CN113848834A - 一种基于边云协同的车间设备接入系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于边云协同的车间设备接入系统及方法，涉及智能制造物联网的技术领域，将边缘计算平台部署在云平台和车间设备层之间，云平台将不同车间设备类型的接入信息统一配置，并下发至边缘计算平台，边缘计算平台根据不同车间设备类型的接入信息，进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息，车间设备层进行车间设备统一接入，边缘计算平台靠近车间设备层，通信距离缩短，提高了接入实时性；若添加或删减车间设备，仅需云平台进行车间设备类型的接入信息统一配置，边缘计算平台根据接入信息进行车间设备的虚拟车间信息注册，并实例化即可，提高了车间设备接入的可拓展性。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造物联网的技术领域，更具体地，涉及一种基于边云协同的车间设备接入系统及方法。
背景技术
云计算是一种基于互联网的，只需最少管理和与服务提供商的交互，就能够便捷、按需地访问共享资源(包括网络、服务器、存储、应用和服务等)的计算模式。随着制造业的快速发展，车间工业现场所需的设备数量越来越多，而设备来自于不同厂家，接入方式和协议也是千差万别，目前，在车间设备接入方面，国内外的研究主要关注于集中接入，由于设备厂家生产方式不同，设备接入受到异构问题的限制，因此出现如下几个问题：
(1)实时性不够：车间工业现场设备数量巨大，将设备接入全部集中到云平台进行接入，会造成接入信息传输延迟，导致设备接入出现延迟；
(2)拓展性不足：车间工业现场设备来自于不同厂家，接入方式和协议千差万别，造成设备接入繁琐，导致设备接入管理起来不方便，降低了生产效率。
边缘计算在靠近物或数据源头的网络边缘侧，能够解决车间现场计算处理实时性、安全性、可靠性等问题，而云平台难以满足上述要求，边云协同的概念由此应运而生。边云协同会放大边缘计算与云计算价值，借助各自的优势进行互补协同，云平台可以统一进行模型和规则定义下发至边缘侧，而边缘侧相比于云平台更少地受限制于网络资源问题，可以实时基于模型和规则进行运行，因此，边云协同能更好地实现资源最大程度的利用。
发明内容
为解决当前将车间设备直接接入云平台的方法无法兼顾实时性及可拓展性的问题，本发明提出一种基于边云协同的车间设备接入系统及方法，车间设备接入延迟小，管理方便，可拓展性强。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种基于边云协同的车间设备接入系统，所述系统包括：
云平台，用于统一配置不同车间设备类型的接入信息，将不同车间设备类型的接入信息下发至边缘计算平台；
边缘计算平台，用于接收云平台下发的不同车间设备类型的接入信息，进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息，然后将实体车间设备接入信息下发至车间设备层；
车间设备层，用于接收边缘计算平台下发的实体车间设备接入信息，进行车间设备接入，然后生成实体车间设备接入响应信息，将实体车间设备接入响应信息通过边缘计算平台反馈至云平台；
云平台、边缘计算平台和车间设备层之间均通过网络进行连接。
在本技术方案中，考虑到当前云平台直接接入车间设备时，云平台接入受到通信距离长，网络拥堵阻塞等缺点的影响，造成延迟性高导致接入实时性差的后果，将边缘计算平台部署在云平台和车间设备层之间，云平台将不同车间设备类型的接入信息统一配置，并下发至边缘计算平台，边缘计算平台根据不同车间设备类型的接入信息，进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息，车间设备层进行车间设备统一接入，一方面，边缘计算平台靠近车间设备层，通信距离缩短，网络拥堵减缓等缺点得到很大程度上的减缓，接入实时性提高；另一方面，若添加新类型的车间设备，仅需要云平台进行新类型的接入信息统一配置，边缘计算平台仅需要根据新类型接入信息进行新类型车间设备的虚拟车间信息注册，并实例化即可；若删除旧类型车间设备，只需云平台进行旧类型接入信息删除，边缘计算平台根据已有更新类型进行对比，删除旧类型车间设备信息注册即可，提高车间设备接入的可拓展性。
