CN215871465U - 一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，包括智能网关(1)、网关壳体(2)、数据采集器、监控报警器、降压变压器(3)、电源滤波器(4)、电源开关(5)、电源供应器；本发明实现了不同企业多品种异构设备的信息采集，解决了工业大数据中标签化、规模化数据来源的问题，为生产管理、设备管理提供了有效的数据支撑，极大提高了数据向云端的传输速度。

Description

一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端

技术领域

本实用新型涉及智能制造及工业物联网领域，具体是一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端。

背景技术

《中国制造2025》将“智能制造”列为五大专栏工程之一，明确提出“紧密围绕重点制造领域关键环节，开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用”。但是，当前制造业存在着生产车间信息化水平参差不齐，设备种类差异大，制造装备管控手段落后，受制于人工，管理效率低下、信息反馈不及时，且难以实现共享，成为制造企业提质增效、提升管理运营水平的关键瓶颈。加强企业的制造装备信息化、零距离、扁平化管控，将从根本上解决制造装备信息透明和协作共享的难题，有效盘活国有资产和提升生产管理水平，引领工业发展水平向更高层次跃进。

其中，大数据和云计算处理解决了分布式并行环境下的大规模数据集管理挑战，而新技术在工业物联网中的应用，要求系统中的终端必须具备强大的数据处理能力和大容量的数据存储能力。边缘计算的出现，通过在网络边缘满足相对应的数据分析处理能力，为企业的生产管理、设备管理提供了有效的数据保障。由此可见，设计出一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，对于制造业的生产效率提升具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，包括智能网关、网关壳体、数据采集器、监控报警器、降压变压器、电源滤波器、电源开关、电源供应器。

所述智能网关的表面设有通讯接口I、电源接口和存储接口。

所述通讯接口I包括串行通信接口、网线通讯接口、R/T接收与发送端。

所述串口、网口等可根据设备所支持的通讯协议进行适配，即采集终端可选择合适的通讯协议与采集设备进行通信。

所述智能网关还包括运行指示灯。运行指示灯指示智能网关的运行状态。

所述电源接口为电源接线柱。

所述智能网关支持以太网有线通讯和WIFI/3G/GPRS/4G无线通讯。

所述智能网关存储若干工业标准通讯协议，包括Modbus、 IEC-60870、RS485、RS232、TCP。

所述网关壳体内放置智能网关和电源供应器。

所述网关壳体包括主壳体和壳体侧盖。

所述主壳体的开口处和壳体侧盖卡和连接成腔体。所述壳体侧盖可拆卸。

所述网关壳体还包括若干隔离板。所述隔离板至少将网关壳体分隔为网关区域、滤波器区域、电源区域、开关区域。其中，网关区域内放置智能网关。滤波器区域内放置电源滤波器。电源区域放置降压变压器。开关区域内放置电源开关。

所述网关壳体的表面开设有若干散热孔。

所述数据采集器设有通讯接口II。所述通讯接口II和通讯接口 I线缆连接。

所述数据采集器包括智能传感器和数据存储芯片。

所述智能传感器监测电力参数和电力质量参数。

所述电力参数包括电流、电压。所述电力质量参数包括功率因子、谐波、电流电压不平衡度。

其中，电流由数据采集器中的电流传感器监测。电压由数据采集器中的电压传感器监测。

所述智能传感器将电力参数和电力质量参数传输至数据存储芯片。

所述数据存储芯片存储电力参数和电力质量参数。

所述数据存储芯片将电力参数和电力质量参数传输至智能网关和监控报警器的监控芯片。

所述监控报警器包括监控芯片和报警器。

所述监控芯片内预设电力参数阈值和电力质量参数阈值。

所述监控芯片和报警器连接。

所述电源开关控制智能网关和智能采集终端信息采集任务的启停；

所述电源滤波器分别与降压变压器和电源开关连接；

所述电源滤波器过滤电源开关输出的电信号，并将过滤后的电信号传输至降压变压器；

所述降压变压器降低接收到的电信号的电压值，并为智能网关、数据采集器和监控报警器供电；

所述电源供应器和电源接口线缆连接；所述电源供应器通过电源开关输出电信号。

所述电源供应器的电压可调。

本实用新型的技术效果是毋庸置疑的，本实用新型提供一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，实现了不同企业多品种异构设备的信息采集，解决了工业大数据中标签化、规模化数据来源的问题，为生产管理、设备管理提供了有效的数据支撑，极大提高了数据向云端的传输速度。

附图说明

图1是本实用新型的安装支架布局示意图；

图中：智能网关1、网关壳体2、降压变压器3、电源滤波器4、电源开关5、电源接口6、导轨卡扣7、网关区域A、滤波器区域B、电源区域C、开关区域D。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。

