CN209471361U - Ai边缘控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于智能控制领域，具体涉及一种AI边缘控制系统；具体技术方案为：AI边缘控制系统，包括多个现场控制器、多个现场采集端、云控制器、前端摄像头和云平台，多个现场控制器的信号输出端与云控制器的控制信号端口进行双向信号传输，多个现场采集端的信号输出端将采集到的信号传输至云控制器的采集信号端口，前端摄像头的信号输出端与云控制器连接，云控制器对现场采集端采集的数据和前端摄像头采集的视频图片信息进行人工智能运算，并将运算结果输出至云平台，云平台上既有云端远程控制，又有本地控制，根据需要和网络状况自动切换控制模式，既能实现所需功能，又保证了系统可靠运行。

Description

AI边缘控制系统

技术领域

本实用新型属于智能控制领域，涉及一种云控制系统，具体涉及一种AI边缘控制系统。

背景技术

当前，随着传感器、神经网络、智能识别、模糊控制等技术突破，一场人工智能革命已经到来。汽车自动驾驶、刷脸支付、前台咨询机器人、智能语音终端已经走进人们生活，在工业领域，人工智能技术还没有深入各行业。在水力水务领域，现有水泵阀门控制主要依靠PLC、工控机和其他专用控制器，在过去一定时期内为控制行业发展做出重要贡献。随着控制领域深化、控制要求提高，现在设备与系统已无法满足客户需求，主要表现如下：

在水力水务行业，各种采集、控制端以无比庞大的数量分布在各行各业。我国信息化、自动化水平依然不高的根本原因就是设备成本高，由于使用数量大，无论政府还是企业，都无法做到成本与效益平衡。在此前提下，为了信息化的普及，往往以低成本为目标，牺牲了设备性能，导致前端设备无法处理大信号大数据量任务，直接上传至云端，会极大地浪费网络资源，且效率低下。

控制模式可分为远程控制和本地控制，远程控制便于统一管理，集中控制，维护管理方便；本地控制实时性好，可避免网络原因导致的故障。现有基于云端的远程控制系统，控制中心部署在远程服务器，当云服务由于维护、故障不能正常工作，或运营商互联网故障时，会造成现场控制端无法接收云平台指令而处于失控状态，对于水泵类高安全要求系统是不能接受的。

随着工业生产规模扩大，生产设备复杂度提高，控制决策早已不是简单的开合闸，不但需要大量控制点快速协调动作，还需要根据预设与实际工作状态做出动作决策。智能控制在生产控制领域受到越来越高的重视，信息采集方式也发生了变化，原来基于大量传感器采集的信息，现在只需用前端摄像头采集视频，人工智能软件依靠特定的算法在视频中捕捉提取，当前，人工智能软件通常部署在云服务器端，将本地视频图片信息上传至云端需花费大量的时间，对于传感器这类窄带宽设备，视频信息通信量过大而不能传输。

无法兼顾本地与远程控制功能，在现有生产调度现场，根据作业流程，往往是大量设备协同工作，需要协调各设备动作先后时间，还要根据作业情况及时反馈调整，这种高度关联的控制模式，依靠远程网络的云平台控制模式不利于系统安全稳定运行。

采用云平台控制模式，延伸了控制距离，使得极少的维护人员在控制中心就能完成原来需要几十倍甚至几百倍人员才能完成的任务，使用基于云平台的软件可随时随地监视现场设备，极大地提高了工作效率，便于系统维护升级。基于平台式架构，工程人员在现场调试时，无法独立完成整个过程，需要和系统前后端人员配合，管理维护人员不能直观地获得更多的现场信息，使得现场操作效率并没有提高，甚至还造成不便。基于云平台的控制方式，不利于本地调试维护。

实用新型内容

为解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供了一种云控制系统，具有本地和远程控制功能，通过互联网接收云平台预置、实时命令，组织控制现场智能采集端、控制端有序运行并完成相应任务，将采集与反馈数据处理并提交至本地和云平台。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：AI边缘控制系统，包括多个现场控制器、多个现场采集端、云控制器、前端摄像头和云平台。