优选地，所述云平台包括：
车间设备接入信息配置模块，用于统一配置不同车间设备类型的接入信息；车间设备类型分为控制类设备和感知类设备，接入信息包括设备编号、设备名称、设备地址、设备控制操作权限、设备操作点地址、设备操作操作点名称、设备通信协议、串口服务器地址、串口服务器名称；所述的设备控制操作权限包括控制和感知，所述的设备操作点名称指车间设备具体的操作位置；
接入状态信息监控模块，用于监控车间设备接入状态信息；
云平台消息队列模块，用于创建消息Topic，以作为云平台消息上传下达的通道；所述的消息Topic包括接入模型信息Topic和接入状态响应信息Topic，所述的云平台消息包括车间设备接入信息配置模块配置的不同车间设备类型的接入信息及边缘计算平台反馈的实体车间设备接入响应信息；
边云协同接口服务端模块，用于将不同车间设备类型的接入信息下发至边缘计算平台，以及接收边缘计算平台反馈的实体车间设备接入响应信息。
优选地，所述边缘计算平台包括：
边云协同接口客户端模块，用于接收边云协同接口服务端模块下发的不同车间设备类型的接入信息，以及上传实体车间设备接入响应信息；
接入模型实例化模块，用于注册虚拟车间设备信息，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息；所述的虚拟车间设备信息为每个类型的车间设备根据对应车间类型的接入信息属性进行注册的实际值，是对不同车间设备类型的接入信息的虚拟描述，未与不同车间设备类型的接入信息进行实际配对；将虚拟车间设备信息进行实例化时，每个类型的车间设备将对应车间类型的接入信息进行注册的实际值一一赋予至不同车间设备类型的接入信息属性处，形成实体车间设备接入信息。
车间设备接入模块，用于下发实体车间设备接入信息，以及处理实体车间设备接入响应信息；
边缘计算平台消息队列模块，用于创建消息Topic，以作为边缘计算平台所承载的消息上传下达的通道，包括：实体车间设备接入信息Topic、校验接入状态响应信息Topic及最终接入状态响应信息Topic；
存储模块，用于存储不同车间设备类型的接入信息以及虚拟车间设备信息。
优选地，所述车间设备层包括：智能Agent网关、串口服务器以及车间设备；智能Agent网关用于接收实体车间设备接入信息，进行车间设备接入，以及接收实体车间设备接入响应信息，上传至边缘计算平台；串口服务器用于串口数据流与网络数据流的转换；车间设备包括：机械加工装备、电气互联装备、表面工程装备、工业机器人、控制系统、计量器具及若干传感器。
本发明还提出一种基于边云协同的车间设备接入方法，所述方法包括以下步骤：
S1.云平台统一配置不同车间设备类型的接入信息，将不同车间设备类型的接入信息下发至边缘计算平台；
S2.边缘计算平台进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息，然后将实体车间设备接入信息下发至车间设备层；
S3.车间设备层接收边缘计算平台下发的实体车间设备接入信息，进行车间设备接入，然后生成实体车间设备接入响应信息，将实体车间设备接入响应信息通过边缘计算平台反馈至云平台。
优选地，步骤S1中，云平台在统一配置不同车间设备类型的接入信息后，根据接入信息自动生成XML Schema文件，所述XML Schema文件上承载了不同车间设备类型的接入信息，云平台将不同车间设备类型的接入信息通过XML Schema文件下发至边缘计算平台。
在此，XML Schema文件能够使不同车间设备类型的接入信息通过文件方式下发至边缘计算平台，记录了不同车间设备类型的接入信息，只有通过此文件，边缘计算平台才能生成实体车间设备接入信息，车间设备才能接入。
优选地，步骤S2所述边缘计算平台进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息的过程为：
S21.边缘计算平台通过XML Schema文件接收不同车间设备类型的接入信息；
S22.每个类型的车间设备根据对应车间类型的接入信息属性进行注册，对不同车间设备类型的接入信息的虚拟描述；
