CN112421777A - 智能融合终端设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开智能融合终端设备，包括：核心处理模块，通信模块，微功率无线RF模块，串行接口模块以及载波通信PLC模块，交流采样电压源模块，数据采样模块，虚拟化容器模块等；对下实现数据全采集、全管控，对上与配电主站实时交换关键运行数据。为满足实时快速响应需求、减少主站计算压力、弱化对主站的高度依赖，终端采用“边缘计算”技术，就地化实现配电台区运行状态的在线监测、智能分析与决策控制，同时支持与配电主站云端的计算共享与数据交互。

Description

智能融合终端设备
技术领域
本发明涉及智能配变设备技术领域，具体涉及智能融合终端设备。
背景技术
随着配电物联网的提出与建设，配电自动化应跟随技术的发展，实现物-物间的自动协调控制，例如全面采集和汇总分析配电线路上各类数据信息和工作状态的变化，实现配电网线路的故障研判和运行异常预警、经济运行分析等自动化的功能。
国外自上世纪70年代就进行了配电自动化技术的研究与应用，其发展经历了三个阶段：基于自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统（FA）、配电自动化系统（DAS）、配电管理系统（DMS）；国外以及我国香港、台湾地区新建的配电自动化系统已经具备较高的自动化水平以及配电设备具有强大的数据处理、存储功能。相对国外我国配电自动化系统起步较晚，早期的配电终端因各方面原因大而笨重，且功能单一，这样的终端必然存在设备参数不全、数据精度低等问题，从而导致配电系统可靠性差。
国内已经提出了新一代智能融合终端解决方案，新标准智能融合终端技术将IT技术和物联网技术引入，并将边缘计算（Edge Computing）架构引入物联网领域，实现业务实时、业务智能、数据聚合与互操作、安全与隐私保护等关键智能服务，有效提升业务的智能决策效率。2019年国内配电自动化技术重点围绕平台资源虚拟化、通信技术与业务适配、多源数据处理与融合等关键技术研究，初步建成包含“云、管、边、端”各层设备的配电物联网，验证实现配电业务泛在接入。
通用型配网电缆管道包含电缆隧道、电缆沟管等管道类型，其中沟管内存在无法取电以及接入光纤等限制，无法满足电缆管道全面监控，数据全面感知的建设需求。嵌入式操作系统机制单一，在设备故障或测量数据异常时，只能通过逐条顺序读取、人工特征筛选的方式才能定位故障问题，给调试维护工作带来了较大困难。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种智能融合终端设备，能够联接各类智能设备和传感器，采用“边缘计算”技术，能够快速查询到故障问题的日志，从而提高了工作效率，提升业务的智能决策效率。
本发明智能融合终端设备包括：
核心处理模块，所述核心处理模块采用Linux系统，其根据所记录的故障问题出现的频率将日志类型分为实时日志和历史日志；针对不同的故障问题，配置相应的一个或多个问题特征点，并用不同的代码来定义不同的特征点，并将所述代码记载在相应的日志中；通过搜索代码查找到记载对应故障问题的日志；
通信模块，所述通信模块采用LTE 4G通信网络，或采用无线公网、无线专网通信方式，或采用无线公网的远程通信，所述通信模块支持五模自适应，实现本地数据与主站之间的交互；
串行接口模块以及载波通信PLC模块，为智能融合终端设备与终端设备之间的信息交互提供通信网络；
交流采样电压源模块，所述交流采样电压源模块为系统中的数据采集设备提供交流电源保障；
数据采样模块，所述数据采样模块具备电压、电流模拟量采集功能，测量电压、电流、功率、功率因数；
虚拟化容器模块，所述虚拟化容器模块包括通信管理单元、数据管理单元和若干个APP，所述APP通过内部通信总线分别与通信管理单元和数据管理单元相连，所述通信管理单和数据管理单元分别与APP管理单元通过物理总线相连；
云服务器，所述云服务器通过通信模块与智能融合终端设备进行交互。