多个现场控制器的信号输出端与云控制器的控制信号端口进行双向信号传输。

多个现场采集端的信号输出端将采集到的信号传输至云控制器的采集信号端口。

云控制器内设有视频图像接收保存器、控制逻辑器和智能运算处理器，前端摄像头的信号输出端与视频图像接收保存器的信号输入端连接，视频图像接收保存器的信号输出端与智能运算处理器的信号输入端连接，智能运算处理器的信号输出端与控制逻辑器的信号输入端连接。

云控制器的信号输出端与云平台的信号输入端双向连接，云平台的信号输出端分别于控制管理中心、远程控制端和本地控制端连接。

云控制器作为前端设备与云平台之间的联络转换设备，将前端终端采集端或前端摄像头上的视频图片信息进行人工智能运算，按控制模型参数要求统一转换，并实时提交给控制逻辑器，同时，将当前系统状态以云平台标准接受格式上传至平台，达到数据汇聚、智能识别、格式转换及打包转发的目的。

云控制器利用自身AI软硬件功能，对前端摄像头采集到的视频图片进行连续实施处理，将结果直接输出至控制逻辑模块指导设备操作，而不用上传至云端，等待处理后再挥发接收，缩短了信息处理时间，减小了网络宽带压力。

云控制器作为本地的控制中心，维护各被控设备根据预置逻辑有序运行。

云控制器控制逻辑包括：远程命令控制，本地液位、流量和压力等运行参数控制，以及时间段控制。

远程命令控制：在云平台，由工作人员鼠标点击按钮或系统预设阈值、报警上下限等动作发出，对特定设备执行预设动作的过程。

本地运行参数控制：在控制现场，控制设备往往需要根据现场某运行参数变化实时做出调整，例如恒压供水水泵，需要实时监测管网压力，在压力低于预设阈值时开启水泵，在高于预设阈值时关闭水泵，而在开启期间，需要根据控制逻辑对水泵运行频率做出控制，使其平稳地启停，且通过功率的变化使得压力能稳定在特定的数值范围内。

云控制器内设有时间控制器，时间控制器的信号输入端与时间控制逻辑单元的信号输出端连接，时间控制逻辑单元的信号输入端与平台配置逻辑器连接。

时间控制逻辑单元内的时间段一启动时刻用于控制开启命令一，时间控制逻辑单元内的时间段一停止时刻用于控制停止命令一，开启命令一与停止命令一均与时间控制器上的第一信号输出端口连接，第一信号输出端口与水泵连接。

时间控制逻辑单元内的时间段二启动时刻用于控制开启命令二，时间控制逻辑单元内的时间段二停止时刻用于控制停止命令二，开启命令二与停止命令二均与时间控制器上的第二信号输出端口连接，第二信号输出端口与阀门连接。

时间控制逻辑单元内的时间段三启动时刻用于控制开启命令三，时间控制逻辑单元内的时间段三停止时刻用于控制停止命令三，开启命令三与停止命令三均与时间控制器上的第三信号输出端口连接，第三信号输出端口与闸门连接。

云控制器包括主板，主板上布置有复位按钮、RJ45接口、SPI接口、UART接口和I2C接口、USB从机、HDMI接口和USB主机，主板上还布置有电源模块和多个摄像头模块，主板的四角上均开有螺纹孔，主板上布置有CPU/NPU/RAM/flash/eeprom及外围基本电路，主板上还连接有电源保护器和显示器，显示器为10寸电容式触摸屏或外界电脑显示器，内置控制界面，可通过页面实时监测各采集控制端参数，通过动作按钮控制现场设备。

本实用新型与现有技术相比，具体有益效果体现在：

一、AI边缘控制系统极具有前端采集设备的采集功能，又具有控制中心数据处理与逻辑控制功能，同时还可接收前端采集设备数据，可控制前端控制端，可与云平台交互，并共同完成控制任务。AI边缘控制系统可接收前端采集设备数据功能，提高了通用性。AI边缘控制系统可直接连接前端摄像头，完成视频采集与信息提取，减少了采集设备，在没有PC机参与下可完成AI控制。这种由低成本采集控制端与高性能云控制器搭配，既保证整体设备成本低，又实现功能性能高水平，兼顾了成本和性能。