S23.每个类型的车间设备将对应车间类型的接入信息进行注册的实际值一一赋予至不同车间设备类型的接入信息属性处，形成实体车间设备接入信息。
在此，所述的“属性”是指信息的某种具体信息，如设备编号、设备名称等。
优选地，步骤S3中还包括：实体车间设备接入响应信息生成后的校验处理，校验处理过程为：
S31.设实体车间设备接入响应信息为{Da,Cc},其中Da为设备地址值，Cc为校验码，根据校验码校验设备地址值格式和数值；
S32.车间设备层设有智能Agent网关，若设备值地址值格式和数值正确，与智能Agent网关容器Da设备地址值比较，若相等，则添加接入成功标志位Ls,赋标志位Ls值为1,添加标志位后的响应信息为{Da,Cc,1}；若不相等，则添加接入失败标志位Lf,赋标志位Lf值为0,添加标志位后的实体车间设备接入响应信息为{Da,Cc,0}；
若设备地址值格式和数值不正确，则网络链路和设备出现异常，直接添加接入异常标志位Le,赋标志位Le值为2，添加标志位后的实体车间设备接入响应信息为{Da,Cc,2}。
在此，该过程依赖于车间设备层的智能Agent网关，智能Agent网关接收到实体车间设备接入响应信息后进行校验处理，最后将校验接入状态响应信息发布至边缘计算平台消息队列模块的校验接入状态响应信息Topic中。
优选地，步骤S3中，通过边缘计算平台反馈至云平台的实体车间设备接入响应信息为校验处理之后，添加了标志位的实体车间设备接入响应信息经边缘计算平台再处理得到的最终实体车间设备接入响应信息，云平台接收到最终实体车间设备接入响应信息，进行车间设备接入信息可视化，方便车间生产管理人员随时随地进行车间设备接入监控,进行相应地处理。
优选地，所述的添加了标志位的实体车间设备接入响应信息经边缘计算平台再处理的过程为：
S301.边缘计算平台接收车间设备层传输的添加了标志位的实体车间设备接入响应信息；
S302.若接入标志位为Ls,则获取详细虚拟车间设备信息，最终实体车间设备接入响应信息为{Di,Dn,Da,Sa,Sn,Ls}，其中，Di为设备编号，Dn为设备名称，Da为设备地址，Sa为串口服务器地址，Sn为串口服务器名称，Ls为接入成功标志位，值为1；
若接入标志位为Lf，则依次执行步骤S303和步骤S304；
S303.获取详细虚拟车间设备信息，最终实体车间设备接入响应信息为{Di,Dn,Da,Sa,Sn,Lf}，其中，Di为设备编号，Dn为设备名称，Da为设备地址，Sa为串口服务器地址，Sn为串口服务器名称，Lf为接入失败标志位，值为0；
S304.根据Da设备地址值获取详细虚拟车间设备信息，返回步骤S2进行车间设备重新接入，直至车间设备接入成功；
若接入标志位为Le,则依次执行步骤S305和步骤S306；
S305.获取详细虚拟车间设备信息，最终实体车间设备接入响应信息为{Di,Dn,Da,Sa,Sn,Le}，其中,Di为设备编号，Dn为设备名称，Da为设备地址，Sa为串口服务器地址，Sn为串口服务器名称，Le为接入异常标志位，值为2；
S306.车间设备和网络工作人员对网络链路和设备进行维护，将虚拟车间设备信息暂时移除，等待维修过后网络链路和设备正常工作，返回步骤S2进行车间设备重新接入，直至车间设备接入成功。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出一种基于边云协同的车间设备接入系统及方法，将边缘计算平台部署在云平台和车间设备层之间，云平台将不同车间设备类型的接入信息统一配置，并下发至边缘计算平台，边缘计算平台根据不同车间设备类型的接入信息，进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息，车间设备层进行车间设备统一接入，一方面，边缘计算平台靠近车间设备层，通信距离缩短，接入实时性提高；另一方面，若添加或删减不同类型的车间设备，仅需云平台再进行车间设备类型的接入信息统一配置，边缘计算平台仅需要根据接入信息进行车间设备的虚拟车间信息注册，并实例化即可，提高了车间设备接入的可拓展性。
附图说明
图1表示本发明实施例1中提出的基于边云协同的车间设备接入系统的整体架构图；
