CN110995736B - 一种通用的工业物联网设备管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通用的工业物联网设备管理系统，解决了现有技术中数据分析处理的及时性和高效性低，企业用户的运营成本高，服务方的开发和运维困难，无法实现用户对于预警情况的远程接收和处理的问题，本发明包括工业物联网云平台与边缘端两层结构。本发明实现了多设备、多协议、多重可变因子影响下设备的通用化管理，实现了边缘云和通信云、统一运维平台等系统集成和协同，实现边缘服务的自动化，简化了数据上云计算的过程，可在边缘端对数据进行缓存、处理，减轻链路通讯和云存储、计算的负载。

Description

一种通用的工业物联网设备管理系统
技术领域
本发明涉及工业物联网领域、工业制造领域，具体涉及一种通用的工业物联网设备管理系统。
背景技术
本发明涉及工业物联网领域、工业制造领域，工业物联网主要是将生产设备、人和产品的数据采集到云端计算平台，再利用软件系统和机器学习技术进行分析和预测，以便于洞察更多隐藏的数据应用。不过，随着工业设备种类的越来越繁杂，设备采集参数的越来越多，大量的设备连网和数据传输，以及不同实施环境对应功能需求的不同，庞大的基础功能体系和大量设备实例数据冗余字段的存储传输，不仅对网络和云系统产生了很大的压力，也增加了系统开发的工作量和维护成本。
工业物联网是工业4.0的核心基础，它是利用局部网络或互联网等通信技术，把传感器、控制器、机器、人员和物品等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络，基于工业云体系可以将各类数据作为工业大数据存放在云端，通过深度学习等体系来构架不同的数据挖掘、分析和优化方案。工业物联网能够帮助企业从自动化、信息化向网络化和智能化过渡。一个完整的工业物联网平台包括数据感知层、安全层、核心数据层、应用基础平台、外部接口、监控端等层次。
中国专利CN109995753A提供了一种设备管理物联网云平台系统，系统包括安装在设备上的控制器模块，通过网络用于接收控制器模块网络传输数据的设备服务接口，通过TCP/IP适配器连接设备服务接口并用于分析并存储数据的云服务平台，以及通过网络与云服务平台连接的移动设备终端；所述控制器模块包括若干安装在设备上并用于对设备参数进行监测的传感器组，用于接收传感器组上行数据的控制器，与控制器连接并用于对传感器组监测数据进行加密的加密模块，以及与控制器连接并用于将传感器组监测数据信息传输至云服务平台的网络传输模块，达到了实时获取设备的相关参数目的。
中国专利CN109993491A提供了一种基于物联网的实现智能管理的在线监控平台，其特征在于该系统(平台)包括：监控管理，由监察机构通过环境保护评定数据、工程与设计数据实时监控和存储排序企业排污水的运营状况；立项管理，所述的主项管理模块由智能服务和智能监控支撑技术及智能运营后台组成；任务管理，所述的任务管理模块由业务组件层、框架层、应用服务层和数据采集层组成；该系统(平台)与监测控制装置和监测装置之间通过物联网相互传递信息，完成设置环境监测数据指令、发送指令至检测装置、接收和存储并打印监测数据、获取并处理环境侦测数据。
上述设备管理物联网云平台系统，通过TCP/IP适配器连接设备服务接口和用于分析并存储数据的云服务平台，将设备数据直接传输入云平台进行计算分析，当设备接入较多时，增加了网络带宽负荷，对网络和云平台造成了很大的压力，降低了数据分析处理的及时性和高效性。
上述环境在线监控平台，主要实现了对企业排污情况的监控及预警，但更偏向于本地化部署，数据未接入云平台，无法实现用户对于预警情况的远程接收和处理。
同时，由于现如今企业业务场景存在的各种差异，更多的用户及服务方采用定制化的方式进行平台的开发和维护，但定制化的服务既增加了企业用户的运营成本，也对服务方的开发和运维造成了较大困难，因此，针对特定行业开发一套通用化、可配置、可扩展的物联网应用平台具有非常重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有技术中，当设备接入较多时，增加了网络带宽负荷，对网络和云平台造成了很大的压力，降低了数据分析处理的及时性和高效性；更偏向于本地化部署，数据未接入云平台，无法实现用户对于预警情况的远程接收和处理；采用定制化的方式进行平台的开发和维护，企业用户的运营成本高，服务方的开发和运维困难。
