CN114237171A - 边缘与云端融合的工业自动化维护方法及系统 - Google Patents

边缘与云端融合的工业自动化维护方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及工业智能控制领域，具体涉及一种边缘与云端融合的工业自动化维护方法及系统。边缘与云端融合的工业自动化维护方法通过人机界面接口将云端的集成开发环境展示给电气工程师，电气工程师将相应的自动化工程或边缘设备的配置更改之后，利用物联网平台寻找定位对应的边缘设备，向安装在边缘设备上的装备发送请求，边缘设备上的处理程序接收请求，对设备做出对应的处理并且把处理结果反馈至云端服务器。本申请通过云端和边缘设备的协同来实现。省去了中间人工携带存储媒介前往现场维护调试的过程，极大地提高解决问题的效率，增强了客户的满意度。

Description

边缘与云端融合的工业自动化维护方法及系统
技术领域
本发明涉及工业智能控制领域，具体涉及一种边缘与云端融合的工业自动化维护方法及系统。
背景技术
目前在工业控制领域（包括智能控制和人机交互领域）除非硬件本身出现问题，设备安装调试完成之后，边缘端（即工业现场）出现的问题，大部分都是可以通过对设备上运行的自动化工程或边缘设备的配置文件进行更改就可以完成的，但是这个过程现在都是需要在电气工程师的电脑上，通过桌面端开发环境中对工程或配置进行修改，然后通过人工到工业现场在对设备进行更改实施。
但是人工来往工业现场进行操作设置往往是需要时间与成本的，更有甚者，有些设备所在的环境是恶劣的，或者是路途遥远的，或者是设备安装位置不适合人员靠近的等等，通过人工在设备前操作会非常不方便，不能规模化操作，对于实时性要求比较高的问题的解决速度上来说是很难让客户接受的，同时维护的成本也是非常高的。
发明内容
为了实现远程维护，本申请提供了一种边缘与云端融合的工业自动化维护方法及系统。通过在云端开发环境上通过物联网管理平台，可以实现在线与边缘设备之间的连接与控制，尽大可能的省去通过人工到工业现场解决问题的过程，使得问题解决的效率得以提升。
第一方面，本申请公开的边缘与云端融合的工业自动化维护方法，其技术方案为：
边缘与云端融合的工业自动化维护方法，包括：
搭建基于浏览器的云端开发环境；
将工程数据存储至云端数据库，所述工程数据包括自动化工程或边缘设备的配置；
基于浏览器的云端开发环境向云端服务器请求打开工程，将存储在云端数据库的自动化工程、边缘设备的配置载入至云端集成开发环境中，并对自动化工程或边缘设备的配置进行修改；
基于浏览器的云端开发环境向云端服务器请求连接边缘设备，云端服务器将请求发送至物联网平台，以尝试连接对应的边缘设备；
在与边缘设备实现连接后，基于浏览器的云端开发环境向云端服务器发送维护指令至边缘设备；
通过云端服务器接受来自于边缘设备的反馈；
在维护目的达成后，基于浏览器的云端开发环境向云端服务器请求断开与边缘设备的连接。
在一些实施方式中，在与边缘设备实现连接后，基于浏览器的云端开发环境向云端服务器发送维护指令至边缘设备包括：
发送更新后的自动化工程或边缘设备的配置至边缘设备，或向云端服务器发送重启指令至边缘设备，或向云端服务器发送对边缘设备进行在线调试请求，云端服务器将请求发送至边缘设备。
在一些实施方式中，发送更新后的自动化工程或边缘设备的配置至边缘设备为：
基于浏览器的云端开发环境向云端服务器请求发送更新后的自动化工程或边缘设备的配置，云端服务器将按照更新后的自动化工程或边缘设备的配置分别进行压缩处理，边缘设备的配置会直接进行压缩，自动化工程会先经过编译生成在边缘设备能运行的可执行文件，然后压缩，然后将压缩后的文件通过HTTP请求发送至边缘设备。
在一些实施方式中，在维护目的达成后，还包括：
云端服务器将此次连接的信息以及操作情况发送至物联网平台，物联网平台将与边缘设备相关的操作都在系统中进行记录，便于后续相关人员查看；
将修改过的自动化工程或边缘设备的配置保存至云端数据库。
第二方面，本申请公开的边缘与云端融合的工业自动化维护系统，其技术方案为：
边缘与云端融合的工业自动化维护系统，包括：
前端浏览器，搭建有基于浏览器的云端开发环境；
云端服务器，用于处理前端浏览器发送的业务请求，以及边缘设备反馈的信息；
云端数据库，与所述云端服务器通信连接，用于存储自动化工程、边缘设备的配置；
物联网平台，与所述云端服务器通信连接，同时所述物联网平台实现各边缘设备的交互。
在一些实施方式中，所述搭建基于浏览器的云端开发环境具体为：
使用EclipseTheia框架搭建云端开发环境，通过React进行构建前端界面，利用Electron技术生成桌面客户端，利用Web技术打包生成可部署在云端的系统。
