CN115174621B - 用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置 - Google Patents

用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置，包括：业务应用层，所述业务应用层为所述边缘物联代理装置的顶层，包含业务应用相关的各类组件和模块，为各类业务数据、管理数据的人机交互接口；系统平台层，所述系统平台层为边缘物联代理装置提供平台化支撑，所述包括业务应用以外的公共组件；硬件层，所述硬件层为边缘物联代理装置的物理载体，包含边缘代理主机、运维工作站和若干汇聚节点。本发明位于电力物联网的感知层，利用设备本地通信接口对各类变电站在线监测传感器、终端等设备接入并统一管理、通过协议解析将业务数据提取、汇聚及存储、并按模型要求进行标准化建模、利用边缘计算能力对业务数据处理后发送至平台层。

Description

用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置
技术领域
本发明涉及一种用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置，属于智能物联技术领域。
背景技术
随着智能化变电站建设的需要，提升变电站电气设备运行的监测技术层次的要求也已愈来愈强烈。现有变电站关于电气设备的在线监测都是独立的系统，如主变局放监测、有载分接开关机械状态监测、铁心接地电流监测等缺乏系统间数据共享。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术存在的技术缺陷，解决上述技术问题，提出用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置。
本发明具体采用如下技术方案：用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置，包括：
业务应用层，所述业务应用层为所述边缘物联代理装置的顶层，包含业务应用相关的各类组件和模块，为各类业务数据、管理数据的人机交互接口；
系统平台层，所述系统平台层为边缘物联代理装置提供平台化支撑，所述包括业务应用以外的公共组件；
通信接口层，所述通信接口层包含北向接口、南向接口及横向接口，所述北向接口包括边缘代理框架与物联网平台的接口、边缘代理框架与业务中台主站侧上位系统的接口；所述南向接口包括边缘代理主机与汇聚节点的接口；所述横向接口为边缘代理框架与业务APP的交互接口；
公共服务层，具体执行：为边缘物联代理装置的各模块以及各业务APP提供实时数据存取服务、历史数据检索服务、消息总线收发服务、业务APP接口服务以及安全加密服务；
数据存储层，所述数据存储层为边缘物联代理装置提供实际的存储空间，并进行相应的管理；
支撑软件层，所述支撑软件层包含边缘物联代理装置运行所需的各类中间件、服务软件，为所述业务应用层提供各类基础服务；
操作系统层，所述操作系统层采用Linux内核及自主可控版本的操作系统；
硬件层，所述硬件层为边缘物联代理装置的物理载体，包含边缘代理主机、运维工作站和若干汇聚节点。
作为一种较佳的实施例，所述业务应用层的各类组件和模块具体包括：设备管理、实时数据展示、历史数据查询、业务报表、多业务联合挖掘与分析、统一配置、APP应用管理以及各类业务APP。
作为一种较佳的实施例，所述系统平台层的公共组件包括：用户管理、功能点管理、权限管理、报表平台、文件管理、配置管理、日志管理。
作为一种较佳的实施例，所述数据存储层包括结构化数据库、非结构化数据、实时缓存数据库，所述结构化数据库、所述非结构化数据和所述实时缓存数据库构成的存储空间供边缘代理框架直接使用，同时边缘代理框架也通过接口为各业务APP提供数据存储访问服务。
作为一种较佳的实施例，所述支撑软件层具体包括：
Docker容器服务，为边缘物联代理装置提供容器管理能力，实现APP镜像的下装、升级、运行、停止、资源监视；
Java企业应用，包括SpringBoot/Mybatis/Bootstrap前、后业务框架；
WEB窗口服务采用Tomcat容器服务，提供WEB应用的java运行环境支撑；
关系型数据库，用于进行结构化数据的存储、搜索快速访问，包含系统相关配置、模型、实时数据、历史数据信息；
MQTT消息总线，用于实现不同主机及模块间的消息转发服务；
缓存数据库，用于实时系统配置及物模型高频访问数据的内存缓存服务，所有高频数据均经由缓存数据库访问。
作为一种较佳的实施例，所述MQTT消息总线的所述消息转发服务具体包括：汇聚节点与边缘代理框架间消息交互、边缘代理框架与业务APP间消息交互。
作为一种较佳的实施例，所述操作系统为凝思6.0.80版本。