图2表示本发明实施例2中提出的基于边云协同的车间设备接入方法的流程图；
图3表示本发明实施例2中提出的将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息的方法流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示的基于边云协同的车间设备接入系统的整体架构图，参见图1，从整体上，所述系统包括：
云平台，用于统一配置不同车间设备类型的接入信息，将不同车间设备类型的接入信息下发至边缘计算平台；
边缘计算平台，用于接收云平台下发的不同车间设备类型的接入信息，进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息，然后将实体车间设备接入信息下发至车间设备层；
车间设备层，用于接收边缘计算平台下发的实体车间设备接入信息，进行车间设备接入，然后生成实体车间设备接入响应信息，将实体车间设备接入响应信息通过边缘计算平台反馈至云平台。
考虑到当前云平台直接接入车间设备时，云平台接入受到通信距离长，网络拥堵阻塞等缺点的影响，造成延迟性高导致接入实时性差的后果，如图1所示，将边缘计算平台部署在云平台和车间设备层之间，云平台将不同车间设备类型的接入信息统一配置，并下发至边缘计算平台，边缘计算平台根据不同车间设备类型的接入信息，进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息，车间设备层进行车间设备统一接入；另外，参见图1，云平台、边缘计算平台及车间设备层三者之间是双向的数据信息传输关系，云平台、边缘计算平台和车间设备层均通过网络进行连接，自下而上，车间设备层将实体车间设备接入响应信息通过边缘计算平台反馈至云平台。
在本实施例中，参见图1，云平台包括：
车间设备接入信息配置模块，用于统一配置不同车间设备类型的接入信息，将不同车间设备类型的接入信息发布给云平台消息队列模块；车间设备类型分为控制类设备和感知类设备，在本实施例中，控制类设备主要是以工业机器人为主，感知类设备主要是以内嵌和外接传感器设备为主；接入信息包括设备编号、设备名称、设备地址、设备控制操作权限、设备操作点地址、设备操作操作点名称、设备通信协议、串口服务器地址、串口服务器名称；所述的设备控制操作权限包括控制和感知，所述的设备操作点名称指车间设备具体的操作位置；
接入状态信息监控模块，用于监控车间设备接入状态信息，订阅云平台消息队列模块的接入状态响应信息；
云平台消息队列模块，用于创建消息Topic，以作为云平台消息上传下达的通道；所述的消息Topic包括接入模型信息Topic和接入状态响应信息Topic，所述的云平台消息包括车间设备接入信息配置模块配置的不同车间设备类型的接入信息及边缘计算平台反馈的实体车间设备接入响应信息；云平台消息队列模块为云平台中其它模块所需目标消息使用的缓存模块，其它模块若要使用目标消息，首先目标消息需在云平台消息队列模块中创建一个以其本身为信息的消息Topic，然后目标信息将自身信息发布到消息Topic中，只有其它模块订阅该消息Topic，才能使用该目标信息，所述的接入模型信息Topic为统一配置不同车间设备类型的接入信息Topic，接入状态响应信息Topic为边缘计算平台反馈的实体车间设备接入响应信息Topic。
边云协同接口服务端模块，用于将不同车间设备类型的接入信息下发至边缘计算平台，以及接收边缘计算平台反馈的实体车间设备接入响应信息，更具体的，在本实施例中，边云协同接口服务端模块订阅云平台消息队列模块的接入信息Topic，获取到不同车间设备类型的接入信息并下发至边缘计算平台，同时接收边缘计算平台上传的接入状态响应信息，并将接入状态响应信息发布至云平台消息队列模块接入状态响应信息Topic中。
在本实施例中，参见图1，边缘计算平台包括：
边云协同接口客户端模块，用于接收边云协同接口服务端模块下发的不同车间设备类型的接入信息，以及上传实体车间设备接入响应信息；
中间的传输过程为：边云协同接口客户端模块接收云平台下发的不同车间设备类型的接入信息，并将接入模型信息存储至存储模块，同时订阅边缘计算平台消息队列模块的最终接入状态响应信息的Topic，获取到最终接入状态响应信息并将最终接入状态响应信息上传至云平台。