进一步的，所述实时日志用于记录出现频率大于第一阈值的故障问题，所述历史日志用于记录出现频率小于第一阈值的故障问题；所述实时日志根据固定的日志目录存储在系统的RAM区；所述历史日志根据固定的日志目录存储在系统的Flash区。
作为本方案中的监控对象，所述故障问题包括：数据采样模块采集到的问题电压、电流等模拟量采集功能，测量电压、电流、功率、功率因数数据。
进一步的，所述故障问题还包括：智能融合终端设备CPU的占用率、内存占用率、内部存储占用率的告警门限数据中的问题数据；
以及容器重启次数、存储资源越限，CPU占用率或者内存占用率数据中的问题数据。
进一步的，所述实时日志和历史日志的日志目录均包括日志记录头结构体和日志记录结构体；所述日志记录头结构体包括：最大记录数、记录下标、每条记录的大小、天日志数量溢出标识以及压缩文件名序号。
本方案中，所述APP用于查询以及设置括智能融合终端设备CPU的占用率、内存占用率、内部存储占用率的告警门限；
所述APP还用于查询实时日志以及历史数据，供工程师及时到达现场排查故障。
所述虚拟化容器模块包含至少4个容器，每个容器应支持部署多个APP；
所述APP还用于容器重启、存储资源越限时上报告警，当CPU占用率或者内存占用率越限上报告警并重启容器。
进一步的，所述APP管理单元用于控制APP的启动、停止、安装、卸载功能，查询所述APP的信息，包括应用软件列表，应用软件版本信息、应用软件运行状态，所述APP管理单元监测应用软件异常的功能，包括应用软件重启、CPU占用率超限、内存占用率超限。
本发明智能融合终端设备应用于智能配电柜中，用于采集终端设备上的数据，发送给配电柜集中显示、控制。
与现有技术相比，本发明基于配电物联网技术的智能融合终端系有以下有益效果：
为满足实时快速响应需求、减少主站计算压力、弱化对主站的高度依赖，终端采用“边缘计算”技术，在针对不同的故障问题，配置相应的一个或多个问题特征点，并用不同的代码来定义不同的特征点，并将代码记载在相应的日志中，通过搜索代码查找到记载对应故障问题的日志，从而提高了工作效率。
就地化实现配电台区运行状态的在线监测、智能分析与决策控制，同时支持与配电主站云端的计算共享与数据交互；对下实现数据全采集、全管控，对上与配电主站实时交换关键运行数据。
针对不同的故障问题，配置相应的一个或多个问题特征点，并用不同的代码来定义不同的特征点，并将代码记载在相应的日志中，通过搜索代码查找到记载对应故障问题的日志，从而提高了工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图进行简单地介绍，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，可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明智能融合终端设备的结构框图。
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做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。
如图1所示，本发明智能融合终端设备包括：
核心处理模块，所述核心处理模块采用Linux系统，其根据所记录的故障问题出现的频率将日志类型分为实时日志和历史日志；针对不同的故障问题，配置相应的一个或多个问题特征点，并用不同的代码来定义不同的特征点，并将所述代码记载在相应的日志中；通过搜索代码查找到记载对应故障问题的日志。
其基于Linux内核构建。通过设置，上述智能融合终端采用边缘计算操作系统，该操作系统基于 Linux内核构建，可在其上部署容器单元，将执行各种业务功能的应用加载在容器单元中，容器单元内的应用被限制只能访问容器单元内的资源，与外部系统完全隔离，通过这种模式，在一台智能融合终端上可定义多个功能软件，灵活扩展终端的业务功能。
通信模块，所述通信模块采用LTE 4G通信网络，或采用无线公网、无线专网通信方式，或采用无线公网的远程通信，所述通信模块支持五模自适应，实现本地数据与主站之间的交互；
串行接口模块以及载波通信PLC模块，为智能融合终端设备与终端设备之间的信息交互提供通信网络。