在一些实施方式中，前端业务处理模块使用NodeJs构建，主要负责与前端页面的交互的处理，请求通过JSON-RPC的方式发送，功能主要包括对数据进行过滤、包装、转发至云端服务器。
在一些实施方式中，云端服务器使用.NetCore、SprintCloud、Golang或Python技术开发，运行HttpWeb服务器，云端服务器是业务处理的核心模块，负责自动化工程的管理，编译生成对应平台的可执行文件，与边缘设备建立连接，和边缘设备进行通讯发送请求；云端数据库使用PostgreSQL数据库存储所有需要持久化的信息，包括自动化工程、边缘设备的配置。
在一些实施方式中，在边缘设备上部署使用Golang、C++或Rust开发的边缘设备端，可以通过Http响应来自于云端服务器的请求，包括连接、断开连接、更新自动化工程或边缘设备的配置的业务请求、监控边缘设备运行情况。
在一些实施方式中，边缘设备端通过Socket、Modbus、MQTT协议的方式和设备中的下位机、伺服进行通讯以进行数据交换，达到对设备进行控制、维护的目的。
本申请提供的边缘与云端融合的工业自动化维护方法及系统与先有技术相比，具有以下技术效果：
1.通过将工业自动化开发环境移至云端的方式，将与边缘设备的距离拉进，在线可以对设备的配置进行更新，可以将边缘设备正在运行的自动化工程进行修改后下发至设备使之生效，还可以在线对设备的运行情况进行调试用于验证更新是否达到预期的目的等。可以将边缘设备看作是一台本地设备，传统方式在自动化客户端对设备进行的操作，本方案都可以通过云端和边缘设备的协同来实现，省去了中间人工携带存储媒介前往现场维护调试的过程，极大地提高解决问题的效率，增强了客户的满意度。
2.现在的物联网能实现对边缘设备的数据读取写入、设备重启等简单控制等，本发明拓宽了物联网平台对边缘设备的操控范围，可以实现对设备的自动化工程的在线更新，在线调试等。
附图说明
图1为本申请提供的边缘与云端融合的工业自动化维护方法的流程图；
图2为本申请提供的边缘与云端融合的工业自动化维护系统的框架结构示意图。
图中，10、前端浏览器；1、云端服务器；2、云端数据库；3、物联网平台；4、边缘设备。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本申请公开了边缘与云端融合的工业自动化维护方法及系统，通过人机界面接口将云端的集成开发环境展示给电气工程师，电气工程师将相应的自动化工程或边缘设备的配置更改之后，利用物联网平台3寻找定位对应的边缘设备4，向安装在边缘设备4上的装备发送请求，边缘设备4上的处理程序接收请求，对设备做出对应的处理并且把处理结果反馈至云端服务器1。
具体的，在维护前需要搭建基于浏览器的云端开发环境，并且将工程数据存储至云端数据库2，这里，所述的工程数据包括自动化工程或边缘设备的配置。
然后，如图1所示，其维护方法包括如下步骤：
步骤1.按操作步骤图中步骤1所示，电气工程师在有通过边缘设备进行自动化工程或边缘设备的配置更新的需求的时候，电气工程师只需要在任何能联网的设备的前端浏览器10中打开云端的集成开发环境，将电气工程师存储在云端数据库2的自动化工程或边缘设备的配置载入至云端集成开发环境中，并对自动化工程或边缘设备的配置进行修改；
步骤2.按操作步骤图中步骤2，3所示，电气工程师在云端开发环境中请求连接边缘设备4，前端浏览器10会把请求发送至云端服务器1，云端服务器1只负责和自动化相关的服务，对于此类请求云端服务器1会将请求转至物联网平台3，物联网平台3负责所有边缘设备4交互，物联网平台3将连接交互信息返回至云端服务器1，云端服务器1会尝试连接边缘设备4。如果连接不成功，会将相应的信息返回给前端浏览器10。
步骤3.按操作步骤图中步骤2，3所示，云端服务器1会将和边缘设备4的连接结果返回给前端浏览器10。
步骤4.按操作步骤图中步骤4，5所示，如果与边缘设备4连接成功，电气工程师可以选择将更新后的自动化工程或边缘设备的配置下发至边缘设备4，此请求会从前端浏览器10发送至云端服务器1，云端服务器1会按照自动化工程或边缘设备的配置分别进行压缩处理，边缘设备的配置会直接进行压缩，自动化工程会先经过编译生成在边缘设备能运行的可执行文件，然后压缩。然后将压缩后的文件通过HTTP请求发送至边缘设备4。
步骤5.按操作步骤图中步骤4，5所示，边缘设备4收到更新的自动化工程或边缘设备的配置后，会将接收的结果按请求的来路全部返回，通过云端服务器1发送回电气工程师的前端浏览器10。
步骤6.按操作步骤图中步骤6，7，8所示，电气工程师拿到下发的结果后，会根据现场的情况，可以选择将边缘设备4进行重启使更新生效，请求会通过前端浏览器10，发送到云端服务器1，云端服务器1会按已经建立的连接发送至边缘设备4，边缘设备4会控制下位机进行重启，重启的结果依然会按原路返回至电气工程师的前端浏览器10。