实施例1：

参见图1，一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，包括智能网关1、网关壳体2、数据采集器、监控报警器、降压变压器3、电源滤波器4、电源开关5、电源供应器。

所述智能网关1的核心部件为主板，所述主板用于控制电信号。

所述智能网关1还包括时钟电路，所述时钟电路设置在壳体内，其与主板连接。

所述智能网关1的表面设有通讯接口I、电源接口6和存储接口。

所述智能网关1的多个接口排列设置。

所述通讯接口I包括串行通信接口、网线通讯接口、R/T接收与发送端。

其中，串行通信接口和通讯接口II线缆连接。

所述智能网关1还包括运行指示灯。运行指示灯指示智能网关1 的运行状态。

所述电源接口为电源接线柱。

所述智能网关1支持以太网有线通讯和WIFI/3G/GPRS/4G无线通讯。

所述智能网关1存储若干工业标准通讯协议，包括Modbus、IEC-60870。

所述网关壳体2内放置智能网关1和电源供应器。

所述网关壳体2包括主壳体和壳体侧盖。

所述主壳体的开口处和壳体侧盖卡和连接成腔体。所述壳体侧盖可拆卸。

所述网关壳体2还包括若干隔离板。所述隔离板至少将网关壳体2分隔为网关区域A、滤波器区域B、电源区域C、开关区域D。其中，网关区域内放置智能网关1。滤波器区域内放置电源滤波器。电源区域放置降压变压器3。开关区域内放置电源开关5。

所述网关壳体2的表面开设有若干散热孔。

所述数据采集器设有通讯接口II。所述通讯接口II和通讯接口 I线缆连接。

所述数据采集器包括智能传感器和数据存储芯片。

所述智能传感器监测电力参数和电力质量参数。

所述电力参数包括电流、电压。所述电力质量参数包括功率因子、谐波、电流电压不平衡度。

其中，电流由数据采集器中的电流传感器监测。电压由数据采集器中的电压传感器监测。

所述智能传感器将电力参数和电力质量参数传输至数据存储芯片。

所述数据存储芯片存储电力参数和电力质量参数。

所述数据存储芯片将电力参数和电力质量参数传输至智能网关 1和监控报警器的监控芯片。

所述监控报警器包括监控芯片和报警器。

所述监控芯片内预设电力参数阈值和电力质量参数阈值。

所述监控芯片和报警器连接。监控报警器与传感器放置在一起。

在电力参数或者电力质量参数达到相对应的阈值时，监控芯片控制报警器发出报警信号；

所述电源开关5控制智能网关1和智能采集终端信息采集任务的启停；

所述电源滤波器4分别与降压变压器3和电源开关5连接；

所述电源滤波器4过滤电源开关5输出的电信号，并将过滤后的电信号传输至降压变压器3；

所述降压变压器3降低接收到的电信号的电压值，并为智能网关1、数据采集器和监控报警器供电；

所述电源供应器和电源接口6线缆连接；所述电源供应器通过电源开关5输出电信号。

所述电源供应器的电压可调。

电源供应器输入的为220V电源，经电源开关5输入至电源滤波器4后，再由降压变压器3减压至24V后为网关等供电。

实施例2：

基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，主要结构见实施例1，其中，智能网关1包括一个WiFi无线通讯电路模块和一个ZigBee 无线通讯电路模块。智能网关1通过ZigBee无线通讯电路模块管理本地ZigBee网络，并通过所述WiFi无线通讯电路模块连接至外部网络，完成本地网络管理及网关的网关功能。

实施例3：

基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，主要结构见实施例1，其中，智能网关1包括一个WiFi无线通讯电路模块和一个蓝牙(BLE) 无线通讯电路模块，智能网关1通过所述蓝牙无线通讯电路模块管理本地蓝牙网络，并通过所述WiFi无线通讯电路模块连接至外部网络，完成本地网络管理及网关的网关功能。

实施例4：

基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，主要结构见实施例1，其中，智能网关1包括一个WiFi无线通讯电路模块和一个射频(RF) 无线通讯电路模块，智能网关1通过所述射频无线通讯电路模块管理本地网络，并通过所述WiFi无线通讯电路模块连接至外部网络，完成本地网络管理及网关的网关功能。

实施例5：

基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，主要结构见实施例1，其中，网关壳体2外表面还设有导轨卡扣7，所述导轨卡扣7与机床等设备电气柜中导轨连接。