二、AI边缘控制系统的出现，避免了原系统由于网络故障导致的系统失控和数据丢失，增加了系统安全性、可靠性。AI边缘控制系统既有本地控制中心，也有云端控制中心，根据需要和网络状况自动切换控制模式，既能实现所需功能，又保证了系统可靠运行。

三、AI边缘控制系统将前端接收的图像视频信号在本地用AI系统模型进行分析，将结果直接输出至控制逻辑和云平台，提高控制实时性，减轻了云平台接受处理视频图片信息压力，压缩了控制时间。AI边缘控制系统利用自身摄像头接口直接采集，然后利用自身AI软硬件功能对视频进行处理，极大地提高了实时性，减轻网络压力。

四、AI边缘控制系统作为本地控制中心，提供了多样化的控制方法，缩短了采集数据与控制命令传输时间，提高了系统的控制实时性与精度，本地与云平台双控制减轻了云平台运算控制压力，更符合用户现实需求。通常情况下，将控制中心放在本地，即AI边缘控制系统作为控制中心，云平台可实时查看系统状态，也可远程手动控制设备，自动控制逻辑由AI边缘控制系统完成。根据需要也可将云平台设置为主控制中心。一主一辅的控制模式，对用户需求和客观条件有极强的适应性。

五、本地界面化的调试显示系统，既方便调试人员操作，也为运维人员处理现场突发情况提供更便捷的通道。

附图说明

图1为传统的云控制系统机构示意图。

图2为本实用新型的智能识别及控制逻辑图。

图3为本实用新型的控制流程图。

图4为云控制系统中的时间控制逻辑图。

图5为云控制器的电路板功能布局图。

图中，1为现场控制器，2为现场采集端，3为云控制器，4为前端摄像头，5为云平台，6为视频图像接收保存器，7为控制逻辑器，8为智能运算处理器，10为控制管理中心，11为远程控制端，12为本地控制端，13为时间控制器，14为时间控制逻辑单元，15为平台配置逻辑器，16为第一信号输出端口，17为第二信号输出端口，18为第三信号输出端口，19为水泵，20为阀门，21为闸门，22为主板，23为复位按钮，24为RJ45接口，25为SPI接口，26为UART接口，27为I2C接口，28为USB从机，29为HDMI接口，30为USB主机，31为摄像头模块，32为电源保护器，33为显示器，34为时间段一启动时刻，35为开启命令一，36为时间段一停止时刻，37为停止命令一，38为时间段二启动时刻，39为开启命令二，40为时间段二停止时刻，41为停止命令二，42为时间段三启动时刻，43为开启命令三，44为时间段三停止时刻，45为停止命令三。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

AI边缘控制系统，包括多个现场控制器1、多个现场采集端2、云控制器3、前端摄像头4和云平台5。

多个现场控制器1的信号输出端与云控制器3的控制信号端口进行双向信号传输。

多个现场采集端2的信号输出端将采集到的信号传输至云控制器3的采集信号端口。

云控制器3内设有视频图像接收保存器6、控制逻辑器7和智能运算处理器8，前端摄像头4的信号输出端与视频图像接收保存器6的信号输入端连接，视频图像接收保存器6的信号输出端与智能运算处理器8的信号输入端连接，智能运算处理器8的信号输出端与控制逻辑器7的信号输入端连接。

云控制器3的信号输出端与云平台5的信号输入端双向连接，云平台5的信号输出端分别于控制管理中心10、远程控制端11和本地控制端12连接，本地控制端12的现场维护人员可对现场设备进行实时维护。

如图1所示，传统的云控制器3系统机构采用云平台5与现场采集端2、现场控制器1通过互联网单线联系，由于网络通路距离长、路由线路复杂，特别是近现场端本地网络运营商系统故障，导致平台与前端设备失联，对工业现场控制造成损失。而在控制现场添加具有云服务器简化功能的云控制器3，现场控制逻辑由云平台5移至云控制器3，既预防了断网失控故障，也减轻了云平台5的控制压力。

