CN208296976U - 基于客户端边缘计算的振动分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种基于客户端边缘计算的振动分析系统，系统包括振动传感单元、网关反馈单元、振动分析后台单元以及客户端分析单元。本实用新型能够依靠客户端自身的硬件基础，在客户端上灵活地进行部分或全部的数据分析计算，充分地利用了客户端自身的计算能力，不仅避免了对硬件资源的浪费，而且大幅度减轻了后台系统的计算压力，降低了系统中物联网网关等其他设备的硬件要求，降低了系统整体的使用及维护成本。

Description

基于客户端边缘计算的振动分析系统

技术领域

本实用新型涉及一种分析系统，具体涉及一种基于客户端边缘计算的振动分析系统，属于计算机自动化领域。

背景技术

在物联网或工业互联网平台中，传感器采集到监测数据以后，一般都需要通过物联网网关设备将监测数据上传到系统平台内，然后在平台上进行计算和分析处理。具体而言，传统的振动分析方法也遵循上述数据处理过程。

传统的振动分析方法是在振动传感器采集到数据以后，直接把数据上传到电脑，或者通过物联网网关把数据上传到远程的数据库或者服务器上，然后再在服务器上进行分析。当出现多个振动分析计算需要被同时处理的情况时，服务器需要同时满足多个振动分析的计算请求，此时服务器的计算压力陡增，极有可能出现服务器计算能力不足的情况，严重的还可能会导致服务器崩溃。为了避免出现上述情况，目前行业内通用的解决方案是对硬件进行升级或拓展，以应对服务器使用过程中可能出现的瞬时计算压力。

目前行业内在应对振动传感器不是直接连电脑的情况时，一般采取B/S或C/S架构，用户进行的客户端软件与进行分析计算的服务器一般不在同一台电脑上，对于部分支持手机客户端的物联网监控、分析系统来说，更是如此。

众所周知，计算机行业发展迅猛，现如今，不管是PC还是智能手持终端，其硬件能力都非常强大，运行包括傅立叶变换等各种振动分析的计算都毫无问题。如果依旧遵循现有的振动分析系统的架构，那么客户端层面其强大的计算能力实际上就被完全浪费了。

随着物联网技术的发展，充分利用终端侧的计算能力已经成为物联网行业内很多公司的共识，因此也催生出了边缘计算的概念。边缘计算是指在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在业务实时、业务智能、数据聚合与互操作、安全与隐私保护等方面的关键需求。

对于边缘计算这个新兴事物，目前行业内还没有形成统一的标准，实际落地的项目和应用也很少。当前很多公司或者组织对边缘计算的主要研究方向也是集中在通用的架构或者方法上，由于物联网或工业互联网的接入设备类型、数据类型、应用类型都是千差万别，要找到一种适用于所有的设备类型、数据类型、应用类型的边缘计算方法也是非常困难的。

综上所述，如何设计出一种基于客户端边缘计算的振动分析系统及其分析方法，充分利用客户端本身的计算能力，在客户端内进行振动数据的部分或者全部分析处理，以解决在并发请求的情况下、服务器计算能力不足的问题，就成为了本领域内的技术人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本实用新型的目的是提出一种基于客户端边缘计算的振动分析系统。

本实用新型的目的，将通过以下技术方案得以实现：

一种基于客户端边缘计算的振动分析系统，包括：

振动传感单元，用于测量被测设备的振动数据，并将振动数据通过数字通道上传；

网关反馈单元，用于集中接收所述振动传感单元所上传的所有振动数据，并将所接收的振动数据通过传输通道再次上传；

振动分析后台单元，用于对被测设备及所述网关反馈单元进行管理，并对计算分析过程中的振动数据及分析结果进行采集、备份记录及下发；

客户端分析单元，用于获取所述振动分析单元下发的振动数据，根据振动数据进行振动分析，并将分析过程中的数据及分析结果数据反馈、呈现并下发；

所述客户端分析单元包括，

振动分析计算模块，对获取到的振动数据进行分析计算，并获得分析结果数据，

振动分析呈现模块，对最终分析数据进行呈现，并将分析结果数据及分析过程反馈至所述振动分析后台单元内。

优选地，所述振动传感单元包括多台加速度振动传感器或多台速度振动传感器，多台所述加速度振动传感器或多台所述速度振动传感器均固定设置于被测设备上，每台所述加速度振动传感器或每台所述速度振动传感器均与被测设备上的一个测试点相对应。

