[发明专利]一种用于数控设备的边缘计算软网关及其实现方法

说明书

一种用于数控设备的边缘计算软网关及其实现方法，边缘计算软网关由数据传输模块、数据存储模块和数据应用模块组成，其中数据应用模块包括数据可视化组件、故障报警组件、刀具寿命预测组件、自适应控制组件、云边协同组件。数据传输模块基于协议解析与数控设备建立双向通信，获取设备运行实时数据并下发控制指令；数据存储模块负责存储实时数据、历史数据和边缘计算的结果数据；数据应用模块负责数据可视化、故障报警、刀具寿命预测、自适应控制和云边协同的数据应用。本发明解决了数控设备采集协议多难以集成、边缘计算和储存能力弱、云计算响应不及时等问题。

技术领域

本发明涉及工业物联网技术领域，具体地，涉及一种用于数控设备的边缘计算软网关及其实现方法。

背景技术

在现代工业中，以机床为代表的数控设备集机、电、液于一身，是生产制造中的关键技术设备，其技术发展水平是衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。在数控设备的使用过程中会时刻产生大量制造数据，这些数据蕴含了设备加工过程的诸多信息，可有效地反映设备运行状态和产品加工质量。目前，机床厂商基于各自特定的通信协议，实现了各自数控系统型号的设备与云端之间的数据交互。但是，实际制产线和工业物联网的建设过程中，数控设备类型众多、通信协议多样，数控设备数据都被孤立的封闭在各自系统里，造成数控设备数据的信息孤岛，无法通过专业分析创造价值。因此，实现数控设备的数据采集和应用具有重要的现实意义。从国内外研究现状来看，针对数控设备数据采集技术，目前多采用“配置通用网关采集”和“云端数据分析”的模式，主要的局限性表现如下：

市场现有网关装置多为工业通用网关，用于连接数控设备需要进行针对性的复杂配置，操作复杂，联网效率低；对开发和维护人员的专业要求较高，需要了解并熟练应用各种通信协议，开发和维护难度大；大多数工业网关只具备数据采集功能，边缘计算和储存能力弱，且云计算响应不够及时。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于数控设备的边缘计算软网关及其实现方法，达到统一数控设备数据接口协议，降低系统使用配置和维护难度，并支持开展边缘侧数据分析和应用的目的。

本发明的技术解决方案是：一种用于数控设备的边缘计算软网关，包括数据传输模块、数据存储模块和数据应用模块。

所述数据传输模块接收数控设备上传的运行数据信息，进行通讯协议解析处理，生成点位数据，并以统一的协议发送至数据存储模块；所述运行数据信息包括主轴转速、功率负载；

所述数据存储模块接收数据传输模块上传的点位数据，按历史数据和实时数据分别存入到数据库中，并提供数据库查询接口给数据应用模块；

所述数据应用模块通过数据存储模块中的接口查询数据库数据，进行数据可视化、故障报警、刀具寿命预测数据应用。

进一步地，所述数据传输模块包括通讯接口组件和协议解析组件；

所述通讯接口组件通过配置选择数控系统型号建立与数控设备的双向通讯；并进一步通过通信接口和协议获取设备数据；

所述协议解析组件将不同的通讯协议统一解析为MQTT或OPC UA协议，向下对数控设备发送控制指令，向上以JOSN键值对的格式实时发送设备运行数据。

进一步地，所述数据存储模块包括历史数据存储组件、实时数据存储组件、边缘计算存储组件；

所述历史数据存储组件、实时数据存储组件接收所述协议解析组件转发的数据并分别存储设备原始历史数据、各个数据点位最新记录数据；

所述边缘计算存储组件用于存储故障报警、刀具寿命预测、自适应控制的边缘计算结果数据。

进一步地，所述数据应用模块包括数据可视化组件、故障报警组件、刀具寿命预测组件、自适应控制组件和云边协同组件；