如图2所示，云控制器3作为前端设备与云平台5之间的联络转换设备，将前端终端采集端或前端摄像头4上的视频图片信息进行人工智能运算，按控制模型参数要求统一转换，并实时提交给控制逻辑器7，同时，将当前系统状态以云平台5标准接受格式上传至平台，达到数据汇聚、智能识别、格式转换及打包转发的目的。

如图3所示，云控制器3利用自身AI软硬件功能，对前端摄像头4采集到的视频图片进行连续实施处理，将结果直接输出至控制逻辑模块指导设备操作，而不用上传至云端，等待处理后再挥发接收，缩短了信息处理时间，减小了网络宽带压力。

云控制器3作为本地的控制中心，维护各被控设备根据预置逻辑有序运行。

云控制器3控制逻辑包括：远程命令控制，本地液位、流量和压力等运行参数控制，以及时间段控制。

远程命令控制：在云平台5，由工作人员鼠标点击按钮或系统预设阈值、报警上下限等动作发出，对特定设备执行预设动作的过程。

本地运行参数控制：在控制现场，控制设备往往需要根据现场某运行参数变化实时做出调整，例如恒压供水水泵19，需要实时监测管网压力，在压力低于预设阈值时开启水泵19，在高于预设阈值时关闭水泵19，而在开启期间，需要根据控制逻辑对水泵19运行频率做出控制，使其平稳地启停，且通过功率的变化使得压力能稳定在特定的数值范围内。

云控制器3内设有时间控制器13，时间控制器13的信号输入端与时间控制逻辑单元14的信号输出端连接，时间控制逻辑单元14的信号输入端与平台配置逻辑器15连接。

如图4所示，时间控制逻辑单元14内的时间段一启动时刻34用于控制开启命令一35，时间控制逻辑单元14内的时间段一停止时刻36用于控制停止命令一37，开启命令一35与停止命令一37均与时间控制器13上的第一信号输出端口16连接，第一信号输出端口16与水泵19连接。

时间控制逻辑单元14内的时间段二启动时刻38用于控制开启命令二39，时间控制逻辑单元14内的时间段二停止时刻40用于控制停止命令二41，开启命令二39与停止命令二41均与时间控制器13上的第二信号输出端口17连接，第二信号输出端口17与阀门20连接。

时间控制逻辑单元14内的时间段三启动时刻42用于控制开启命令三43，时间控制逻辑单元14内的时间段三停止时刻44用于控制停止命令三45，开启命令三43与停止命令三45均与时间控制器13上的第三信号输出端口18连接，第三信号输出端口17与闸门21连接。

如图5所示，云控制器3包括主板22，主板22上布置有复位按钮23、RJ45接口24、SPI接口25、UART接口26和I2C接口27、USB从机28、HDMI接口29和USB主机30，主板22上还布置有电源模块和多个摄像头模块31，主板22的四角上均开有螺纹孔，主板22上布置有CPU/NPU/RAM/flash/eeprom及外围基本电路，主板22上还连接有电源保护器32和显示器33，显示器33为10寸电容式触摸屏或外界电脑显示器33，内置控制界面，可通过页面实时监测各采集控制端参数，通过动作按钮控制现场设备。

本实用新型采用linux系统；百兆以太网；高达1G的系统时钟，512M的RAM满足常用视频处理能力，linux多线程特点满足众多采集和控制任务同时运行，线程间管道、信号量、互斥锁等通信方式满足各线程人物间协调运行。例如，采集端可将视频图片等数据回传至云控制器3，云控制器3利用其强大的计算能力快速处理，经过转换或智能识别，根据控制逻辑进行操作。

AI边缘控制系统极具有前端采集设备的采集功能，又具有控制中心数据处理与逻辑控制功能，同时还可接收前端采集设备数据，可控制前端控制端，可与云平台5交互，并共同完成控制任务。AI边缘控制系统可接收前端采集设备数据功能，提高了通用性。当前行业内多采用集中器或网关进行前端采集设备数据采集和数据协议转换转发，由于采集设备不同，需要配套使用的专用集中器，通用性差，不利于设备的大规模部署，AI云控制器3可接收前端采集设备数据功能，提高了通用性。AI边缘控制系统可直接连接前端摄像头4，完成视频采集与信息提取，减少了采集设备，在没有PC机参与下可完成AI控制。这种由低成本采集控制端与高性能云控制器3搭配，既保证整体设备成本低，又实现功能性能高水平，兼顾了成本和性能。