优选地，所述数字通道为Modbus或Zigbee。

优选地，所述传输通道为3G或4G或WLAN。

优选地，所述振动分析后台单元包括：

设备管理模块，对所述振动传感单元、所述网关分析单元以及被测设备进行管理，控制、调整所述振动传感单元、所述网关分析单元以及被测设备的运行，

振动分析管理模块，对振动分析过程中的振动原始数据及分析结果数据进行采集与反馈，

数据记录模块，对设备状态、振动原始数据以及分析结果数据进行储存及备份记录。

优选地，所述客户端分析单元为App客户端或Web客户端中的任一一种或两种的组合。

优选地，所述分析结果数据包括平均值、均方根值、峰值、频域数据、积分数据、振动峰值、峰值指标、峰-峰值、有效值、峭度指标、裕度指标、脉冲指标、波形指标。

与现有技术上相比，本实用新型的突出效果如下：

本实用新型能够依靠客户端自身的硬件基础，在客户端上灵活地进行部分或全部的数据分析计算，充分地利用了客户端自身的计算能力，不仅避免了对硬件资源的浪费，而且大幅度减轻了后台系统的计算压力，降低了系统中物联网网关等其他设备的硬件要求，降低了系统整体的使用及维护成本。

同时，本实用新型依靠客户端完成计算，其分析计算过程及结果呈现部分均直接反馈于客户端上，客户端与后台系统间的连接方式更为简洁、接口更为简单，且其所呈现的部分也更易于投入后续的分析处理。

同时，本实用新型借助客户端完成振动分析的方式不仅使得振动分析师或相关业内专家能够在任何时间、任何地点进行远程分析，而且满足了使用者对分析数据实时调取、对系统及设备实时监控的使用需求，本实用新型还支持图表展示分析、多人同时在线分析、数据对比分析、人工智能分析等诸多操作，功能多样，兼容性高。

综上所述，本实用新型使用效果优异，具有很高的使用及推广价值。

以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1是本实用新型的拓扑关系图。

具体实施方式

如图所示，本实用新型揭示了一种基于客户端边缘计算的振动分析系统，适用于各种机械设备的远程振动分析，包括但不限于轴承、齿轮、泵、电机等旋转类设备，往复式压缩机、隔膜泵等往复式设备，以及管道、压力容器等静止设备。

具体而言，一种基于客户端边缘计算的振动分析系统，包括：

振动传感单元，用于测量被测设备的振动数据，并将振动数据通过数字通道上传；

网关反馈单元，用于集中接收所述振动传感单元所上传的所有振动数据，并将所接收的振动数据通过传输通道再次上传；此处需要说明的是，所述网关反馈单元的本质为物联网网关。

振动分析后台单元，用于对被测设备及所述网关反馈单元进行管理，并对计算分析过程中的振动数据及分析结果进行采集、备份记录及下发；

客户端分析单元，用于获取所述振动分析单元下发的振动数据，根据振动数据进行振动分析，并将分析过程中的数据及分析结果数据反馈、呈现并下发；

所述客户端分析单元包括，

振动分析计算模块，对获取到的振动数据进行分析计算，并获得分析结果数据，

振动分析呈现模块，对最终分析数据进行呈现，并将分析结果数据及分析过程反馈至所述振动分析后台单元内。

所述振动传感单元包括多台中高频的加速度振动传感器或多台中高频的速度振动传感器，多台所述加速度振动传感器或多台所述速度振动传感器均固定设置于被测设备上，每台所述加速度振动传感器或每台所述速度振动传感器均与被测设备上的一个测试点相对应。传感器能够以高采样率采集振动数据，然后再将数据上传。在实际的使用过程中，为方便安装，传感器可以采用无线传输加上电池供电的形式，在使用电池供电时，可以加大每两次数据采集之间的时间间隔，在采集间隔使传感器处于休眠状态，到采集时间再自动唤醒进行采集。

所述数字通道为Modbus或Zigbee。所述传输通道为3G或4G或WLAN。

所述振动分析后台单元可以做到最小化功能的后台系统，负责对设备、振动传感器、网关反馈单元等设备进行管理，它既负责接收从网关反馈单元上传的振动原始数据并存放到相应的数据库，同时也负责接收从客户端分析单元传来的振动分析结果并存放到相应的数据库，具体而言，所述振动分析后台单元包括：

