CN219872189U - 一种适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端，包括：处理器、以太网接口、USB接口、HDMI接口、移动通信模组、WiFi模组、拓展接口、SSD接口、Micro SD接口、指示模组和按键模组，该终端配备若干不同类型的接口，可满足各类传感器、执行器等现场设备的实时通信、数据采集的需要，从而能够整体上监控设备的性能，通过以太网接口进行卷烟生产数据的交换传输，再由现有处理器基于现有故障诊断算法进行故障诊断，实现了设备状态的监控，再通过指示模组进行电源及故障的指示，使得现场工作人员能够在最短的时间内了解设备的基本状态，以便于做后续的其他操作。

Description

一种适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端

技术领域

本实用新型涉及故障诊断技术领域，具体涉及一种适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端。

背景技术

卷烟制丝生产是烟草行业的一个重要环节，其生产过程需要涉及到多种设备和技术。目前，在卷烟制丝生产现场，已经广泛使用了各种自动化设备和技术，以提高生产效率和降低生产成本。这些设备包括输送设备、卷烟机、切丝机、烘丝机等。同时，为了保证生产线的连续运行，设备的可靠性和稳定性也变得越来越重要。

在卷烟制丝生产领域，故障诊断的主要发展趋势在于，随着自动化水平的不断提高，智能化设备和技术的广泛应用。大数据、人工智能技术、边缘计算技术等与生产领域结合，提高生产效率和质量，并实现对生产过程的实时监测和分析。

在卷烟制丝生产现场，由于设备和技术的多样性和复杂性，设备故障和异常情况的发生是不可避免的。当前，对于这些故障和异常情况的诊断和解决，主要还是依靠设备操作人员的经验和技能。这种方法存在诊断精度低、诊断时间长、无法全面监测等问题。对于一种适用于卷烟制丝生产现场的故障诊断智能终端的需求越来越迫切。

在中国专利CN214675214U公开了一种边缘计算终端，但该终端存在无法显示设备的基本状态，且由于卷烟制丝生产现场设备较多，其数据量也较大，无法实现大数据量的存储等问题，因此，亟需一种可靠的边缘终端，来提高生产线的可靠性和稳定性。

实用新型内容

针对上述问题，发明人提供了一种适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端，通过合理的接口配置来实现多种传输方式下的数据传输，以满足卷烟制丝生产现场数据传输需求，并对现场设备进行实时数据监控，如设备发生故障还可进行自动指示，以提高生产线的可靠性。

具体地，本实用新型是这样实现的：

一种适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端，包括：

处理器，内置卷烟制丝的故障诊断算法，该算法可采用如中国专利申请CN115511084A中的故障诊断方法，也可搭载如软件著作权登记2023R11L0535010的《制丝设备状态监控与故障诊断平台》或是采用其他的卷烟制丝设备故障算法，在此不做限定；

以太网接口，用于故障诊断所需的卷烟生产数据的交换传输；生产数据包括实时的生产设备数据以及来自历史服务器的生产历史数据；

USB接口；

HDMI接口，用于将外部的高清多媒体信号传输至处理器。

移动通信模组，用于通过移动通信网络进行数据传输；

WiFi模组，用于通过无线局域网络进行数据传输；

拓展接口，外接信号线，用于进行信号传输；

SSD接口，与处理器连接，用于外接固态硬盘，以拓展存储空间；

Micro SD接口，与处理器连接，用于系统镜像的烧录及备份；

指示模组，与处理器连接，用于电源指示及设备故障指示；

按键模组，与处理器连接，其包括复位按键及下载按键，所述复位按键用于将设备复位为初始上电模式，所述下载按键用于下载镜像。

进一步地，所述拓展接口外接CAN_High和CAN_Low两条信号线，CAN_High和CAN_Low两条信号线共同构成一组差分信号线，以使得所述拓展接口以差分信号的形式进行通讯。