本实施例中至少包含两路以太网口、两路RS-485串口、两路RS-232/RS-485可切换串口、一路RS-232调试维护串口；通信模块应采用模块化可插拔设计，应满足不同厂家、相同功能模块的可互换要求。
终端系统远程通信协议支持业务数据流、管理数据流的传输。其中，业务数据流应用层传输协议应支持国家电网公司配电自动化系统应用DL/T634.5101-2002实施细则、配电自动化系统应用DL/T 634.5104-2009实施细则，传输遥信、遥测、遥脉等业务相关数据。终端本地通信协议应支持DL/T 645、DL/T 698.45、Q/GDW 1376.1、Q/GDW 1376.2、Modbus等协议，满足与智能电容器、剩余电流动作保护器等设备的通信要求。
交流采样电压源模块，所述交流采样电压源模块为系统中的数据采集设备提供交流电源保障；该基于配电物联网技术的智能融合终端设备的电源系统采用：交流采样电压源模块，所述交流采样电压源模块为系统中的数据采集设备提供交流电源保障；终端使用交流三相四线制供电，在系统故障（三相四线供电时任断二相电）时，交流电源可供终端正常工作；采用超级电容作为后备电源，并集成于终端系统内部。
数据采样模块，所述数据采样模块具备电压、电流模拟量采集功能，测量电压、电流、功率、功率因数；作为本方案的一种优选，所述数据采样模块中包含的数据检测装置，其精度达到0.5S级。
虚拟化容器模块，所述虚拟化容器模块包括通信管理单元、数据管理单元和若干个APP，所述APP通过内部通信总线分别与通信管理单元和数据管理单元相连，所述通信管理单和数据管理单元分别与APP管理单元通过物理总线相连；
云服务器，所述云服务器通过通信模块与智能融合终端设备进行交互。
进一步的，所述实时日志用于记录出现频率大于第一阈值的故障问题，所述历史日志用于记录出现频率小于第一阈值的故障问题；所述实时日志根据固定的日志目录存储在系统的RAM区；所述历史日志根据固定的日志目录存储在系统的Flash区。
作为本方案中的监控对象，所述故障问题包括：数据采样模块采集到的问题电压、电流等模拟量采集功能，测量电压、电流、功率、功率因数数据。
进一步的，所述故障问题还包括：智能融合终端设备CPU的占用率、内存占用率、内部存储占用率的告警门限数据中的问题数据；
以及容器重启次数、存储资源越限，CPU占用率或者内存占用率数据中的问题数据。
进一步的，所述实时日志和历史日志的日志目录均包括日志记录头结构体和日志记录结构体；所述日志记录头结构体包括：最大记录数、记录下标、每条记录的大小、天日志数量溢出标识以及压缩文件名序号。
本方案中，所述APP用于查询以及设置括智能融合终端设备CPU的占用率、内存占用率、内部存储占用率的告警门限；所述APP用于设置/查询本地时间和时区；用于业务数据流和管理数据流分离，通过管理数据流升级设备软件、容器、应用软件，升级支持断点续传；所述APP还用于终端设备网络配置的修改和查询，以及监测4G网络状态，状态异常时主动恢复。
所述APP还用于查询实时日志以及历史数据，供工程师及时到达现场排查故障。
所述虚拟化容器模块包含至少4个容器，每个容器应支持部署多个APP；所述APP还用于容器重启、存储资源越限时上报告警，当CPU占用率或者内存占用率越限上报告警并重启容器。
进一步的，所述APP管理单元用于控制APP的启动、停止、安装、卸载功能，查询所述APP的信息，包括应用软件列表，应用软件版本信息、应用软件运行状态，所述APP管理单元监测应用软件异常的功能，包括应用软件重启、CPU占用率超限、内存占用率超限。
本发明智能融合终端设备应用于智能配电柜中，用于采集终端设备上的数据，发送给配电柜集中显示、控制。
作为本实施例的优选，该终端设备为：可安装于智能型低压配电箱、配电站和箱式变电站中，对配电变压器、进出线开关、剩余电流动作保护器、智能电能表等运行信息进行采集和用户用电信息进行收集以及对智能设备进行控制的终端设备，其工程配套一二次设备包含用于配变负载电流采集的电流互感器、智能断路器、智能电表、温湿度仪以及其他配套智能低压设备。