本发明所达到的有益效果：第一，本发明的用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置部署于变电站端，负责与物联管理平台进行业务和管理数据交互，实现对边缘侧的管理以及数据的采集、存储和分析功能，支撑各类型终端的标准化接入，设计开发符合《国家电网输变电设备物联网微功率无线网通信协议》；第二，本发明的用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置作为变电站内的边缘计算节点，可以处理复杂的边缘计算任务，如多路同步计算、复杂诊断算法等，具备设备状态边缘计算APP就地部署，同时具有就地配置功能，即使脱离物联网平台也可以进行边缘计算，具备传感器和汇聚节点设备的整体接入功能；第三，本发明向下通过低功率无线接入方式与汇聚节点通信连接，支持设备的接入，数据的传输与调度，保证有序的无线通信，用于实现站内安装的各种传感端设备与节点管理、控制与数据汇聚，并通过4G、APN等回程网络将数据上传至物联网管理平台；第四，本发明基于MQTT协议建设统一的消息总线，实现对数据消息的统一代理服务，及实现各汇聚单元通信协议标准化；本发明支持国网汇聚节点标准的数据采集传输协议规范、边缘物联代理（接入节点）内应用间数据交换规范、微应用集成接入规范；本发明能实现统一管理各种边缘算法微应用的部署、升级、运行管理；本发明提供开放性平台接口，方便其他微应用或者厂商接入各自的边缘计算业务功能或者推送各自的设备指令；本发明通过标准接口和容器技术，实现各汇聚节点厂家及通用边缘算法APP的安装与卸载，并能根据用户的需求将数据路由至汇聚节点厂家APP，供其计算与分析，实现边缘计算的目的；本发明向下采用非IP化无线通信方式，保障低功率无线传输网之间传输的安全性；向上采用APN网和硬件加密芯片，保证与物联网平台之间传输的安全性。支持输变电设备物联网节点设备无线组网协议。
附图说明
图1是本发明的用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置的拓扑示意图。
图2是本发明的用于水电站智能巡检的边缘物联代理方法的数据流向示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：本发明提出用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置，包括：
业务应用层，所述业务应用层为所述边缘物联代理装置的顶层，包含业务应用相关的各类组件和模块，为各类业务数据、管理数据的人机交互接口；
系统平台层，所述系统平台层为边缘物联代理装置提供平台化支撑，所述包括业务应用以外的公共组件；
通信接口层，所述通信接口层包含北向接口、南向接口及横向接口，所述北向接口包括边缘代理框架与物联网平台的接口、边缘代理框架与业务中台主站侧上位系统的接口；所述南向接口包括边缘代理主机与汇聚节点的接口；所述横向接口为边缘代理框架与业务APP的交互接口；
公共服务层，具体执行：为边缘物联代理装置的各模块以及各业务APP提供实时数据存取服务、历史数据检索服务、消息总线收发服务、业务APP接口服务以及安全加密服务；
数据存储层，所述数据存储层为边缘物联代理装置提供实际的存储空间，并进行相应的管理；
支撑软件层，所述支撑软件层包含边缘物联代理装置运行所需的各类中间件、服务软件，为所述业务应用层提供各类基础服务；
操作系统层，所述操作系统层采用Linux内核及自主可控版本的操作系统；
硬件层，所述硬件层为边缘物联代理装置的物理载体，包含边缘代理主机、运维工作站和若干汇聚节点。
作为一种较佳的实施例，所述业务应用层的各类组件和模块具体包括：设备管理、实时数据展示、历史数据查询、业务报表、多业务联合挖掘与分析、统一配置、APP应用管理以及各类业务APP。
作为一种较佳的实施例，所述系统平台层的公共组件包括：用户管理、功能点管理、权限管理、报表平台、文件管理、配置管理、日志管理。
作为一种较佳的实施例，所述数据存储层包括结构化数据库、非结构化数据、实时缓存数据库，所述结构化数据库、所述非结构化数据和所述实时缓存数据库构成的存储空间供边缘代理框架直接使用，同时边缘代理框架也通过接口为各业务APP提供数据存储访问服务。
作为一种较佳的实施例，所述支撑软件层具体包括：
Docker容器服务，为边缘物联代理装置提供容器管理能力，实现APP镜像的下装、升级、运行、停止、资源监视；
Java企业应用，包括SpringBoot/Mybatis/Bootstrap前、后业务框架；
WEB窗口服务采用Tomcat容器服务，提供WEB应用的java运行环境支撑；
关系型数据库，用于进行结构化数据的存储、搜索快速访问，包含系统相关配置、模型、实时数据、历史数据信息；
MQTT消息总线，用于实现不同主机及模块间的消息转发服务；
缓存数据库，用于实时系统配置及物模型高频访问数据的内存缓存服务，所有高频数据均经由缓存数据库访问。
作为一种较佳的实施例，所述MQTT消息总线的所述消息转发服务具体包括：汇聚节点与边缘代理框架间消息交互、边缘代理框架与业务APP间消息交互。
作为一种较佳的实施例，所述操作系统为凝思6.0.80版本。