步骤7.按操作步骤图中步骤6，7，8所示，电气工程师收到重启成功的结果之后，可以选择在前端浏览器10中查看边缘设备4的运行情况，或者对设备的运行进行在线调试，前端浏览器10的查看运行情况或者在线调试的请求会先发送至云端服务器1，云端服务器1会先收到的请求进行处理，将请求进行分类打包处理之后，发送至边缘设备，边缘设备会将请求转发至相应的下位机收集运行信息或者调试信息。
步骤8.按操作步骤图中步骤6，7，8所示，如果更新目的已经达成，电气工程师可以向云端服务器1发送断开与边缘设备4的连接请求，请求首先发送至云端服务器1，云端服务器1发送断开连接的请求至边缘设备4。
步骤9.按操作步骤图中步骤9所示，云端服务器1将此次连接的信息以及操作情况发送至物联网平台3，物联网平台3会将与边缘设备4相关的操作都在系统中进行记录，便于后续相关人员查看。
步骤10.按操作步骤图中步骤10所示，电气工程师将修改过的自动化工程或边缘设备的配置保存至云端服务器1。
本申请还公开了边缘与云端融合的工业自动化维护系统，包括：
前端浏览器10，搭建有基于浏览器的云端开发环境；
使用EclipseTheia框架搭建云端开发环境，通过React进行构建前端界面，利用Electron技术生成桌面客户端，利用Web技术打包生成可部署在云端的系统；前端业务处理模块使用NodeJs构建，主要负责与前端页面的交互的处理，请求通过JSON-RPC的方式发送，功能主要包括对数据进行过滤、包装、转发至云端服务器1。
云端服务器1，用于处理前端浏览器10发送的业务请求，以及边缘设备4反馈的信息；
云端服务器1使用.NetCore、SprintCloud、Golang或Python技术开发，运行HttpWeb服务器，云端服务器1是业务处理的核心模块，负责自动化工程的管理，编译生成对应平台的可执行文件，与边缘设备4建立连接，和边缘设备4进行通讯发送请求；
其次，在边缘设备4上部署使用Golang、C++或Rust开发的边缘设备端，可以通过Http响应来自于云端服务器1的请求，包括连接、断开连接、更新自动化工程或边缘设备的配置的业务请求、监控边缘设备4运行情况。
云端数据库2，与所述云端服务器1通信连接，用于存储自动化工程、边缘设备的配置；
云端数据库2使用PostgreSQL数据库存储所有需要持久化的信息，包括自动化工程、边缘设备的配置。
物联网平台3，与所述云端服务器1通信连接，同时所述物联网平台3实现各边缘设备4的交互。
本发明实现一套代码可生成可部署在服务器中通过浏览器访问的云端版本，也可生成安装在电气工程师电脑上的客户端，主要是使用了EclipseTheia框架进行开发，表示层使用React进行开发，下面代码示意如何将使用React实现的PLC页面集成至Theia框架。
1.在Theia中注册与PLC相关的类
exportdefaultnewContainerModule((bind)=>{
//注册plcapplicationwidget及相关引用
bindPlcApplicationWidget(bind);
//PLC模块与Theia的交互
bind(PlcFrontendContribution).toSelf().inSingletonScope();
｝
2.注册PLC Applicationwidget及其相关引用的绑定
exportfunctionbindPlcApplicationWidget(bind:interfaces.Bind){
bind(OpenHandler).to(PLCApplicationWidgetOpenHandler).inSingletonScope();
bind(WidgetFactory).toDynamicValue(({container})=>({
createWidget:(options:PlcApplicationWidgetOptions)=>createPLCApplicationWidget(
container,
options,
),
})).inSingletonScope();
}
3.注入与PLCExtension相关的逻辑，可以是菜单或者命令等
@injectable()
exportclassPlcFrontendContributionimplementsFrontendApplicationContribution{
……
}
4.对于Plc中每一个功能块，都需要继承于ReactWidget来实现相应的功能
exportclassPlcXXXWidgetextendsReactWidgetimplementsWidget{
//注入与PLC页面相关的组件，以后端服务(PlcService)为例
@inject(PlcService)