接入模型实例化模块，用于注册虚拟车间设备信息，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息；所述的虚拟车间设备信息为每个类型的车间设备根据对应车间类型的接入信息属性进行注册的实际值，是对不同车间设备类型的接入信息的虚拟描述，未与不同车间设备类型的接入信息进行实际配对；将虚拟车间设备信息进行实例化时，每个类型的车间设备将对应车间类型的接入信息进行注册的实际值一一赋予至不同车间设备类型的接入信息属性处，形成实体车间设备接入信息。
车间设备接入模块，用于下发实体车间设备接入信息，以及处理实体车间设备接入响应信息；
边缘计算平台消息队列模块，用于创建消息Topic，以作为边缘计算平台所承载的消息上传下达的通道，包括：实体车间设备接入信息Topic、校验接入状态响应信息Topic及最终接入状态响应信息Topic；
存储模块，用于存储不同车间设备类型的接入信息以及虚拟车间设备信息。
在本实施例中，所述车间设备层包括：智能Agent网关、串口服务器以及车间设备；智能Agent网关用于接收实体车间设备接入信息，进行车间设备接入，以及接收实体车间设备接入响应信息，上传至边缘计算平台；串口服务器用于串口数据流与网络数据流的转换；车间设备包括：机械加工装备、电气互联装备、表面工程装备、工业机器人、控制系统、计量器具及若干传感器。
实施例2
如图2所示，本发明还提出一种基于边云协同的车间设备接入方法，所述方法基于实施例1中所述的基于边云协同的车间设备接入系统实现，包括以下步骤：
S1.云平台统一配置不同车间设备类型的接入信息，将不同车间设备类型的接入信息下发至边缘计算平台；
S2.边缘计算平台进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息，然后将实体车间设备接入信息下发至车间设备层；
S3.车间设备层接收边缘计算平台下发的实体车间设备接入信息，进行车间设备接入，然后生成实体车间设备接入响应信息，将实体车间设备接入响应信息通过边缘计算平台反馈至云平台。
在本实施例中，步骤S1中，云平台在统一配置不同车间设备类型的接入信息(这里手动配置)后，根据接入信息自动生成XML Schema文件，XML Schema文件上承载了不同车间设备类型的接入信息，云平台将不同车间设备类型的接入信息通过XML Schema文件下发至边缘计算平台，XML Schema文件能够使不同车间设备类型的接入信息通过文件方式下发至边缘计算平台，记录了不同车间设备类型的接入信息，只有通过此文件，边缘计算平台才能生成实体车间设备接入信息，车间设备才能接入。在该过程中，基于车间设备接入信息配置模块统一配置不同车间设备类型的接入信息(这里手动配置)后，根据接入信息自动生成XML Schema文件，并定时将XML Schema文件发送至云平台消息队列模块的接入模型信息Topic中。
在本实施例中，如图3所示，步骤S2所述边缘计算平台进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息的过程为：
S21.边缘计算平台通过XML Schema文件接收不同车间设备类型的接入信息；
S22.每个类型的车间设备根据对应车间类型的接入信息属性进行注册，对不同车间设备类型的接入信息的虚拟描述；
S23.每个类型的车间设备将对应车间类型的接入信息进行注册的实际值一一赋予至不同车间设备类型的接入信息属性处，形成实体车间设备接入信息。
在此，所述的“属性”是指信息的某种具体信息，如设备编号、设备名称等，每个类型车间设备根据对应地接入模型中属性信息进行注册的实际值(但该值还是停留在文本上，只是对设备接入信息的虚拟描述，还未与接入信息进行实际配对，还未能形成直接可以进行设备接入的信息，例如，现有一个感知类车间设备待接入，根据设备类型获取到了感知类车间设备接入XML Schema文件，XML Schema文件承载了车间设备类型的接入信息，需要进行注册每个属性对应的实际值，如设备编号、设备名称等，由于注册的虚拟车间设备信息还只是停留在文本信息，因此将注册的实际值一一赋予到接入模型对应的属性处。这个实体车间设备接入信息是具体的车间设备接入信息，可以在网络链路中进行传输的接入信息。