设备管理模块，对所述振动传感单元、所述网关分析单元以及被测设备进行管理，控制、调整所述振动传感单元、所述网关分析单元以及被测设备的运行，

振动分析管理模块，对振动分析过程中的振动原始数据及分析结果数据进行采集与反馈，

数据记录模块，对设备状态、振动原始数据以及分析结果数据进行储存及备份记录。

所述数据记录模块包括：

设备数据库，对设备运行状态及相关参数进行采集及备份记录；

振动原始数据库，对原始振动数据进行采集、下发及备份记录；

分析结果数据库，对分析结果数据进行采集、下发及备份记录。

所述客户端分析单元为App客户端或Web客户端中的任一一种或两种的组合。在本实施例中，所述客户端分析单元既包括App客户端也包括Web客户端。

更进一步而言，所述客户端分析单元可以是运行在PC和智能手持终端的客户端软件，除了向用户呈现振动分析的各种计算数据和图形外，所有振动分析的计算过程也在其内进行，可以把数据呈现和分析计算放在同一个或者不同的应用里。在编码实现方面，可以采用以下几种方式来实现：

1、采用JavaScript或Python等脚本语言，同一份代码可以运行在不同硬件平台的客户端上，兼容性最好，但性能最差，这种方式振动分析计算和呈现可以放在同一个应用里；

2、振动分析部分以C，C++，或java语言实现，振动分析应用与呈现应用分开，运行在不同的进程，二者之间采用RPC或者消息方式进行通讯。这种方式在不同的硬件平台可能有部分编码不一样，应用在二进制上也不兼容。

3、振动分析部分以C或C++语言，采用动态库的方式实现，振动分析呈现应用通过调用该动态库的方式进行计算，因此振动分析计算与呈现是在同一个应用里运行，这种方式振动分析的代码可能一样，但二进制在不同平台不一样。

所述分析结果数据包括但不限于平均值、均方根值、峰值、频域数据、积分数据、振动峰值、峰值指标、峰-峰值、有效值、峭度指标、裕度指标、脉冲指标、波形指标。

以下提供一个具体化的分析实例，以供参考：

1、准备振动传感器、网关反馈单元、振动分析后台单元、客户端分析单元等各种软硬件环境和工具，如果采用JavaScript或Python等跨平台脚本语言实现振动分析，则可以把所有的分析代码放在振动分析后台或者其他服务器上，客户端应用在启动时先下载到本地再运行，如果用其他编程语言实现振动分析，一般情况下振动分析和呈现应用事先安装在用户终端上。

2、网关反馈单元上的数据采集模块进行数据采集，采集完一次振动分析需要的数据后，上传到振动分析后台单元内。

3、振动分析后台单元在收到振动原始数据后，根据设备、网关反馈单元和振动传感器的信息存放在相应的位置。

4、用户在客户端分析单元内请求振动分析，客户端分析单元先向振动分析后台单元请求，看有没有已经完成计算的计算结果。

5、振动分析后台单元根据请求查看数据库里是否已经对同一振动分析请求有分析结果记录，判断依据为同一设备上的同一个振动传感器的同一次采集时间，如果已经有分析结果记录，则直接返回分析结果。

6、如果发现请求有分析结果，则直接把分析结果呈现给用户。

7、如果发现没有分析结果，则请求振动原始数据，再根据原始数据进行振动分析的各种参数计算，包括时域图、幅值谱图、振动峰值、峰值指标、峰-峰值、有效值、峭度指标、裕度指标、脉冲指标、波形指标等。

8、客户端分析单元在计算完分析结果后，把分析结果呈现给用户，同时把结果上传到振动分析后台单元。

9、振动分析后台单元接收到分析结果后，把结果存放到相应的数据库记录中。

需要补充说明的是，本实用新型适用于振动传感器不与电脑直接连接的振动分析，包括局域网内远程振动分析系统、开放互联网接口的私有部署或者基于云平台的远程振动分析系统、开放互联网接口的私有部署或基于云平台的含有远程振动分析功能工业互联网。本实用新型中的网关反馈单元只负责采集和上传振动数据。振动分析后台单元只负责管理振动分析设备和数据，包括原始振动数据和分析结果数据。客户端分析单元负责所有的振动分析计算过程和呈现振动分析结果，分析软件可以采用多种编程语言和多种运行方式，对于脚本语言，可以在每次启动后从后台下载分析实现代码，也可以事先编译并安装在客户端上。

