[发明专利]一种面向智能制造的边缘计算控制器及其工作方法

权利要求书

1.一种面向智能制造的边缘计算控制器，其特征在于，包括：

固件层，用于提供底层设备驱动，并对采集到的数据信息进行汇总和分类，将得到的数据送至中间层；

中间件，用于提供运行与开发的环境，根据数据构建设备模型，并为应用层提供设备状态数据、逻辑控制、控制算法以及设备模型；

应用层，用于接收上位机的程序部署，并根据中间件提供的设备状态数据、逻辑控制、控制算法以及设备模型对设备进行控制，并通过现场总线或实时以太网实现与边缘服务器的交互；

所述固件层包括：

协议解析模块，用于进行现场总线或实时以太网的协议解析，与设备通信以完成生产设备控制；

数据分析模块，用于对收集的数据进行分类前的预处理；

硬件抽象模块，用于将底层硬件抽象化，为边缘控制器提供虚拟硬件平台；对预处理后的数据按照所表征的物理信息进行分类，得到具备物理含义的数据信息；

语义映射模块，用于将数据信息与边缘计算模型库、工业控制模型库中的属性关系建立语义关联，为数据信息增加语义标签后，发送至中间件；

基于所述边缘计算控制器，执行以下步骤：

步骤S1：边缘控制器固件层接受的报文；

步骤S2：报文解析：对接收到的报文信息按照不同的通讯协议进行处理，获取数据；

步骤S3：数据提取：提取边缘控制器需要的数据；

步骤S4：数据分析：对提取的数据做预处理；

步骤S5：硬件抽象：将硬件抽象化，对预处理后的数据按照所表征的物理信息进行分类，描述成具备物理含义的数据信息；

步骤S6：语义映射：对数据信息标注语义标签，映射到边缘计算模型库中，得到具备真实物理信息的设备抽象模型，该语义标签对应边缘计算模型库中的模型描述信息；

步骤S7：控制服务：边缘计算模型库中设备抽象模型输出的数据进入到控制服务中，进行控制计算；

步骤S8：网络服务：采用发布、订阅对数据进行分发；

边缘计算控制器开发的步骤具体为：

步骤A：需求分析：分析所控制的工业设备的控制要求，工艺要求；

步骤B：功能设计：针对不同的工业设备，设计相应的控制器功能；

步骤C：模型划分：将控制器按照功能划分为多类功能模块，每个边缘计算控制器至少包含一类功能模块；

步骤D：本地检索模型库：针对划分后的设备模型，在本地检索，是否包含在本地的边缘计算模型库中，若存在，进入步骤H；若不存在，则进入步骤E；

步骤E：云端检索模型库：针对划分后的设备模型，在云端检索，是否包含在云端的边缘计算模型库中，若存在，进入步骤H；若不存在，则进入步骤F；

步骤F：模型开发：若不存在可用的控制器模块，则封装对应的功能模块；

步骤G：模型下载：将控制器模型从云端下载到边缘控制器中；

步骤H：程序仿真：对建立的边缘计算控制器进行数值仿真；

步骤I：测试与验证：对控制器仿真结果进行观测；

步骤J：发布：边缘计算控制器满足设计需求时，将程序发布到云端；

边缘计算控制器部署的步骤具体为：

步骤a：硬件在线匹配：判断网络内是否有边缘控制器，如果存在进入步骤b，若不存在，重复本步骤；

步骤b：模型接口匹配：判断入网设备是否具备程序所需的模型接口，如果存在进入步骤c，若不存在，重复本步骤；

步骤c：模型编译：编译程序代码；

步骤d：自动代码生成：将边缘计算程序自动转换成C代码；

步骤e：程序下载与执行：将转换成C代码的程序下载到边缘控制器中运行；

步骤f：在线监控与参数调整：在线修改边缘控制器控制参数，直到获得设定的控制效果。

2.根据权利要求1所述的一种面向智能制造的边缘计算控制器，其特征在于，所述中间件包括：

数据管理模块，用于存储设备状态数据；

状态管理模块，用于动态维护设备状态数据；

工业控制模型库，提供用于运动控制、逻辑控制、图像识别中的至少一种的控制算法；

边缘计算模型库，用于存储设备抽象模型，将增加语义标签的数据信息对应至设备抽象模型，得到具备真实物理信息的设备抽象模型发送至应用层；

运行时，用于为应用层提供的软件运行环境。