实施例2：如图2所示，本发明提出用于水电站智能巡检的边缘物联代理方法，包括如下步骤：
步骤SS1：一次设备在线监测装置通过通讯协议把遥测/遥信信号发送给汇聚节点，同时也接收来自汇聚节点的遥控/遥调/定值报文；
步骤SS2：汇聚节点收到数据后解析各种通讯协议的报文或信号，统一转化为MQTT形式的报文发到边缘代理主机消息总线上；
步骤SS3：接入节点上的边缘代理南向接口和所有的业务APP都能在边缘代理主机消息总线上通过topic主题直接订阅自身需要的数据，最优化网络带宽；边缘计算框架收到数据后，经过处理后存储到数据库中，所述数据包含结构化和非结构化的数据，同时也维护来自业务APP的增删改查指令；
步骤SS4：接入节点上执行数据库管理功能、物模型管理功能、消息总线功能、端设备管理功能、框架管理给功能、容器管理功能、数据展示功能、系统管理功能的实现；
步骤SS5：接入节点上通过边缘代理北向接口进行通讯，由业务APP主动发起，经边缘计算框架映射，实现与物联管理平台进行通讯，进行端设备注册、删除数据的上送，无业务APP主动发起时，则由边缘计算框架主动发起实现与物联管理平台进行通讯，通讯协议为MQTT协议；接入节点上，边缘计算框架和业务平台进行通讯，实现数据的上送，通讯采用为webservice方式。
作为一种较佳的实施例，该一次设备在线监测装置的监测内容包括：压缩空气式气相油色谱监测；一体化局放监测；内部光纤测温；振动监测；套管一体化监测；有载分接开关机械状态监测；瓦斯气体监测；数字化油温、油位表监测；声学指纹监测；铁心接地电流监测；智能呼吸器监测；局放监测；机械特性在线监测；弹簧压力监测；避雷器在线监测；GISSF6监测；气体压力监测；触头温度监测；弧光监测。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1中的通讯协议为IEC61850协议/modbus协议/103协议/104协议/无线LORA协议。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的数据库管理功能具体为：提供对APP数据进行本地化管理的服务。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的物模型管理功能具体为：提供物模型的存储、管理和校验的服务。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的消息总线功能具体为：提供边缘计算框架内部各组件及APP之间进行标准化交互的通道。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的端设备管理功能具体为：提供端设备管理服务，并维护APP与端设备的对应关系。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的框架管理给功能具体为：提供对边缘计算框架监视功能，包括CPU、内存、网络、存储的状态监视，并支持对边缘计算框架的远程重启、配置和升级功能。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的容器管理功能具体为：支持配置和修改容器资源，包括CPU、内存、硬盘等，支持容器本地及远程启动、停止、安装、升级和卸载以及远程应用下发功能；支持容器监控功能并应上报告警。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的数据展示功能具体为：实现对实时数据、历史数据以及图谱文件的展示功能。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的系统管理功能具体包含：用户管理、权限管理、系统管理及审计管理功能。
本发明所达到的有益效果：第一，本发明的用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置部署于变电站端，负责与物联管理平台进行业务和管理数据交互，实现对边缘侧的管理以及数据的采集、存储和分析功能，支撑各类型终端的标准化接入，设计开发符合《国家电网输变电设备物联网微功率无线网通信协议》；第二，本发明的用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置作为变电站内的边缘计算节点，可以处理复杂的边缘计算任务，如多路同步计算、复杂诊断算法等，具备设备状态边缘计算APP就地部署，同时具有就地配置功能，即使脱离物联网平台也可以进行边缘计算，具备传感器和汇聚节点设备的整体接入功能；第三，本发明的用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置及方法向下通过低功率无线接入方式与汇聚节点通信连接，支持设备的接入，数据的传输与调度，保证有序的无线通信，用于实现站内安装的各种传感端设备与节点管理、控制与数据汇聚，并通过4G、APN等