CN212012703U - 基于物联网的边缘侧监视系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于物联网的边缘侧监视系统，能够有效监视工业系统的运行状态，且实时性较好。该系统(10)包括：至少一个传感器(101)、至少一个数据获取设备(102)和至少一个边缘处理设备(103)；至少一个传感器(101)与至少一个数据获取设备(102)相连，且至少一个数据获取设备(102)与至少一个边缘处理设备(103)相连；至少一个数据获取设备(102)获取至少一个传感器(101)采集的目标工业系统(20)的传感器数据，并将获取的传感器数据发送至至少一个边缘处理设备(103)；至少一个边缘处理设备(103)对收到的传感器数据进行边缘计算后得到目标工业系统(20)的运行状态数据。

Description

基于物联网的边缘侧监视系统

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种基于物联网的边缘侧监视系统。

背景技术

为了提高工业系统的生产效率，提高产品质量，降低故障率，可以提供监视系统以监视工业系统的设备运行状态、环境信息等。

以液化天然气系统为例。液化天然气是天然气在-265°F(-160℃)低温下的液态，被称为地球上最清洁的能源之一。当天然气转化为液化天然气时，其体积缩小约600倍。这种体积的减少使天然气能够经济地长途运输。液化天然气系统的常见的监视方案包括以下两种：

一、利用人工监视液化天然气系统

大多数液化天然气加气站和客户设备检查都是手工操作。缺点是显而易见的。检查员不能在7*24小时内一直走动。没有记录数据的计算机系统，无法远程监视设备设备状态。

二、基于传感器收集的数据对液化天然气设备进行监视，数据被发送至云端，从云端向操作员发送指令以纠正问题。该方案具有网络带宽成本高、时延大、黑客攻击风险大等问题。

总之，在对诸如液化天然气系统等工业系统进行监视时，人工方案成本高且无法实现远程监视；而云端处理数据的方式存在时延大、网络带宽成本高等缺点。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种基于物联网的边缘侧监视系统，能够有效监视工业系统的运行状态，且实时性较好。

本实用新型实施例提供了一种基于物联网的边缘侧监视系统，包括：至少一个传感器、至少一个数据获取设备和至少一个边缘处理设备；所述至少一个传感器与所述至少一个数据获取设备相连，且所述至少一个数据获取设备与所述至少一个边缘处理设备相连；所述至少一个数据获取设备获取所述至少一个传感器采集的目标工业系统的传感器数据，并将获取的传感器数据发送至所述至少一个边缘处理设备；所述至少一个边缘处理设备对收到的传感器数据进行边缘计算后得到所述目标工业系统的运行状态数据。

与在云端或部署在远程的数据中心相比，在边缘侧进行数据处理速度更快，得到的运行状态数据实时性好，时延小，且无需占用网络带宽。并且，边缘侧的处理可增强安全性，数据保留在设备侧，避免了数据传输过程中的安全风险。此外，在边缘侧进行数据处理可降低运营和数据传输的成本。

可选地，所述数据获取设备包括：数据接收部件、数据压缩部件和协议转换部件和数据发送部件，所述数据接收部件和所述数据压缩部件相连，所述数据压缩部件与所述协议转换部件相连，所述协议转换部件与所述数据发送部件相连；所述数据接收部件接收所述至少一个传感器采集的所述目标工业系统的传感器数据，并发送至所述数据压缩部件；所述数据压缩部件将所述数据接收部件接收的所述传感器数据进行压缩处理后发送至所述协议转换部件；所述协议转换部件将所述数据压缩部件压缩处理后的所述传感器数据转换成符合指定协议的数据后发送至所述数据发送部件；所述数据发送部件将协议转换后的所述传感器数据发送至所述至少一个边缘处理设备。

数据压缩部件对数据进行压缩处理，去除数据中对于状态监视无用的信息，可减少数据量。并且由于目标工业系统中的设备可能由不同的制造商提供，数据语言和协议可能存在不同。压缩后的数据进一步由协议转换部件进行协议转换，可将数据转换为统一的协议后再发送至边缘处理设备，简化边缘处理设备的处理，降低边缘处理设备的处理负荷。