实施例6：

一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，所述智能采集终端包括硬件设备和软件模块两部分。所述硬件设备包括智能网关，网关壳体、智能传感器、电源供应器，所述软件模块包括异构设备信息编码及标准化模块、设备运行状态数据采集模块、边缘计算分析模块。所述智能网关正面部分为通讯接口，包括485等通讯接口、网线通讯接口、R/T接收与发送端、运行指示灯等，网关上侧部分为电源与存储接口，包括4G卡与内存卡接口、24V电源开关、电源滤波器、220V电源接线柱。网关外部为网关壳体。所述网关壳体包含安装支架和外壳，安装支架底部前侧为网关放置区，左后侧为电源滤波器放置区，右后侧为24V电源放置区。所述电源供应器包括电源滤波器和24V电源两部分。所述智能传感器与智能网关通过数据传输线相接。

所述智能传感器可精确的测量各种电力参数及功率因子、谐波、电流电压不平衡度等电力质量参数，功率测量精度±0.5％，电能测量精度±0.5％，支持报警设定、自动抄表设定、每小时电能计算等数据采集需求。

所述智能网关可对采集数据进行预处理，具有断点续传功能，支持有线及无线通信。智能网关所具有的主要功能及特点包括：

包含200余种主流工业通讯协议驱动；

支持通过3G、4G、以太网、WIFI通讯；

支持数据上传至SQL Server和断点续传；

支持多种边缘计算方式；

支持网关状态远程集中管理；

支持NTP本地时间同步；

所述异构设备信息编码及标准化模块，指的是考虑到不同设备之间的种类差异大，实现设备信息采集之前必须对异构设备的信息进行编码及标准化，寻找各设备之间的共有属性，统一采集内容，为数据的采集、云存储和调用提供基础。

所述设备运行状态数据采集模块，指的是采集或识别各个关键设备和主要设备的运行状态，分析设备的使用率，为设备管理提供数据支撑。主要采集设备生产厂家、加工精度、系统内PLC地址等设备基础信息和工件数、功率信息等设备运行数据。

异构设备通用智能终端具备以下功能：

支持RS232/485、MPI、以太网、WiFi、4G等不少于4种通讯链路的数据采集和传输；

支持不少于五种品牌，十种型号的主流PLC的数据采集；

支持多种加工类别，数十台设备的数据采集与状态监测；

支持Modbus、OPC、BACnet、IEC-104、ABMLGX、APAX、ABSLC5 等不少于5种通讯协议；

支持最小数据采集周期不大于2秒；

支持断点续传机制，最长续传存储周期不小于30天；

支持包括数值函数、三角函数、布尔运算在内的多种边缘计算。

所述边缘计算分析模块，包括通信适配单元、协议转换单元、边缘分析单元、数据处理单元和云端服务器接入单元，所述边缘计算模块通过通信适配单元接收设备运行状态数据采集模块传输的信号，所述边缘分析单元和所述数据处理单元依次对接收到的数据进行处理和加工，并提取有用信息，之后所述协议转换单元进行不同协议数据的转换，所述云端服务器接入单元将处理好的数据转送至云端服务器。

实施例7：

一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，硬件设备包括智能网关，网关壳体、智能传感器、电源供应器。软件模块包括异构设备信息编码及标准化模块、设备运行状态数据采集模块、边缘计算分析模块。智能采集终端以智能网关为载体，通过智能传感器采集设备生产厂家、加工精度、系统内PLC地址等设备基础信息和工件数、功率信息等设备运行数据。并通过网络控制协议与车间云平台建立通讯，并接受远端指令控制，支持的传输方式包括WIFI、 4G、网线等通讯手段。可以实现多源异构数据采集、异构数据协议转换、设备底层数据汇集以及边缘存储等功能。

本实施例提供一种网关壳体，包含安装支架和外壳，安装支架底部前侧为网关放置区，左后侧为电源滤波器放置区，右后侧为24V 电源放置区。

所述异构设备信息编码及标准化模块，在详细调研和分析参与设备的基础上，确认要实时数据采集的关键设备和主要设备对象，在原有设备编码的基础上，对各生产设备进行统一编码，从提高设备管理效率、减少人力、提高设备利用率等多个方面综合考虑，提炼出通用的异构设备基本参数，统一采集内容，结合数字化车间需要和精益管理思想，设置采集的参数类型、频率等信息，开展不同企业不同生产车间生产设备基本信息采集，包括关键生产设备的型号、名称、厂家、生产能力、出厂日期、启用日期、使用年限、额定功率、尺寸、重量等共有参数和操作工人打卡、产品计件等重要参数。数据采集系统以无线通信方式为主，采样周期不高于2秒，同时具有有线和4G通信的功能。

所述设备运行状态数据采集模块，在所述异构设备信息编码及标准化模块完成信息编码及标准化之后，通过智能传感器进行数据采集，主要采集设备生产厂家、加工精度等设备基础信息和工件数、测量各种电力参数及功率因子、谐波、电流电压不平衡度等电力质量参数。