在本实施例中，步骤S3中还包括：实体车间设备接入响应信息生成后的校验处理，校验处理过程为：
S31.设实体车间设备接入响应信息为{Da,Cc},其中Da为设备地址值，Cc为校验码，根据校验码校验设备地址值格式和数值；
S32.车间设备层设有智能Agent网关，若设备值地址值格式和数值正确，与智能Agent网关容器Da设备地址值比较，若相等，则添加接入成功标志位Ls,赋标志位Ls值为1,添加标志位后的响应信息为{Da,Cc,1}；若不相等，则添加接入失败标志位Lf,赋标志位Lf值为0,添加标志位后的实体车间设备接入响应信息为{Da,Cc,0}；
若设备地址值格式和数值不正确，则网络链路和设备出现异常，直接添加接入异常标志位Le,赋标志位Le值为2，添加标志位后的实体车间设备接入响应信息为{Da,Cc,2}。
步骤S31～S32的过程依赖于车间设备层的智能Agent网关，智能Agent网关接收到实体车间设备接入响应信息后进行校验处理，最后将校验接入状态响应信息发布至边缘计算平台消息队列模块的校验接入状态响应信息Topic中。
在本实施例中，步骤S3通过边缘计算平台反馈至云平台的实体车间设备接入响应信息为校验处理之后，添加了标志位的实体车间设备接入响应信息经边缘计算平台再处理得到的最终实体车间设备接入响应信息，云平台接收到最终实体车间设备接入响应信息，进行车间设备接入信息可视化。
未添加标志位之前的实体车间设备接入信息对应实体车间设备接入信息Topic，添加了标志位的实体车间设备接入响应信息对应校验接入状态响应信息Topic，经边缘计算平台再处理得到的最终实体车间设备接入响应信息对应最终接入状态响应信息Topic；云平台接收到最终实体车间设备接入响应信息之前，依赖于云平台的边云协同接口服务端模块，边云协同接口服务端模块将接入状态响应信息发布至云平台消息队列模块接入状态响应信息Topic中，云平台接入状态信息监控模块订阅接入状态响应信息Topic获取到最终实体车间设备接入响应信息。
其中，云平台接入状态信息监控模块订阅接入状态响应信息Topic获取到接入状态响应信息，根据不同标志位的接入响应信息进行不同形式可视化：
若是接入成功标志位，进行设备绿色告示可视化，表明该设备接入成功；
若是接入失败标志位，进行设备黄色告示可视化，表明该设备接入失败；
若是接入异常标志位，进行设备红色告示可视化，表明该设备接入异常
在本实施例中，添加了标志位的实体车间设备接入响应信息经边缘计算平台再处理的过程为：
S301.边缘计算平台接收车间设备层传输的添加了标志位的实体车间设备接入响应信息；
S302.若接入标志位为Ls,则获取详细虚拟车间设备信息，最终实体车间设备接入响应信息为{Di,Dn,Da,Sa,Sn,Ls}，其中，Di为设备编号，Dn为设备名称，Da为设备地址，Sa为串口服务器地址，Sn为串口服务器名称，Ls为接入成功标志位，值为1；
若接入标志位为Lf，则依次执行步骤S303和步骤S304；
S303.获取详细虚拟车间设备信息，最终实体车间设备接入响应信息为{Di,Dn,Da,Sa,Sn,Lf}，其中，Di为设备编号，Dn为设备名称，Da为设备地址，Sa为串口服务器地址，Sn为串口服务器名称，Lf为接入失败标志位，值为0；
S304.根据Da设备地址值获取详细虚拟车间设备信息，返回步骤S2进行车间设备重新接入，直至车间设备接入成功；
若接入标志位为Le,则依次执行步骤S305和步骤S306；
S305.获取详细虚拟车间设备信息，最终实体车间设备接入响应信息为{Di,Dn,Da,Sa,Sn,Le}，其中,Di为设备编号，Dn为设备名称，Da为设备地址，Sa为串口服务器地址，Sn为串口服务器名称，Le为接入异常标志位，值为2；
S306.车间设备和网络工作人员对网络链路和设备进行维护，将虚拟车间设备信息暂时移除，等待维修过后网络链路和设备正常工作，返回步骤S2进行车间设备重新接入，直至车间设备接入成功。