可选地，所述数据接收部件还获取所述目标工业系统的设备控制信号和用于描述设备运行状态的信号，并发送至所述数据发送部件；所述数据发送部件将所述设备控制信号和所述用于描述设备运行状态的信号发送至所述至少一个边缘处理设备；所述至少一个边缘处理设备对收到的所述传感器数据、所述设备控制信号和所述用于描述设备运行状态的信号进行边缘计算后得到所述目标工业系统的运行状态数据。

包括设备控制信号、用户描述设备运行状态的信号在内丰富的信息可更充分、准确地描述目标工业系统的运行状态，从而边缘处理设备计算得到的运行状态数据更准确，信息更丰富。

可选地，所述系统还包括至少一个云平台，与所述至少一个边缘处理设备相连，所述至少一个边缘处理设备将所述目标工业系统的运行状态数据发送至所述至少一个云平台；所述至少一个云平台根据接收到的所述目标工业系统的运行状态数据确定所述目标工业系统的运行状态。

边缘处理设备与云平台相互配合。边缘处理设备可完成大部分的数据计算的任务，而将已经处理过的运行状态数据发送至云平台，减少了数据传输量，降低了数据传输过程中的安全风险。云平台根据接收到的目标工业系统的运行状态数据可进一步确定目标工业系统的运行状态，并可进行运行状态的报告和更新。

可选地，所述至少一个边缘处理设备还将所述目标工业系统的运行状态数据发送至至少一个用户终端设备，以在所述至少一个用户终端设备上显示所述目标工业系统的运行状态。

可选地，所述数据获取设备基于工业安全协议将获取的数据发送至所述至少一个边缘处理设备。

可选地，所述至少一个数据获取设备中包括：至少一个可编程逻辑控制器和/或物联网网关。

可选地，所述边缘处理设备得到的所述目标工业系统的运行状态数据用于实现下列功能中的至少一种：

设备管理；

应用程序商店；

应用程序管理；

异常检测；

预测性维护；

设备运行状态分析。

可选地，所述目标工业系统包括液化天然气系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例提供的一种基于物联网的边缘侧监视系统的结构示意图。

图2示出了本实用新型一实施例中数据获取设备的结构以及与其他设备之间的数据传输。

图3示出了本实用新型一实施例中边缘处理设备所实现的设备管理和应用程序商店/管理的功能。

图4示出了本实用新型一实施例中边缘处理设备所实现的异常检测的功能。

图5示出了本实用新型一实施例中边缘处理设备所实现的预测性维护的功能。

图6示出了本实用新型一实施例中边缘处理设备所实现的运行状态分析的功能。

图7示出了本实用新型一实施例中在云平台上显示目标工业系统的运行状态。

附图标记说明

10边缘侧监视系统 20目标工业系统 30用户终端设备

101传感器 102数据获取设备 103边缘处理设备 104云平台

1021数据接收部件 1022数据压缩部件 1023协议转换部件

1024数据发送部件

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型一实施例提供的一种基于物联网的边缘侧监视系统的结构示意图。如图1所示，该系统10可包括：至少一个传感器101、至少一个数据获取设备102和至少一个边缘处理设备103。其中，至少一个传感器101与至少一个数据获取设备102相连，且至少一个数据获取设备102与至少一个边缘处理设备103相连。

至少一个数据获取设备102获取至少一个传感器101采集的目标工业系统20的传感器数据，并将获取的传感器数据发送至至少一个边缘处理设备103；至少一个边缘处理设备103对收到的传感器数据进行边缘计算后得到目标工业系统20的运行状态数据。

目标工业系统20可以包括前述的液化天然气系统，其中可包括液化天然气终端、液化天然气加油站、液化天然气运输车、液化天然气控制设备等。目标工业系统20还可以是其他工业系统，比如：食品生产系统、物流系统、车辆制造系统等等。