进一步地，所述指示模组包括：

电源指示单元，用于电源指示；

故障指示单元，用于设备故障指示；

所述电源指示单元包括：串联的第一电阻、电源发光二极管、第一三极管和第二电阻；

所述故障指示单元包括：串联的第三电阻、故障发光二极管、第二三极管和第四电阻。

进一步地，所述以太网接口包括：一个受电端RJ45端口及多个供电端RJ45端口。

进一步地，所述移动通信模组包括：Micro SIM卡座、标准型SIM卡座、Nano SIM座中的至少一种。

与现有技术相比，本实用新型的工作原理及有益效果：

(1)该边缘终端配备若干不同类型的接口，可满足各类传感器、执行器等现场设备的实时通信、数据采集的需要，从而能够整体上监控设备的性能。

(2)本申请提供的边缘终端，通过以太网接口进行卷烟生产数据的交换传输，再由现有处理器基于现有故障诊断算法进行故障诊断，实现了设备状态的监控。

(3)通过指示模组进行电源及故障的指示，使得现场工作人员能够在最短的时间内了解设备的基本状态，以便于做后续的其他操作。

(4)通过按键模组可对设备进行复位操作，设备复位完成后进入正常的运行状态，也可进行镜像操作，将该边缘终端中存储的文件镜像下载下来进行保存。

(5)通过SSD接口可外接固态硬盘，实现大数据量的迁移和保存，以满足现场较多设备数据存储的需要。

附图说明

图1为实施例1中的边缘计算终端的系统框图；

图2为实施例1中的系统电源的拓扑图；

图3为实施例1中的拓展接口的拓扑图；

图4为实施例1中的USB OTG接口的拓扑图；

图5为实施例1中的USB3.0 HUB的拓扑图；

图6为实施例1中的以太网接口的拓扑图；

图7为实施例1中的指示模组的电路拓扑图；

图8为实施例1中的按键模组的设计原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端，包括：处理器、A系列接、B系列接口、指示模组C1及按键模组C2，处理器内置卷烟制丝的故障诊断算法，算法可采用如中国专利申请CN115511084A中的故障诊断方法，也可采用其他的设备故障算法，在此不做限定，本申请也不涉及对该类算法的改进。

在本实施例中，接口由A系列接口和B系列接口组成，其中，A系列包括A1：M.2，KEYE插座、A2：M.2，KEY M插座、A4：M.2，KEY B插座，A3：拓展接口(CAN/GPIO/I2C)和A5：MicroSD卡接口。

其中，M.2，KEY E插座(WIFI模组)共有75个引脚位，分为两排，其中第24～31共8位引脚位键控(KEY)脚，实际使用的引脚位为67位。其他引脚根据定义可以相对应的用于WiFi-SDIO、UART、PCM(I2S)、PCIe、USB、I2C等。具有广泛的通用性能，在本实施例中，M.2，KEY E插座主要用于WiFi，以使得该终端能够通过无线局域网络进行数据传输。

M.2，KEY M插座为SSD接口，用于连接SSD(固态硬盘)，拓展边缘终端存储。

M.2，KEY B插座(移动通信模组)引脚定义支持WWAN+GNSS，同时该引脚定义及分配也支持SSD(分别基于SATA及PCIe方案)。WWAN解决方案的引脚分配包括基于SSIC、USB3.0以及PCIe三种方案，这三种解决方案还支持传统的基于USB2.0或可选的HSIC的WWAN解决方案。作为优选，WWAN的接口设计主要包括电源、(U)SIM卡、以及M.2KEY B金手指插接件。SIM卡的类型主要有标准型SIM卡、Micro SIM、Nano SIM三种，其电气引脚信号定义相同，只是外形大小尺寸不同，为了产品的紧凑及外部插拔方便，本实施例中选择Micro SIM卡，其卡座为8针自弹式Micro SIM，支持插卡检测功能，该卡座检测引脚(CD)可分为常闭型及常开型，其中常闭型卡座当插入SIM卡时常闭引脚变为常开，边缘终端可以通过检测该引脚电平判断是否插入SIM卡。

如图3所示，拓展接口(CAN/GPIO/I2C)，具有高的位速率(高达1Mbps)、多节点(120个)、高抗电磁干扰性、自诊断和数据侦错功能，其外接CAN_High和CAN_Low两条信号线，共同构成一组差分信号线，以差分信号的形式进行通讯通常为了提高抗干扰性，工业现场使用带屏蔽的双绞线作为差分传输信号线使用，闭环总线网络末端采用120Ω终端匹配电阻。当采用带屏蔽双绞线时，屏蔽层应单点接地。使用差分信号可以抑制共模干扰、能够增加系统可靠性，使用更高的速率进行数据传输。