所述边缘计算模块通过通信适配单元接收设备运行状态数据采集模块传输的信号，所述边缘分析单元和所述数据处理单元依次对接收到的数据进行处理和加工，进行数据预处理操作，主要包括拆分、降噪、特征编码、数据标准化、正则化等数据预处理方式，加以滑动平均法、小波变换等滤波处理。并提取有用信息，之后所述协议转换单元进行不同协议数据的转换，所述云端服务器接入单元将处理好的数据转送至云端服务器。

所述通信适配单元，主要实现设备运行状态数据采集模块与边缘计算分析模块之间的软件接口，网络接口和根据网络协议提供各种协议接口。

所述边缘分析单元在设备边缘测一端发起，以寻求更快的网络服务响应。

所述边缘计算分析模块能够减少网络延迟及云端的数据量；数据本地存储和分析，安全团队可轻松对其进行监视；使用边缘计算轻松扩展基础架构；高可靠性，365天×24小时运行；支持断点续传：能够离线存储至少3个月以上数据，断网恢复后自动续传；多协议、多接口RS422/485：支持超过200种工业通讯协议；支持多种通讯接口。

针对异构设备的多样性、复杂性和广域分布性等特点，采用物联网无线通信技术，针对数据形式的多样性和非结构化，在数据源、数据管理阶段实现对数据的标准化，降低数据噪声，为后期模型建立和结果显示提供保障。在对数据进行降噪以后，基于实时信息驱动和数据融合技术，实现设备的数据采集与智能分析，同时将采集的数据和计算的结果存入边缘计算分析模块，之后上传至数据库和大数据平台，为车间管理和智能决策提供基础数据。

Claims (10)

1.一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，其特征在于：包括智能网关(1)、网关壳体(2)、数据采集器、监控报警器、降压变压器(3)、电源滤波器(4)、电源开关(5)、电源供应器；

所述智能网关(1)的表面设有通讯接口I、电源接口(6)和存储接口；

所述网关壳体(2)内放置智能网关(1)和电源供应器；

所述数据采集器设有通讯接口II；所述通讯接口II和通讯接口I线缆连接；

所述数据采集器包括智能传感器和数据存储芯片；

所述智能传感器监测电力参数和电力质量参数；

所述智能传感器将电力参数和电力质量参数传输至数据存储芯片；

所述数据存储芯片存储电力参数和电力质量参数；

所述数据存储芯片将电力参数和电力质量参数传输至智能网关(1)和监控报警器的监控芯片；

所述监控报警器包括监控芯片和报警器；

所述监控芯片内预设电力参数阈值和电力质量参数阈值；

所述监控芯片和报警器连接；

所述电源开关(5)控制智能网关(1)和智能采集终端信息采集任务的启停；

所述电源滤波器(4)分别与降压变压器(3)和电源开关(5)连接；

所述电源滤波器(4)过滤电源开关(5)输出的电信号，并将过滤后的电信号传输至降压变压器(3)；

所述降压变压器(3)降低接收到的电信号的电压值，并为智能网关(1)、数据采集器和监控报警器供电；

所述电源供应器和电源接口(6)线缆连接；所述电源供应器通过电源开关(5)输出电信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，其特征在于：所述网关壳体(2)包括主壳体和壳体侧盖；

所述主壳体的开口处和壳体侧盖卡和连接成腔体；所述壳体侧盖可拆卸。

3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，其特征在于：所述网关壳体(2)还包括若干隔离板；所述隔离板至少将网关壳体(2)分隔为网关区域、滤波器区域、电源区域和开关区域；其中，网关区域内放置智能网关(1)；滤波器区域内放置电源滤波器；电源区域内放置降压变压器(3)；开关区域内放置电源开关(5)。

4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，其特征在于：所述网关壳体(2)的表面开设有若干散热孔。

5.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，其特征在于：所述通讯接口I包括串行通信接口、网线通讯接口、R/T接收与发送端；

其中，串行通信接口和通讯接口II线缆连接；网线通讯接口与采集设备进行通信；R/T与工业设备相连，用于传输电力参数和电力质量参数。

6.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，其特征在于：所述智能网关(1)还包括运行指示灯；运行指示灯指示智能网关(1)的运行状态。

7.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，其特征在于：所述电源接口为电源接线柱。

8.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，其特征在于：所述电源供应器的电压可调。

9.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，其特征在于：所述电力参数包括电流、电压；所述电力质量参数包括功率因子、谐波、电流电压不平衡度；

其中，电流由数据采集器中的电流传感器监测；电压由数据采集器中的电压传感器监测；所述功率因子、谐波、电流电压不平衡度由智能电表测量。

10.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的设备侧信息智能采集终端，其特征在于：所述智能网关(1)支持以太网有线通讯和WIFI/3G/GPRS/4G无线通讯。

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