此外，数据获取设备102还可获取目标工业系统20设备的用于描述设备运行状态的信号和设备控制信号等数据，设备设备并发送至位于边缘侧，即目标工业系统20中待监视的设备侧部署的边缘处理设备103。边缘处理设备103对收到的传感器数据、设备控制信号和用于描述设备运行状态的信号等进行边缘计算后得到设备的运行状态数据。与在云端或部署在远程的数据中心相比，在边缘侧进行数据处理速度更快，得到的运行状态数据实时性好，时延小，且无需占用网络带宽。并且，边缘侧的处理可增强安全性，数据保留在设备侧，避免了数据传输过程中的安全风险。此外，在边缘侧进行数据处理可降低运营和数据传输的成本。

以液化天然气系统为例，至少一个传感器101采集的传感器数据包括但不限于：压力、液位、液体流量、气体流量、电流、电压、功率以及设备运行环境数据，比如：温度等。数据获取设备102，比如：可编程逻辑控制器PLC、物联网智能网关等从至少一个传感器101处接收到这些数据。PLC用于控制目标工业系统20中设备的运行，其自身能够获取设备控制信号和用于描述设备运行状态的信号。物联网智能网关也可通过智能感知技术，根据传感器数据分析得到用于描述设备运行状态的信号。

图2示出了本实用新型一实施例中数据获取设备102的结构以及与其他设备之间的数据传输。如图2所示，数据获取设备102可包括：数据接收部件1021、数据压缩部件1022、协议转换部件1023和数据发送部件1024。数据接收部件1021和数据压缩部件1022相连，数据压缩部件1022与协议转换部件1023相连，协议转换部件1023和数据发送部件1024相连。其中，数据接收部件1021接收来自至少一个传感器101采集的目标工业系统20的传感器数据；数据压缩部件1022将数据接收部件1021接收的传感器数据进行压缩处理；协议转换部件1023将数据压缩部件1022压缩处理后的传感器数据转换成符合指定协议的数据，并通过数据发送部件1024发送至至少一个边缘处理设备103。数据压缩部件1022对数据接收部件1021接收到的对数据进行压缩处理，去除数据中对于状态监视无用的信息，以减少数据量。并且由于目标工业系统20中的设备可能由不同的制造商提供，数据语言和协议可能存在不同。因此，压缩后的数据进一步由协议转换部件1023进行协议转换，将数据转换为统一的协议后再发送至边缘处理设备103。统一的协议包括但不限于：OPC UA、消息队列遥测传输MQTT等。为了保证数据的安全传输，数据获取设备102可基于OPC UA、MQTT等协议将数据发送至边缘处理设备103。

边缘处理设备103对目标工业系统20的数据在边缘侧进行计算，可极大地提高数据处理的速度，且运行环境更安全。边缘侧的数据处理可减少边缘侧与云端之间的数据传输，降低数据分析的整体成本。并且基于边缘侧计算，目标工业系统20中的设备可在没有人员干预的情况下进行自主判断，有效降低设备故障的风险，减少有害事故的发生。边缘处理设备103计算得到的运行状态数据可用于实现下列功能中的至少一种：

1)设备管理、应用程序商店和应用程序管理

如图3所示，边缘侧的数据计算可使得用户可监视目标工业系统20中边缘侧的所有已连接设备的状态和软件功能。用户也可通过系统10访问各种不同的边缘侧应用。

2)异常检测

如图4所示，边缘处理设备103对至少一个传感器101采集的数据进行边缘侧计算，得到的运行状态数据数据可实现工业现场的监视。

3)预测性维护

如图5所示，通过系统10，用户可监视目标工业系统20的运行状态，比如设备运行状态、性能等。可向技术人员提示潜在的故障，给出维护的建议以及阻止可能发生的宕机等。

4)设备运行状态分析

如图6所示，边缘处理设备103在边缘侧进行数据计算和分析，从而可以在不依赖云平台的前提下，实现目标工业系统20的运行状态分析。

综上，边缘侧监视系统10可实现数据采集以及数据的边缘侧计算，并基于计算得到的运行状态数据来实现边缘侧的系统监视。无需借助中央部署的云平台，降低了时延，提高了系统监视的实时性。

如图1所示，边缘侧监视系统10可将运行状态数据，或将基于运行状态数据处理后得到的用于指示系统运行状态的信息发送至用户终端设备30，以在用户终端设备30实现边缘侧的系统监视。比如：可在边缘处理设备103上部署web服务器，并运行web服务，而在用户终端设备30上运行web客户端，通过web客户端的程序实现对目标工业系统20的监视，比如实现图3至图6所示的功能。

