关。

Description

一种工业数据采集方法及边缘计算网关
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种工业数据采集方法及边缘计算网关。
背景技术
随着工业互联网和工业物联网技术的迅猛发展，大数据在互联网工业的舞台上发挥了重要作用。
现有的工业数据采集方案在遇到由不同协议发送来的数据时，想要通过网关将这些数据上传至云端服务器通常会有两种解决方案：
一种是，增加多个网关设备对不同协议传输的数据进行一对一解析后上传，采用这种方案时网关设备的通用性不强，需要不同的网关设备对数据进行解析。
另一种是，在网关前增加设备将不同协议传递的数据转换为统一协议传递的数据，但是这样做需要额外的设备对数据进行协议转换。
可见，现有的工业数据采集效率较低，且可靠性不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种工业数据采集方法及边缘计算网关，能够高效地采集工业数据。
第一方面，本发明一实施例提供一种工业数据采集方法，适用于边缘计算网关，包括：
通过自身的通信端口与工业生产设备建立物理通信；
实时监听所述工业生产设备上报的工业数据；
通过加载的系统驱动文件库和系统服务库对象程序，对所述工业数据进行数据解析和数据存储；
对完成数据解析的工业数据进行协议转换，并传递给云端服务器。
进一步地，对所述工业数据进行数据解析之后，得到所述工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属；
所述方法还包括：
对工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属进行数据库配置管理并标识不同的时间戳和标签。
进一步地，所述通信端口包括RS485串口和TCP/IP网口；所述工业生产设备包括仪表类设备和设备类设备，所述仪表类设备包括电表、天然气表、蒸汽表、热油表、水表、水煤气表、水煤浆表、压缩空气表和煤表，所述设备类设备包括PLC、DCS/QCS、SCADA和数据交换机。
进一步地，所述工业数据还包括企业数据：ERP、PLM、OA、WMS。
第二方面，本发明一实施例还提供一种边缘计算网关，包括：
通信建立模块，用于通过自身的通信端口与工业生产设备建立物理通信；
数据采集模块，用于实时监听所述工业生产设备上报的工业数据；
数据解析模块，用于通过加载的系统驱动文件库和系统服务库对象程序，对所述工业数据进行数据解析和数据存储；
数据上传模块，用于对完成数据解析的工业数据进行协议转换，并传递给云端服务器。
进一步地，对所述工业数据进行数据解析之后，得到所述工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属；
所述边缘计算网关还包括：
数据预处理模块，用于对工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属进行数据库配置管理并标识不同的时间戳和标签。
第三方面，本发明一实施例还提供一种边缘计算网关，包括：
通信端口模块，用于提供各种串口和网口，采集各类工业数据；
数据管理模块，用于对工业数据进行数据库管理：数据备份、数据分发、数据压缩和数据加密；
边缘计算模块，用于对工业数据进行软件业务逻辑处理，以及数据传输：单向传输、协议格式转换和内外网数据隔离。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供一种工业数据采集方法及边缘计算网关，通过自身的通信端口与工业生产设备建立物理通信；实时监听所述工业生产设备上报的工业数据；通过加载的系统驱动文件库和系统服务库对象程序，对所述工业数据进行数据解析和数据存储；对完成数据解析的工业数据进行协议转换，并传递给云端服务器。根据上述实施例的教导，本发明能够高效地采集工业数据。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种工业数据采集方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种工业数据采集方法的另一流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种工业数据采集方法的又一流程示意图；
图4是本发明实施例提供的边缘计算网关的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的边缘计算网关的另一结构示意图；
图6是本发明实施例提供边缘计算网关的硬件功能图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
第一方面：
如图1-3所示，一种工业数据采集方法，适用于边缘计算网关，包括：
S10、通过自身的通信端口与工业生产设备建立物理通信。
其中，所述通信端口包括RS485串口和TCP/IP网口；所述工业生产设备包括仪表类设备和设备类设备，所述仪表类设备包括电表、天然气表、蒸汽表、热油表、水表、水煤气表、水煤浆表、压缩空气表和煤表，所述设备类设备包括PLC、DCS/QCS、SCADA和数据交换机。
S11、实时监听所述工业生产设备上报的工业数据。
其中，所述工业数据还包括企业数据：ERP、PLM、OA、WMS。
S12、通过加载的系统驱动文件库和系统服务库对象程序，对所述工业数据进行数据解析和数据存储。
对所述工业数据进行数据解析之后，得到所述工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属。
S13、对完成数据解析的工业数据进行协议转换，并传递给云端服务器。
在一优选的实施例当中，所述方法还包括：
S121、对工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属进行数据库配置管理并标识不同的时间戳和标签。
在上述方法中，边缘计算网关通过上位机端的硬件通信总线和业务软件客户端的功能接口完成对仪表、PLC等工业设备的对象参数采集。在完成上位机端的数据采集功能后，再经由FPGA完成数据协议转换将采集数据传递给云端服务器，提供云计算平台集中式运算所需的数据。
在完成工业信息数据采集和存储后，需要与云端保持实时通信状态，确保将采集数据不间断地传递给云端服务器，所传输的数据根据不同的数据类型、数据来源和数据来源归属进行数据库配置管理并标识不同的时间戳和标签，便于边缘计算网关本地和云端远程查询。