Micro SD接口，用于实现系统镜像的烧录及备份。

B系列接口包括B1:PIMC，B2：USB 2.0Micro B连接器，B3：USB3.0连接器，B4：HDMITYPE A母口连接器和B5：以太网接口。

其中，如图2所示，PIMC用于电源管理，其接入电源，电源输入电压范围为DC12～36V，功率要求满足30W。接口电平电压分DC5V、3.7V、3.3V、1.8V电压域，其中PoE网线电压为DC48V，以满足不同接口的电压要求。

USB 2.0Micro B连接器其内置有如图4所示的USB-OTG接口电路，以满足对系统的升级、烧录新的镜像文件、恢复出厂设置等需求。

如图5所示，USB3.0连接器采用USB HUB方案实现，其支持三个USB 2.0端口和一个USB 3.1端口。

HDMI接口，用于将外部的高清多媒体信号传输至处理器。

制丝车间各控制工艺环节的自动控制设备(PLC)通过以太网接口及链路组成PLC控制网络；卷烟生产的过程数据、管理数据也是通过以太网接口进行交换传输。在设备故障预警系统中，边缘计算设备需要获取实时的生产设备数据，以及来自历史服务器的生产历史数据，而这些数据的传输接口都是以太网RJ45接口，这就需要该终端能够提供多个RJ45，以方便故障诊断系统的数据交互应用。

为了增加本边缘计算控制设备的应用场景扩展，本实施例设计了1x PoE PD受电端1000BASE-T RJ45端口以及4x PoE PSE供电端1000BASE-T RJ45端口，在现场取电困难的情况下通过一根网线解决了数据传输的同时也实现了设备供电。

如图7所示，指示模组C1采用两个电源指示+故障指示的方式，其中，串联的第一电阻R50、电源发光二极管D13、第一三极管Q5和第二电阻R51构成电源指示，当设备正常上电后，指示灯点亮(绿色)。

串联的第三电阻R53、故障发光二极管D14、第二三极管Q6和第四电阻R52构成电源指示故障指示，当出现故障状况时，故障指示灯点亮(绿色)。使得现场运行的设备，通过简单的LED指示其电源、运行状态等信息是最直观便捷的方式。通过指示灯，现场工作人员能够在最短的时2间内了解设备的基本状态，以便于做后续的其他操作。

如图8所示，按键模组C2包括复位按键SW1及下载按键SW2，当设备出现死机等意外状态或用户需要将设备复位为初始上电模式，则可以轻触复位按键SW1，设备自动进行复位操作，复位完成后进入正常的运行状态。

下载按键SW2定义为恢复出厂模式(recovery)/下载模式，在进入该模式下用户可以下载镜像，安装系统或者SDK等开发包，该按键需要配合复位按键SW1按键一同使用。先按住下载按键SW2，不松手再按住RES按键，3秒后松开复位按键SW1，最后松开下载按键SW2，即可进入recover模式。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (5)

1.一种适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端，包括处理器、以太网接口、USB接口、HDMI接口、移动通信模组和WiFi模组，其特征在于，还包括：

拓展接口，外接信号线，用于进行信号传输；

SSD接口，与处理器连接，用于外接固态硬盘，以拓展存储空间；

Micro SD接口，与处理器连接，用于系统镜像的烧录及备份；

指示模组，与处理器连接，用于电源指示及设备故障指示；

按键模组，与处理器连接，其包括复位按键及下载按键，所述复位按键用于将设备复位为初始上电模式，所述下载按键用于下载镜像；

所述以太网接口用于故障诊断所需的卷烟生产数据的交换传输。

2.如权利要求1所述的适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端，其特征在于，所述拓展接口外接CAN_High和CAN_Low两条信号线，CAN_High和CAN_Low两条信号线共同构成一组差分信号线，以使得所述拓展接口以差分信号的形式进行通讯。

3.如权利要求1所述的适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端，其特征在于，所述指示模组包括：

电源指示单元，用于电源指示；

故障指示单元，用于设备故障指示；

所述电源指示单元包括：串联的第一电阻、电源发光二极管、第一三极管和第二电阻；

所述故障指示单元包括：串联的第三电阻、故障发光二极管、第二三极管和第四电阻。

4.如权利要求1所述的适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端，其特征在于，所述以太网接口包括：一个受电端RJ45端口及多个供电端RJ45端口。

5.如权利要求1所述的适用于卷烟制丝生产设备故障诊断的边缘终端，其特征在于，所述移动通信模组包括：Micro SIM卡座、标准型SIM卡座、Nano SIM座中的至少一种。