可选地，边缘处理设备103可完成大部分的数据计算的任务，而将已经处理过的运行状态数据发送至云平台104，云平台104根据接收到的目标工业系统20的运行状态数据确定目标工业系统20的运行状态，并可进行运行状态的报告和更新。如图7所示，结合地理信息示出了目标工业系统20中的各个设备，这里仍以液化天然气系统为例，示出了加油站、运输车等的位置和运行状态。用户终端设备30也可访问云平台104提供的服务以实现目标工业系统20的监视。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，仅用于说明本实用新型的技术方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于物联网的边缘侧监视系统(10)，其特征在于，包括：

至少一个传感器(101)、至少一个数据获取设备(102)和至少一个边缘处理设备(103)；

所述至少一个传感器(101)与所述至少一个数据获取设备(102)相连，且所述至少一个数据获取设备(102)与所述至少一个边缘处理设备(103)相连；

所述至少一个数据获取设备(102)获取所述至少一个传感器(101)采集的目标工业系统(20)的传感器数据，并将获取的传感器数据发送至所述至少一个边缘处理设备(103)；

所述至少一个边缘处理设备(103)对收到的传感器数据进行边缘计算后得到所述目标工业系统(20)的运行状态数据。

2.如权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述数据获取设备(102)包括：数据接收部件(1021)、数据压缩部件(1022)和协议转换部件(1023)和数据发送部件(1024)，所述数据接收部件(1021)和所述数据压缩部件(1022)相连，所述数据压缩部件(1022)与所述协议转换部件(1023)相连，所述协议转换部件(1023)与所述数据发送部件(1024)相连；

所述数据接收部件(1021)接收所述至少一个传感器(101)采集的所述目标工业系统(20)的传感器数据，并发送至所述数据压缩部件(1022)；

所述数据压缩部件(1022)将所述数据接收部件(1021)接收的所述传感器数据进行压缩处理后发送至所述协议转换部件(1023)；

所述协议转换部件(1023)将所述数据压缩部件(1022)压缩处理后的所述传感器数据转换成符合指定协议的数据后发送至所述数据发送部件(1024)；

所述数据发送部件(1024)将协议转换后的所述传感器数据发送至所述至少一个边缘处理设备(103)。

3.如权利要求2所述的系统(10)，其特征在于，

所述数据接收部件(1021)还获取所述目标工业系统(20)的设备控制信号和用于描述设备运行状态的信号，并发送至所述数据发送部件(1024)；

所述数据发送部件(1024)将所述设备控制信号和所述用于描述设备运行状态的信号发送至所述至少一个边缘处理设备(103)；

所述至少一个边缘处理设备(103)对收到的所述传感器数据、所述设备控制信号和所述用于描述设备运行状态的信号进行边缘计算后得到所述目标工业系统(20)的运行状态数据。

4.如权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)还包括至少一个云平台(104)，与所述至少一个边缘处理设备(103)相连，

所述至少一个边缘处理设备(103)将所述目标工业系统(20)的运行状态数据发送至所述至少一个云平台(104)；

所述至少一个云平台(104)根据接收到的所述目标工业系统(20)的运行状态数据确定所述目标工业系统(20)的运行状态。

5.如权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述至少一个边缘处理设备(103)还将所述目标工业系统(20)的运行状态数据发送至至少一个用户终端设备(30)，以在所述至少一个用户终端设备(30)上显示所述目标工业系统(20)的运行状态。

6.如权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述数据获取设备(102)基于工业安全协议将获取的数据发送至所述至少一个边缘处理设备(103)。

7.如权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述至少一个数据获取设备(102)中包括：至少一个可编程逻辑控制器和/或物联网网关。

8.如权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述边缘处理设备(103)得到的所述目标工业系统(20)的运行状态数据用于实现下列功能中的至少一种：

设备管理；

应用程序商店；

应用程序管理；

异常检测；

预测性维护；

设备运行状态分析。

9.如权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述目标工业系统(20)包括液化天然气系统。

Images