本实施例智能融合终端设备主要对下实现数据全采集、全管控，对上与配电主站实时交换关键运行数据。为满足实时快速响应需求、减少主站计算压力、弱化对主站的高度依赖，终端采用“边缘计算”技术，就地化实现配电台区运行状态的在线监测、智能分析与决策控制，同时支持与配电主站云端的计算共享与数据交互。
在针对不同的故障问题，配置相应的一个或多个问题特征点，并用不同的代码来定义不同的特征点，并将代码记载在相应的日志中，通过搜索代码查找到记载对应故障问题的日志，从而提高了工作效率。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
上述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.智能融合终端设备，其特征在于，所述智能融合终端设备包括：
核心处理模块，所述核心处理模块采用Linux系统，其根据所记录的故障问题出现的频率将日志类型分为实时日志和历史日志；针对不同的故障问题，配置相应的一个或多个问题特征点，并用不同的代码来定义不同的特征点，并将所述代码记载在相应的日志中；通过搜索代码查找到记载对应故障问题的日志；
通信模块，所述通信模块采用LTE 4G通信网络，或采用无线公网、无线专网通信方式，或采用无线公网的远程通信，所述通信模块支持五模自适应，实现本地数据与主站之间的交互；
串行接口模块以及载波通信PLC模块，为智能融合终端设备与终端设备之间的信息交互提供通信网络；
交流采样电压源模块，所述交流采样电压源模块为系统中的数据采集设备提供交流电源保障；
数据采样模块，所述数据采样模块具备电压、电流模拟量采集功能，测量电压、电流、功率、功率因数；
虚拟化容器模块，所述虚拟化容器模块包括通信管理单元、数据管理单元和若干个APP，所述APP通过内部通信总线分别与通信管理单元和数据管理单元相连，所述通信管理单和数据管理单元分别与APP管理单元通过物理总线相连；
云服务器，所述云服务器通过通信模块与智能融合终端设备进行交互。
2.根据权利要求1所述的智能融合终端设备，其特征在于，所述实时日志用于记录出现频率大于第一阈值的故障问题，所述历史日志用于记录出现频率小于第一阈值的故障问题；所述实时日志根据固定的日志目录存储在系统的RAM区；所述历史日志根据固定的日志目录存储在系统的Flash区。
3.根据权利要求2所述的智能融合终端设备，其特征在于，所述故障问题包括：数据采样模块采集到的问题电压、电流等模拟量采集功能，测量电压、电流、功率、功率因数数据。
4.根据权利要求3所述的智能融合终端设备，其特征在于，所述故障问题还包括：智能融合终端设备CPU的占用率、内存占用率、内部存储占用率的告警门限数据中的问题数据；
以及容器重启次数、存储资源越限，CPU占用率或者内存占用率数据中的问题数据。
5.根据权利要求1所述的智能融合终端设备，其特征在于，所述实时日志和历史日志的日志目录均包括日志记录头结构体和日志记录结构体；所述日志记录头结构体包括：最大记录数、记录下标、每条记录的大小、天日志数量溢出标识以及压缩文件名序号。
6.根据权利要求4所述的智能融合终端设备，其特征在于，所述APP用于查询以及设置括智能融合终端设备CPU的占用率、内存占用率、内部存储占用率的告警门限；
所述APP还用于查询实时日志以及历史数据，供工程师及时到达现场排查故障。
7.根据权利要求1所述的智能融合终端设备，其特征在于，
所述虚拟化容器模块包含至少4个容器，每个容器应支持部署多个APP；
所述APP还用于容器重启、存储资源越限时上报告警，当CPU占用率或者内存占用率越限上报告警并重启容器。
8.根据权利要求1所述的智能融合终端设备，其特征在于，所述APP管理单元用于控制APP的启动、停止、安装、卸载功能，查询所述APP的信息，包括应用软件列表，应用软件版本信息、应用软件运行状态，所述APP管理单元监测应用软件异常的功能，包括应用软件重启、CPU占用率超限、内存占用率超限。
9.根据权利要求1所述的智能融合终端设备，其特征在于，所述智能融合终端设备应用于智能配电柜中，用于采集终端设备上的数据，发送给配电柜集中显示、控制。
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