本发明提供了解决上述问题的一种通用的工业物联网设备管理系统。
针对特定行业开发一套通用化、可配置、可扩展的物联网应用平台本发明通过下述技术方案实现：
一种通用的工业物联网设备管理系统，包括工业物联网云平台与边缘端两层结构，工业物联网云平台包括设备管理和大数据中心，边缘端包括实时数据库、衍生数据库、消息路由、驱动与设备；
系统还包括多租户业务数据库，所述多租户业务数据库为工业物联网云平台的数据收发中转数据库，所述消息路由为边缘端的数据收发中转装置；所述边缘端与工业物联网云平台通过互联网或/和局域网进行数据双向传输，所述边缘端与工业物联网云平台之间的数据交互均通过多租户业务数据库和消息路由两层结构中转实现；
所述边缘端经过对设备采集配置和分析配置操作后生成驱动配置数据，所述边缘端将驱动配置数据发送至工业物联网云平台的设备管理；
所述租户表示企业账户，所述用户为对应租户表示企业的所有企业人员的账户，所述用户的不同需求信息经过范围并集叠加统一后合并至租户的需求信息；
所述设备管理接收云平台用户通过工业物联网云平台统一输入的自定义设备配置信息，设备管理接收所述边缘端发送的驱动配置数据，设备管理依据所述驱动配置和所述自定义设备配置信息生成设备待测相关参数配置数据，设备管理发送所述设备待测相关参数配置数据至边缘端通过设备采集相对应的实际相关参数配置数据；
所述边缘端通过驱动设备采集实际相关参数配置数据存入实时数据库，所述边缘端将实时数据库中的实际相关参数配置数据通过分析计算、函数计算生成数据结果，所述边缘端对所述数据结果进行数据脱密后转变为数据结果数据发送至所述工业物联网云平台的大数据中心。
进一步地，所述设备管理包括设备驱动配置、设备平台属性配置、设备事件配置和设备服务配置，还包括自定义采集用于采集用户通过工业物联网云平台统一输入的自定义设备配置信息，还包括设备管理的日志管理和升级管理，日志管理记录设备管理的管理操作记录，升级管理用于实现设备管理的升级和系统的其他模块升级。
进一步地，针对不同用户基于用户的需要建立设备属性字段，采集参数字段和设置字段的用途，所述工业物联网设备管理系统还包括整个系统的物模配置到数据采集至云平台数据中心的流程，步骤如下：
S1、在边缘端对驱动优先进行配置；
S2、在边缘端基于用户对设备属性字段的需要同时配置自定义采集参数、设备事件配置和设备服务配置；
S3、在工业物联网云平台对S1和S2的配置信息进行配置管理；
S4、在边缘端基于用户对采集参数字段的需要对采集数据进行采集管理；
S5、在边缘端对上述数据进行存储；
S6、在边缘端对S5的数据进行分析得到结果数据；
S7、对所述S6得到的结果数据在边缘端向工业物联网云平台进行结果数据脱密上传；
S8、在工业物联网云平台中转移脱密后的结果数据至大数据中心；
S9、所述大数据中心用于对结果数据进行深度学习、挖掘结果数据的价值信息并反馈给相关配置更新信息。
进一步地，配置设备的驱动以及驱动对应的必备参数，根据不同的驱动协议自定义设备的采集参数，设备的事件，设备服务，生成配置信息发送至边缘端，边缘端根据此配置，执行相关驱动采集数据。
进一步地，所述工业物联网云平台还包括租户管理，所述租户管理实现多用户数据管理，所述租户管理的内容包括租户管理、用户管理、租户权限、租户角色和租户组织，租户管理通过租户权限依据租户角色配置使租户的不同用户拥有不同权限，所述租户管理依据租户角色将用户划分到用户所在租户的租户组织，所述租户管理给每个租户组织设定标识，每个租户组织下的所有用户同时拥有匹配对应租户组织的唯一标识，所述租户管理将每一个租户相关数据表放入对应所述租户标识的租户组织中，上述操作使租户数据在组织逻辑上分离。
租户管理模块中，角色权限分为租户标识、角色标识和权限标识
进一步地，所述工业物联网云平台和边缘端也能够分别作为一个单独模块实施应用。
进一步地，工业物联网设备管理系统采取松耦合、接口通用的系统设计，实现了功能模块的组件化、可配置化，每一功能模块可独立调用，以应对不同应用场景。
进一步地，工业物联网设备管理系统中的数据的收集和计算都是基于本地，用户拥有对终端处置硬件、数据的权力，让数据隐私保护变得更具操作性。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明实现了边缘云和通信云、统一运维平台等系统集成和协同，实现边缘服务的自动化。