AI边缘控制系统的出现，避免了原系统由于网络故障导致的系统失控和数据丢失，增加了系统安全性、可靠性。现有市场中控制中心或者放在本地，或者放在云端，本地的弊端是数据不能入围，不便于远程统一管理维护；云端的弊端是网络故障隐患风险大，若出现断网情况，被控设备有失控风险。AI边缘控制系统既有本地控制中心，也有云端控制中心，根据需要和网络状况自动切换控制模式，既能实现所需功能，又保证了系统可靠性。

AI边缘控制系统将前端接收的图像视频信号在本地用AI系统模型进行分析，将结果直接输出至控制逻辑和云平台5，提高控制实时性，减轻了云平台5接受处理视频图片信息压力，压缩了控制时间。当前市场上多数AI产品的信息流程为：前端设备采集后上传至云平台5，服务器分析处理后再下发至接收端。由于视频图片类信息传输流量大、时间长，无法同时对大批量前端摄像头4数据进行AI处理。AI边缘控制系统利用自身摄像头接口直接采集，然后利用自身AI软硬件功能对视频进行处理，极大地提高了实时性，减轻网络压力。

AI边缘控制系统作为本地控制中心，提供了多样化的控制方法，缩短了采集数据与控制命令传输时间，提高了系统的控制实时性与精度，本地与云平台5双控制减轻了云平台5运算控制压力，更符合用户现实需求。通常情况下，将控制中心放在本地，即AI边缘控制系统作为控制中心，云平台5可实时查看系统状态，也可远程手动控制设备，自动控制逻辑由AI边缘控制系统完成。根据需要也可将云平台5设置为主控制中心。一主一辅的控制模式，对用户需求和客观条件有极强的适应性。

本地界面化的调试显示系统，既方便调试人员操作，也为运维人员处理现场突发情况提供更便捷的通道。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本实用新型范围内。

Claims (3)

1.AI边缘控制系统，其特征在于，包括多个现场控制器（1）、多个现场采集端（2）、云控制器（3）、前端摄像头（4）和云平台（5）；

所述多个现场控制器（1）的信号输出端与云控制器（3）的控制信号端口双向连接；

所述多个现场采集端（2）的信号输出端与云控制器（3）的采集信号端口连接；

所述云控制器（3）内设有视频图像接收保存器（6）、控制逻辑器（7）和智能运算处理器（8），所述前端摄像头（4）的信号输出端与视频图像接收保存器（6）的信号输入端连接，视频图像接收保存器（6）的信号输出端与智能运算处理器（8）的信号输入端连接，智能运算处理器（8）的信号输出端与控制逻辑器（7）的信号输入端连接；

所述云控制器（3）的信号输出端与云平台（5）的信号输入端双向连接，所述云平台（5）的信号输出端分别与控制管理中心（10）、远程控制端（11）和本地控制端（12）连接。

2.根据权利要求1所述的AI边缘控制系统，其特征在于，所述云控制器（3）内设有时间控制器（13），时间控制器（13）的信号输入端与时间控制逻辑单元（14）的信号输出端连接，时间控制逻辑单元（14）的信号输入端与平台配置逻辑器（15）连接，所述时间控制器（13）的第一信号输出端口（16）与水泵（19）连接，所述时间控制器（13）的第二信号输出端口（17）与阀门（20）连接，所述时间控制器（13）的第三信号输出端口（18）与闸门（21）连接。

3.根据权利要求2所述的AI边缘控制系统，其特征在于，所述云控制器（3）包括主板（22），所述主板（22）上布置有复位按钮（23）、RJ45接口（24）、SPI接口（25）、UART接口（26）和I2C接口（27）、USB从机（28）、HDMI接口（29）和USB主机（30），所述主板（22）上还布置有电源模块和多个摄像头模块（31），所述主板（22）的四角上均开有螺纹孔，所述主板（22）上布置有CPU/NPU/RAM/flash/eeprom及外围基本电路，所述主板（22）上还连接有电源保护器（32）和显示器（33）。