根据数据类别的不同，边缘计算网关会传递两种数据给云端，一种是采集的工业设备的生产加工数据，这部分数据需要保证零延时和高准确性，另一种是边缘计算网关内部集成网关本地运算数据，经过与云端对应的访问接口进行实时传递。两种数据在本地端都可以进行缓存和备份存储，确保不会因传输信道故障导致的数据冗乱和丢失。
在本实施例当中，边缘计算网关上位机端(内网)重点完成工业数据采集、业务软件运算、客户自定义配置、边缘计算运算、数据存储备份，并通过高速信号总线与FPGA网关端(外网)进行数据通信，由FPGA网关端(外网)通过数据加密、信道加密、协议转换、变更数据传输方式、VPN等方式完成内外网数据隔离，防止外部公共网络的匿名访问控制和恶意攻击。
根据上述实施例的教导，上述方法能够高效地采集工业数据。
第二方面：
如图4所示，一种边缘计算网关，包括：
通信建立模块21，用于通过自身的通信端口与工业生产设备建立物理通信。
其中，所述通信端口包括RS485串口和TCP/IP网口；所述工业生产设备包括仪表类设备和设备类设备，所述仪表类设备包括电表、天然气表、蒸汽表、热油表、水表、水煤气表、水煤浆表、压缩空气表和煤表，所述设备类设备包括PLC、DCS/QCS、SCADA和数据交换机。
数据采集模块22，用于实时监听所述工业生产设备上报的工业数据。
其中，所述工业数据还包括企业数据：ERP、PLM、OA、WMS。
数据解析模块23，用于通过加载的系统驱动文件库和系统服务库对象程序，对所述工业数据进行数据解析和数据存储。
对所述工业数据进行数据解析之后，得到所述工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属。
数据上传模块24，用于对完成数据解析的工业数据进行协议转换，并传递给云端服务器。
在一优选的实施例当中，所述方法还包括：
如图5所示，在一优选实施例当中，所述边缘计算网关还包括：数据预处理模块25，用于对工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属进行数据库配置管理并标识不同的时间戳和标签。
在上述方法中，边缘计算网关通过上位机端的硬件通信总线和业务软件客户端的功能接口完成对仪表、PLC等工业设备的对象参数采集。在完成上位机端的数据采集功能后，再经由FPGA完成数据协议转换将采集数据传递给云端服务器，提供云计算平台集中式运算所需的数据。
在完成工业信息数据采集和存储后，需要与云端保持实时通信状态，确保将采集数据不间断地传递给云端服务器，所传输的数据根据不同的数据类型、数据来源和数据来源归属进行数据库配置管理并标识不同的时间戳和标签，便于边缘计算网关本地和云端远程查询。
根据数据类别的不同，边缘计算网关会传递两种数据给云端，一种是采集的工业设备的生产加工数据，这部分数据需要保证零延时和高准确性，另一种是边缘计算网关内部集成网关本地运算数据，经过与云端对应的访问接口进行实时传递。两种数据在本地端都可以进行缓存和备份存储，确保不会因传输信道故障导致的数据冗乱和丢失。
在本实施例当中，边缘计算网关上位机端(内网)重点完成工业数据采集、业务软件运算、客户自定义配置、边缘计算运算、数据存储备份，并通过高速信号总线与FPGA网关端(外网)进行数据通信，由FPGA网关端(外网)通过数据加密、信道加密、协议转换、变更数据传输方式、VPN等方式完成内外网数据隔离，防止外部公共网络的匿名访问控制和恶意攻击。
根据上述实施例的教导，上述边缘计算网关能够高效地采集工业数据。
第三方面：
如图6所示，一种边缘计算网关，包括：
通信端口模块，用于提供各种串口和网口，采集各类工业数据；
数据管理模块，用于对工业数据进行数据库管理：数据备份、数据分发、数据压缩和数据加密；
边缘计算模块，用于对工业数据进行软件业务逻辑处理，以及数据传输：单向传输、协议格式转换和内外网数据隔离。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可监听存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种工业数据采集方法，适用于边缘计算网关，其特征在于，包括：
通过自身的通信端口与工业生产设备建立物理通信；
实时监听所述工业生产设备上报的工业数据；
通过加载的系统驱动文件库和系统服务库对象程序，对所述工业数据进行数据解析和数据存储；
对完成数据解析的工业数据进行协议转换，并传递给云端服务器。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述工业数据进行数据解析之后，得到所述工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属；
所述方法还包括：
对工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属进行数据库配置管理并标识不同的时间戳和标签。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信端口包括RS485串口和TCP/IP网口；所述工业生产设备包括仪表类设备和设备类设备，所述仪表类设备包括电表、天然气表、蒸汽表、热油表、水表、水煤气表、水煤浆表、压缩空气表和煤表，所述设备类设备包括PLC、DCS/QCS、SCADA和数据交换机。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工业数据还包括企业数据：ERP、PLM、OA、WMS。
5.一种边缘计算网关，其特征在于，包括：
通信建立模块，用于通过自身的通信端口与工业生产设备建立物理通信；
数据采集模块，用于实时监听所述工业生产设备上报的工业数据；
数据解析模块，用于通过加载的系统驱动文件库和系统服务库对象程序，对所述工业数据进行数据解析和数据存储；
数据上传模块，用于对完成数据解析的工业数据进行协议转换，并传递给云端服务器。
6.如权利要求5所述的边缘计算网关，其特征在于，对所述工业数据进行数据解析之后，得到所述工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属；
所述边缘计算网关还包括：
数据预处理模块，用于对工业数据的数据类型、数据来源和数据来源归属进行数据库配置管理并标识不同的时间戳和标签。
7.一种边缘计算网关，其特征在于，包括：
通信端口模块，用于提供各种串口和网口，采集各类工业数据；
数据管理模块，用于对工业数据进行数据库管理：数据备份、数据分发、数据压缩和数据加密；
边缘计算模块，用于对工业数据进行软件业务逻辑处理，以及数据传输：单向传输、协议格式转换和内外网数据隔离。
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