[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

说明书

本发明涉及一种面向智能制造的边缘计算控制器及其工作方法，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。本发明不针对某一个别型号的机器人、PLC，其标准化、模块化的设计理念适用于多种类型的工业设备的控制应用。可以提高工业生产设备的接口能力和计算能力，提高工业设备的适用性。

技术领域

本发明涉及了一种面向智能制造的边缘计算控制器，属于工业控制领域。

背景技术

全球工业制造领域已经掀起了数字化转型的浪潮，通过对操作人员、制造设备、生产环境、工艺流程进行数字化产生大量的生产数据，通过网络化构建互联互通的工业制造系统，通过智能化提升制造产业的经济价值和社会价值。智能制造就是以数据为生产要素、以数据的智能分析为基础，从而实现生产的智能决策和操作，并通过闭环实现工艺生产流程的持续智能优化。然而目前工业界有超过6种以上的工业实时以太网技术，超过40种工业总线，使信息难以有效流动与交互。同时以大数据分析、云计算为代表的使能技术，信息传递、处理周期长，很难满足工业设备实时控制优化的即时性要求。

边缘计算是在靠近工业设备、传感器等物理设备的网络边缘侧，具备网络、计算、存储、应用等核心能力的分布式开发平台，在边缘直接提供智能服务，可以满足智能制造数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能等多方面的核心需求。边缘计算是一种新的生态模式，可以提高制造业的整体性能。边缘控制器正是位于信息技术和运营技术之间的一个物理接口，也是制造业中边缘设备通往云端的最后一层物理实体，将汇总数据发送到云端。边缘控制器对实现边缘计算具有重要意义。

目前的工业控制器，如机器人控制器、数控机床控制器、PLC等，都是针对某个特定的工业设备定制开发，控制器的功能固定，智能化水平较低，软件升级只能本地化操作。同时对终端用户而言，开放的开发接口十分有限。另一方面，由于设备异构性，控制器与被控设备一对一匹配，设备之间互联互通困难，难以满足边缘计算对数据流动行的需求。

因此，针对工业设备数字化、网络化、智能化的控制需求，研究面向智能制造的边缘计算技术，开发集成、数据感知、云边协同开发、业务自动部署等功能的控制系统，形成面向智能制造的边缘计算控制器具有重大的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于工业设备数字化、网络化、智能化的控制需求，提供一种面向智能制造的边缘计算控制器，为边缘计算体系提供数据感知、云边协同开发、业务自动部署等功能的分布式开发平台。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种面向智能制造的边缘计算控制器，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；