本发明实现了多设备、多协议、多重可变因子影响下设备的通用化管理。
本发明简化了数据上云计算的过程，可在边缘端对数据进行缓存、处理，减轻链路通讯和云存储、计算的负载。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的功能模块示意图。
图2为本发明的物模配置到数据采集至云平台数据中心的流程示意图。
图3为本发明的租户管理逻辑示意图。
具体实施方式
在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
一种通用的工业物联网设备管理系统，如图1所示，包括工业物联网云平台与边缘端两层结构，工业物联网云平台包括设备管理和大数据中心，边缘端包括实时数据库、衍生数据库、消息路由、驱动与设备；
系统还包括多租户业务数据库，所述多租户业务数据库为工业物联网云平台的数据收发中转数据库，所述消息路由为边缘端的数据收发中转装置；所述边缘端与工业物联网云平台通过互联网或/和局域网进行数据双向传输，所述边缘端与工业物联网云平台之间的数据交互均通过多租户业务数据库和消息路由两层结构中转实现；
所述边缘端经过对设备采集配置和分析配置操作后生成驱动配置数据，所述边缘端将驱动配置数据发送至工业物联网云平台的设备管理；
所述租户表示企业账户，所述用户为对应租户表示企业的所有企业人员的账户，所述用户的不同需求信息经过范围并集叠加统一后合并至租户的需求信息；
所述设备管理接收云平台用户通过工业物联网云平台统一输入的自定义设备配置信息，设备管理接收所述边缘端发送的驱动配置数据，设备管理依据所述驱动配置和所述自定义设备配置信息生成设备待测相关参数配置数据，设备管理发送所述设备待测相关参数配置数据至边缘端通过设备采集相对应的实际相关参数配置数据；
所述边缘端通过驱动设备采集实际相关参数配置数据存入实时数据库，所述边缘端将实时数据库中的实际相关参数配置数据通过分析计算、函数计算生成数据结果，所述边缘端对所述数据结果进行数据脱密后转变为数据结果数据发送至所述工业物联网云平台的大数据中心。
优选的，所述设备管理包括设备驱动配置、设备平台属性配置、设备事件配置和设备服务配置，还包括自定义采集用于采集用户通过工业物联网云平台统一输入的自定义设备配置信息，还包括设备管理的日志管理和升级管理，日志管理记录设备管理的管理操作记录，升级管理用于实现设备管理的升级和系统的其他模块升级。
优选的，针对不同用户基于用户的需要建立设备属性字段，采集参数字段和设置字段的用途，所述工业物联网设备管理系统还包括整个系统的物模配置到数据采集至云平台数据中心的流程，如图2所示，步骤如下：
S1、在边缘端对驱动优先进行配置；
S2、在边缘端基于用户对设备属性字段的需要同时配置自定义采集参数、设备事件配置和设备服务配置；
S3、在工业物联网云平台对S1和S2的配置信息进行配置管理；
S4、在边缘端基于用户对采集参数字段的需要对采集数据进行采集管理；
S5、在边缘端对上述数据进行存储；
S6、在边缘端对S5的数据进行分析得到结果数据；
S7、对所述S6得到的结果数据在边缘端向工业物联网云平台进行结果数据脱密上传；
S8、在工业物联网云平台中转移脱密后的结果数据至大数据中心；
S9、所述大数据中心用于对结果数据进行深度学习、挖掘结果数据的价值信息并反馈给相关配置更新信息。
优选的，配置设备的驱动以及驱动对应的必备参数，根据不同的驱动协议自定义设备的采集参数，设备的事件，设备服务，生成配置信息发送至边缘端，边缘端根据此配置，执行相关驱动采集数据。
优选的，如图3所示，所述工业物联网云平台还包括租户管理，所述租户管理实现多用户数据管理，所述租户管理的内容包括租户管理、用户管理、租户权限、租户角色和租户组织，租户管理通过租户权限依据租户角色配置使租户的不同用户拥有不同权限，所述租户管理依据租户角色将用户划分到用户所在租户的租户组织，所述租户管理给每个租户组织设定标识，每个租户组织下的所有用户同时拥有匹配对应租户组织的唯一标识，所述租户管理将每一个租户相关数据表放入对应所述租户标识的租户组织中，上述操作使租户数据在组织逻辑上分离。
优选的，所述工业物联网云平台和边缘端也能够分别作为一个单独模块实施应用。
优选的，工业物联网设备管理系统采取松耦合、接口通用的系统设计，实现了功能模块的组件化、可配置化，每一功能模块可独立调用，以应对不同应用场景。