protectedreadonlypLCService:PlcService;
｝
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.边缘与云端融合的工业自动化维护方法，其特征在于，包括：
搭建基于浏览器的云端开发环境；
将工程数据存储至云端数据库（2），所述工程数据包括自动化工程或边缘设备的配置；
基于浏览器的云端开发环境向云端服务器（1）请求打开工程，将存储在云端数据库（2）的自动化工程、边缘设备的配置载入至云端集成开发环境中，并对自动化工程或边缘设备的配置进行修改；
基于浏览器的云端开发环境向云端服务器（1）请求连接边缘设备（4），云端服务器（1）将请求发送至物联网平台（3），以尝试连接对应的边缘设备（4）；
在与边缘设备（4）实现连接后，基于浏览器的云端开发环境向云端服务器（1）发送维护指令至边缘设备（4）；
通过云端服务器（1）接受来自于边缘设备（4）的反馈；
在维护目的达成后，基于浏览器的云端开发环境向云端服务器（1）请求断开与边缘设备（4）的连接。
2.根据权利要求1所述的边缘与云端融合的工业自动化维护方法，其特征在于，在与边缘设备（4）实现连接后，基于浏览器的云端开发环境向云端服务器（1）发送维护指令至边缘设备（4）包括：
发送更新后的自动化工程或边缘设备的配置至边缘设备（4），或向云端服务器（1）发送重启指令至边缘设备（4），或向云端服务器（1）发送对边缘设备（4）进行在线调试请求，云端服务器（1）将请求发送至边缘设备（4）。
3.根据权利要求2所述的边缘与云端融合的工业自动化维护方法，其特征在于，发送更新后的自动化工程或边缘设备的配置至边缘设备（4）为：
基于浏览器的云端开发环境向云端服务器（1）请求发送更新后的自动化工程或边缘设备的配置，云端服务器（1）将按照更新后的自动化工程或边缘设备的配置分别进行压缩处理，边缘设备的配置会直接进行压缩，自动化工程会先经过编译生成在边缘设备（4）能运行的可执行文件，然后压缩，然后将压缩后的文件通过HTTP请求发送至边缘设备（4）。
4.根据权利要求1所述的边缘与云端融合的工业自动化维护方法，其特征在于，在维护目的达成后，还包括：
云端服务器（1）将此次连接的信息以及操作情况发送至物联网平台（3），物联网平台（3）将与边缘设备（4）相关的操作都在系统中进行记录，便于后续相关人员查看；
将修改过的自动化工程或边缘设备的配置保存至云端数据库（2）。
5.边缘与云端融合的工业自动化维护系统，其特征在于，包括：
前端浏览器（10），搭建有基于浏览器的云端开发环境；
云端服务器（1），用于处理前端浏览器（10）发送的业务请求，以及边缘设备（4）反馈的信息；
云端数据库（2），与所述云端服务器（1）通信连接，用于存储自动化工程、边缘设备的配置；
物联网平台（3），与所述云端服务器（1）通信连接，同时所述物联网平台（3）实现各边缘设备（4）的交互。
6.根据权利要求5所述的边缘与云端融合的工业自动化维护系统，其特征在于，所述搭建基于浏览器的云端开发环境具体为：
使用EclipseTheia框架搭建云端开发环境，通过React进行构建前端界面，利用Electron技术生成桌面客户端，利用Web技术打包生成可部署在云端的系统。
7.根据权利要求5所述的边缘与云端融合的工业自动化维护系统，其特征在于，前端业务处理模块使用NodeJs构建，主要负责与前端页面的交互的处理，请求通过JSON-RPC的方式发送，功能主要包括对数据进行过滤、包装、转发至云端服务器（1）。
8.根据权利要求5所述的边缘与云端融合的工业自动化维护系统，其特征在于，云端服务器（1）使用.NetCore、SprintCloud、Golang或Python技术开发，运行HttpWeb服务器，云端服务器（1）是业务处理的核心模块，负责自动化工程的管理，编译生成对应平台的可执行文件，与边缘设备（4）建立连接，和边缘设备（4）进行通讯发送请求；云端数据库（2）使用PostgreSQL数据库存储所有需要持久化的信息，包括自动化工程、边缘设备的配置。
9.根据权利要求5所述的边缘与云端融合的工业自动化维护系统，其特征在于，在边缘设备（4）上部署使用Golang、C++或Rust开发的边缘设备端，通过Http响应来自于云端服务器（1）的请求，包括连接、断开连接、更新自动化工程或边缘设备的配置的业务请求、监控边缘设备（4）运行情况。
10.根据权利要求5所述的边缘与云端融合的工业自动化维护系统，其特征在于，边缘设备端通过Socket、Modbus、MQTT协议的方式和设备中的下位机、伺服进行通讯以进行数据交换，达到对设备进行控制、维护的目的。
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