回程网络将数据上传至物联网管理平台；第四，本发明基于MQTT协议建设统一的消息总线，实现对数据消息的统一代理服务，及实现各汇聚单元通信协议标准化；本发明支持国网汇聚节点标准的数据采集传输协议规范、边缘物联代理（接入节点）内应用间数据交换规范、微应用集成接入规范；本发明能实现统一管理各种边缘算法微应用的部署、升级、运行管理；本发明提供开放性平台接口，方便其他微应用或者厂商接入各自的边缘计算业务功能或者推送各自的设备指令；本发明通过标准接口和容器技术，实现各汇聚节点厂家及通用边缘算法APP的安装与卸载，并能根据用户的需求将数据路由至汇聚节点厂家APP，供其计算与分析，实现边缘计算的目的；本发明向下采用非IP化无线通信方式，保障低功率无线传输网之间传输的安全性；向上采用APN网和硬件加密芯片，保证与物联网平台之间传输的安全性。支持输变电设备物联网节点设备无线组网协议。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.用于水电站智能巡检的边缘物联代理装置，其特征在于，包括：
业务应用层，所述业务应用层为所述边缘物联代理装置的顶层，包含业务应用相关的各类组件和模块、各类业务数据、管理数据的人机交互接口；所述业务应用层的各类组件和模块具体包括：设备管理、实时数据展示、历史数据查询、业务报表、多业务联合挖掘与分析、统一配置、APP应用管理以及各类业务APP；
系统平台层，所述系统平台层为边缘物联代理装置提供平台化支撑，包括业务应用层以外的公共组件；所述系统平台层的公共组件包括：用户管理、功能点管理、权限管理、报表平台、文件管理、配置管理、日志管理；
通信接口层，所述通信接口层包含北向接口、南向接口及横向接口，所述北向接口包括边缘代理框架与物联网平台的接口、边缘代理框架与业务中台主站侧上位系统的接口；所述南向接口包括边缘代理主机与汇聚节点的接口；所述横向接口为边缘代理框架与业务APP的交互接口；
公共服务层，具体执行：为边缘物联代理装置的各模块以及各业务APP提供实时数据存取服务、历史数据检索服务、消息总线收发服务、业务APP接口服务以及安全加密服务；
数据存储层，所述数据存储层为边缘物联代理装置提供实际的存储空间，并进行相应的管理；所述数据存储层包括结构化数据库、非结构化数据库、实时缓存数据库，所述结构化数据库、所述非结构化数据库和所述实时缓存数据库构成的存储空间供边缘代理框架直接使用，同时边缘代理框架也通过接口为各业务APP提供数据存储访问服务；
支撑软件层，所述支撑软件层包含边缘物联代理装置运行所需的各类中间件、服务软件，为所述业务应用层提供各类基础服务；所述支撑软件层具体包括：Docker容器服务，为边缘物联代理装置提供容器管理能力，实现APP镜像的下装、升级、运行、停止、资源监视；Java企业应用，包括SpringBoot/Mybatis/Bootstrap前、后业务框架； WEB窗口服务，采用Tomcat容器服务，提供WEB应用的java运行环境支撑； 关系型数据库，用于进行结构化数据的存储、搜索快速访问，包含系统相关配置、模型、实时数据、历史数据信息；MQTT消息总线，用于实现不同主机及模块间的消息转发服务；所述MQTT消息总线的所述消息转发服务具体包括：汇聚节点与边缘代理框架间消息交互、边缘代理框架与业务APP间消息交互；缓存数据库，用于实时系统配置及模型高频访问数据的内存缓存服务，所有高频数据均经由缓存数据库访问；
操作系统层，所述操作系统层采用Linux内核及自主可控版本的操作系统；所述操作系统为凝思6.0.80版本；
硬件层，所述硬件层为边缘物联代理装置的物理载体，包含边缘代理主机、运维工作站和若干汇聚节点；所述装置执行如下步骤：
步骤SS1：一次设备在线监测装置通过通讯协议把遥测/遥信信号发送给汇聚节点，同时也接收来自汇聚节点的遥控/遥调/定值报文；
步骤SS2：汇聚节点收到数据后解析各种通讯协议的报文或信号，统一转化为MQTT形式的报文发到边缘代理主机消息总线上；
步骤SS3：接入节点上的边缘代理南向接口和所有的业务APP都能在边缘代理主机消息总线上通过topic主题直接订阅自身需要的数据，最优化网络带宽；边缘计算框架收到数据后，经过处理后存储到数据库中，所述数据包含结构化和非结构化的数据，同时也维护来自业务APP的增删改查指令；
步骤SS4：接入节点上执行数据库管理功能、模型管理功能、消息总线功能、端设备管理功能、框架管理功能、容器管理功能、数据展示功能、系统管理功能的实现；
步骤SS5：接入节点上通过边缘代理北向接口进行通讯，由业务APP主动发起，经边缘计算框架映射，实现与物联管理平台进行通讯，进行端设备注册、删除数据的上送，无业务APP主动发起时，则由边缘计算框架主动发起实现与物联管理平台进行通讯，通讯协议为MQTT协议；接入节点上，边缘计算框架和业务中台进行通讯，实现数据的上送，通讯采用为webservice方式。
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