优选的，工业物联网设备管理系统中的数据的收集和计算都是基于本地，用户拥有对终端处置硬件、数据的权力，让数据隐私保护变得更具操作性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种通用的工业物联网设备管理系统，其特征在于，包括工业物联网云平台与边缘端两层结构，工业物联网云平台包括设备管理和大数据中心，边缘端包括实时数据库、衍生数据库、消息路由、驱动与设备；
系统还包括多租户业务数据库，所述多租户业务数据库为工业物联网云平台的数据收发中转数据库，所述消息路由为边缘端的数据收发中转装置；所述边缘端与工业物联网云平台通过互联网或/和局域网进行数据双向传输，所述边缘端与工业物联网云平台之间的数据交互均通过多租户业务数据库和消息路由两层结构中转实现；
所述边缘端经过对设备采集配置和分析配置操作后生成驱动配置数据，所述边缘端将驱动配置数据发送至工业物联网云平台的设备管理；
所述设备管理接收云平台用户通过工业物联网云平台统一输入的自定义设备配置信息，设备管理接收所述边缘端发送的驱动配置数据，设备管理依据所述驱动配置和所述自定义设备配置信息生成设备待测相关参数配置数据，设备管理发送所述设备待测相关参数配置数据至边缘端通过设备采集相对应的实际相关参数配置数据；
所述租户表示企业账户，所述用户为对应租户表示企业的所有企业人员的账户，所述用户的不同需求信息经过范围并集叠加统一后合并至租户的需求信息；
所述边缘端通过驱动设备采集实际相关参数配置数据存入实时数据库，所述边缘端将实时数据库中的实际相关参数配置数据通过分析计算、函数计算生成数据结果，所述边缘端对所述数据结果进行数据脱密后转变为数据结果数据发送至所述工业物联网云平台的大数据中心。
2.根据权利要求1所述的一种通用的工业物联网设备管理系统，其特征在于，所述设备管理包括设备驱动配置、设备平台属性配置、设备事件配置和设备服务配置，还包括自定义采集用于采集用户通过工业物联网云平台统一输入的自定义设备配置信息，还包括设备管理的日志管理和升级管理，日志管理记录设备管理的管理操作记录，升级管理用于实现设备管理的升级和系统的其他模块升级。
3.根据权利要求1所述的一种通用的工业物联网设备管理系统，其特征在于，针对不同用户基于用户的需要建立设备属性字段，采集参数字段和设置字段的用途，所述工业物联网设备管理系统还包括整个系统的物模配置到数据采集至云平台数据中心的流程，步骤如下：
S1、在边缘端对驱动优先进行配置；
S2、在边缘端基于用户对设备属性字段的需要同时配置自定义采集参数、设备事件配置和设备服务配置；
S3、在工业物联网云平台对S1和S2的配置信息进行配置管理；
S4、在边缘端基于用户对采集参数字段的需要对采集数据进行采集管理；
S5、在边缘端对上述数据进行存储；
S6、在边缘端对S5的数据进行分析得到结果数据；
S7、对所述S6得到的结果数据在边缘端向工业物联网云平台进行结果数据脱密上传；
S8、在工业物联网云平台中转移脱密后的结果数据至大数据中心；
S9、所述大数据中心用于对结果数据进行深度学习、挖掘结果数据的价值信息并反馈给相关配置更新信息。
4.根据权利要求3所述的一种通用的工业物联网设备管理系统，其特征在于，配置设备的驱动以及驱动对应的必备参数，根据不同的驱动协议自定义设备的采集参数，设备的事件，设备服务，生成配置信息发送至边缘端，边缘端根据此配置，执行相关驱动采集数据。
5.根据权利要求1所述的一种通用的工业物联网设备管理系统，其特征在于，所述工业物联网云平台还包括租户管理，所述租户管理实现多用户数据管理，所述租户管理的内容包括租户管理、用户管理、租户权限、租户角色和租户组织，租户管理通过租户权限依据租户角色配置使租户的不同用户拥有不同权限，所述租户管理依据租户角色将用户划分到用户所在租户的租户组织，所述租户管理给每个租户组织设定标识，每个租户组织下的所有用户同时拥有匹配对应租户组织的唯一标识，所述租户管理将每一个租户相关数据表放入对应所述租户标识的租户组织中，上述操作使租户数据在组织逻辑上分离。
6.根据权利要求1所述的一种通用的工业物联网设备管理系统，其特征在于，所述工业物联网云平台和边缘端也能够分别作为一个单独模块实施应用。
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