S301～S306的过程依赖于边缘计算平台的车间设备接入模块，车间设备接入模块订阅校验接入状态响应信息Topic，获取到校验后添加了标志位的实体车间设备接入响应信息后进行再处理，一方面是要上传至云平台进行可视化，另一方面也是要进行重新接入。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于边云协同的车间设备接入系统，其特征在于，所述系统包括：
云平台，用于统一配置不同车间设备类型的接入信息，将不同车间设备类型的接入信息下发至边缘计算平台；
边缘计算平台，用于接收云平台下发的不同车间设备类型的接入信息，进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息，然后将实体车间设备接入信息下发至车间设备层；
车间设备层，用于接收边缘计算平台下发的实体车间设备接入信息，进行车间设备接入，然后生成实体车间设备接入响应信息，将实体车间设备接入响应信息通过边缘计算平台反馈至云平台；
云平台、边缘计算平台和车间设备层之间均通过网络进行连接。
2.根据权利要求1所述的基于边云协同的车间设备接入系统，其特征在于，所述云平台包括：
车间设备接入信息配置模块，用于统一配置不同车间设备类型的接入信息；车间设备类型分为控制类设备和感知类设备，接入信息包括设备编号、设备名称、设备地址、设备控制操作权限、设备操作点地址、设备操作操作点名称、设备通信协议、串口服务器地址、串口服务器名称；所述的设备控制操作权限包括控制和感知，所述的设备操作点名称指车间设备具体的操作位置；
接入状态信息监控模块，用于监控车间设备接入状态信息；
云平台消息队列模块，用于创建消息Topic，以作为云平台消息上传下达的通道；所述的消息Topic包括接入模型信息Topic和接入状态响应信息Topic，所述的云平台消息包括车间设备接入信息配置模块配置的不同车间设备类型的接入信息及边缘计算平台反馈的实体车间设备接入响应信息；
边云协同接口服务端模块，用于将不同车间设备类型的接入信息下发至边缘计算平台，以及接收边缘计算平台反馈的实体车间设备接入响应信息。
3.根据权利要求2所述的基于边云协同的车间设备接入系统，其特征在于，所述边缘计算平台包括：
边云协同接口客户端模块，用于接收边云协同接口服务端模块下发的不同车间设备类型的接入信息，以及上传实体车间设备接入响应信息；
接入模型实例化模块，用于注册虚拟车间设备信息，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息；所述的虚拟车间设备信息为每个类型的车间设备根据对应车间类型的接入信息属性进行注册的实际值，是对不同车间设备类型的接入信息的虚拟描述，未与不同车间设备类型的接入信息进行实际配对；将虚拟车间设备信息进行实例化时，每个类型的车间设备将对应车间类型的接入信息进行注册的实际值一一赋予至不同车间设备类型的接入信息属性处，形成实体车间设备接入信息；
车间设备接入模块，用于下发实体车间设备接入信息，以及处理实体车间设备接入响应信息；
边缘计算平台消息队列模块，用于创建消息Topic，以作为边缘计算平台所承载的消息上传下达的通道，包括：实体车间设备接入信息Topic、校验接入状态响应信息Topic及最终接入状态响应信息Topic；
存储模块，用于存储不同车间设备类型的接入信息以及虚拟车间设备信息。
4.根据权利要求3所述的基于边云协同的车间设备接入系统，其特征在于，所述车间设备层包括：智能Agent网关、串口服务器以及车间设备；智能Agent网关用于接收实体车间设备接入信息，进行车间设备接入，以及接收实体车间设备接入响应信息，上传至边缘计算平台；串口服务器用于串口数据流与网络数据流的转换；车间设备包括：机械加工装备、电气互联装备、表面工程装备、工业机器人、控制系统、计量器具及若干传感器。
5.一种基于边云协同的车间设备接入方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1.云平台统一配置不同车间设备类型的接入信息，将不同车间设备类型的接入信息下发至边缘计算平台；
S2.边缘计算平台进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息，然后将实体车间设备接入信息下发至车间设备层；