此外，本实用新型还可以根据系统中网关反馈单元、客户端分析单元、振动分析后台单元的计算能力和软件框架把振动分析计算分散到多处进行，比如在网关反馈单元进行均值、峰值、峰-峰值等简单计算，在客户端分析单元内进行FFT和其他复杂的计算。

本实用新型能够依靠客户端自身的硬件基础，在客户端上灵活地进行部分或全部的数据分析计算，充分地利用了客户端自身的计算能力，不仅避免了对硬件资源的浪费，而且大幅度减轻了后台系统的计算压力，降低了系统中物联网网关等其他设备的硬件要求，降低了系统整体的使用及维护成本。

同时，本实用新型依靠客户端完成计算，其分析计算过程及结果呈现部分均直接反馈于客户端上，客户端与后台系统间的连接方式更为简洁、接口更为简单，且其所呈现的部分也更易于投入后续的分析处理。

同时，本实用新型借助客户端完成振动分析的方式不仅使得振动分析师或相关业内专家能够在任何时间、任何地点进行远程分析，而且满足了使用者对分析数据实时调取、对系统及设备实时监控的使用需求，本实用新型还支持图表展示分析、多人同时在线分析、数据对比分析、人工智能分析等诸多操作，功能多样，兼容性高。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图表记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于客户端边缘计算的振动分析系统，其特征在于，包括：

振动传感单元，用于测量被测设备的振动数据，并将振动数据通过数字通道上传；

网关反馈单元，用于集中接收所述振动传感单元所上传的所有振动数据，并将所接收的振动数据通过传输通道再次上传；

振动分析后台单元，用于对被测设备及所述网关反馈单元进行管理，并对计算分析过程中的振动数据及分析结果进行采集、备份记录及下发；

客户端分析单元，用于获取所述振动分析后台单元下发的振动数据，根据振动数据进行振动分析，并将分析过程中的数据及分析结果数据反馈、呈现并下发；

所述客户端分析单元包括，

振动分析计算模块，对获取到的振动数据进行分析计算，并获得分析结果数据，

振动分析呈现模块，对最终分析数据进行呈现，并将分析结果数据及分析过程反馈至所述振动分析后台单元内。

2.根据权利要求1所述的基于客户端边缘计算的振动分析系统，其特征在于：所述振动传感单元包括多台加速度振动传感器或多台速度振动传感器，多台所述加速度振动传感器或多台所述速度振动传感器均固定设置于被测设备上，每台所述加速度振动传感器或每台所述速度振动传感器均与被测设备上的一个测试点相对应。

3.根据权利要求1所述的基于客户端边缘计算的振动分析系统，其特征在于：所述数字通道为Modbus或Zigbee。

4.根据权利要求1所述的基于客户端边缘计算的振动分析系统，其特征在于：所述传输通道为3G或4G或WLAN。

5.根据权利要求1所述的基于客户端边缘计算的振动分析系统，其特征在于，所述振动分析后台单元包括：

设备管理模块，对所述振动传感单元、网关分析单元以及被测设备进行管理，控制、调整所述振动传感单元、所述网关分析单元以及被测设备的运行，

振动分析管理模块，对振动分析过程中的振动原始数据及分析结果数据进行采集与反馈，

数据记录模块，对设备状态、振动原始数据以及分析结果数据进行储存及备份记录。

6.根据权利要求5所述的基于客户端边缘计算的振动分析系统，其特征在于，所述数据记录模块包括：

设备数据库，对设备运行状态及相关参数进行采集及备份记录；

振动原始数据库，对原始振动数据进行采集、下发及备份记录；

分析结果数据库，对分析结果数据进行采集、下发及备份记录。

7.根据权利要求1所述的基于客户端边缘计算的振动分析系统，其特征在于：所述客户端分析单元为App客户端或Web客户端中的任一一种或两种的组合。

8.根据权利要求1所述的基于客户端边缘计算的振动分析系统，其特征在于：所述分析结果数据包括平均值、均方根值、峰值、频域数据、积分数据、振动峰值、峰值指标、峰-峰值、有效值、峭度指标、裕度指标、脉冲指标、波形指标。