S3.车间设备层接收边缘计算平台下发的实体车间设备接入信息，进行车间设备接入，然后生成实体车间设备接入响应信息，将实体车间设备接入响应信息通过边缘计算平台反馈至云平台。
6.根据权利要求5所述的基于边云协同的车间设备接入方法，其特征在于，步骤S1中，云平台在统一配置不同车间设备类型的接入信息后，根据接入信息自动生成XML Schema文件，所述XML Schema文件上承载了不同车间设备类型的接入信息，云平台将不同车间设备类型的接入信息通过XML Schema文件下发至边缘计算平台。
7.根据权利要求5所述的基于边云协同的车间设备接入方法，其特征在于，步骤S2所述边缘计算平台进行虚拟车间设备信息注册，并将虚拟车间设备信息进行实例化，形成实体车间设备接入信息的过程为：
S21.边缘计算平台通过XML Schema文件接收不同车间设备类型的接入信息；
S22.每个类型的车间设备根据对应车间类型的接入信息属性进行注册，对不同车间设备类型的接入信息的虚拟描述；
S23.每个类型的车间设备将对应车间类型的接入信息进行注册的实际值一一赋予至不同车间设备类型的接入信息属性处，形成实体车间设备接入信息。
8.根据权利要求5所述的基于边云协同的车间设备接入方法，其特征在于，步骤S3中还包括：实体车间设备接入响应信息生成后的校验处理，校验处理过程为：
S31.设实体车间设备接入响应信息为{Da,Cc},其中Da为设备地址值，Cc为校验码，根据校验码校验设备地址值格式和数值；
S32.车间设备层设有智能Agent网关，若设备值地址值格式和数值正确，与智能Agent网关容器Da设备地址值比较，若相等，则添加接入成功标志位Ls,赋标志位Ls值为1,添加标志位后的响应信息为{Da,Cc,1}；若不相等，则添加接入失败标志位Lf,赋标志位Lf值为0,添加标志位后的实体车间设备接入响应信息为{Da,Cc,0}；
若设备地址值格式和数值不正确，则网络链路和设备出现异常，直接添加接入异常标志位Le,赋标志位Le值为2，添加标志位后的实体车间设
备接入响应信息为{Da,Cc,2}。
9.根据权利要求8所述的基于边云协同的车间设备接入方法，其特征在于，步骤S3中，通过边缘计算平台反馈至云平台的实体车间设备接入响应信息为校验处理之后，添加了标志位的实体车间设备接入响应信息经边缘计算平台再处理得到的最终实体车间设备接入响应信息，云平台接收到最终实体车间设备接入响应信息，进行车间设备接入信息可视化。
10.根据权利要求9所述的基于边云协同的车间设备接入方法，其特征在于，所述的添加了标志位的实体车间设备接入响应信息经边缘计算平台再处理的过程为：
S301.边缘计算平台接收车间设备层传输的添加了标志位的实体车间设备接入响应信息；
S302.若接入标志位为Ls,则获取详细虚拟车间设备信息，最终实体车间设备接入响应信息为{Di,Dn,Da,Sa,Sn,Ls}，其中，Di为设备编号，Dn为设备名称，Da为设备地址，Sa为串口服务器地址，Sn为串口服务器名称，Ls为接入成功标志位，值为1；
若接入标志位为Lf，则依次执行步骤S303和步骤S304；
S303.获取详细虚拟车间设备信息，最终实体车间设备接入响应信息为{Di,Dn,Da,Sa,Sn,Lf}，其中，Di为设备编号，Dn为设备名称，Da为设备地址，Sa为串口服务器地址，Sn为串口服务器名称，Lf为接入失败标志位，值为0；
S304.根据Da设备地址值获取详细虚拟车间设备信息，返回步骤S2进行车间设备重新接入，直至车间设备接入成功；
若接入标志位为Le,则依次执行步骤S305和步骤S306；
S305.获取详细虚拟车间设备信息，最终实体车间设备接入响应信息为{Di,Dn,Da,Sa,Sn,Le}，其中,Di为设备编号，Dn为设备名称，Da为设备地址，Sa为串口服务器地址，Sn为串口服务器名称，Le为接入异常标志位，值为2；
S306.车间设备和网络工作人员对网络链路和设备进行维护，将虚拟车间设备信息暂时移除，等待维修过后网络链路和设备正常工作，返回步骤S2进行车间设备重新接入，直至车间设备接入成功。
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