CN112939407A - 一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统，所述边缘终端设备包括硬件平台，所述硬件平台包括控制模块、触控屏模块、显示屏模块、数据输入模块、数据输出模块、存储模块和电源模块；所述控制系统包括UI界面、网关组件、边缘节点组件、边缘应用、数据池管理组件。本发明实现对污泥烘干机控制、显示和数据上云。结合云平台，可实现对污泥烘干机的智慧管控和运维。代替传统需要人工现场维护和操作的模式，设备结构紧凑、集成度高，具有低成本、灵活性高、易操作等特点。

Description

一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统

技术领域

本发明属于工业物联网技术领域，具体涉及一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统。

背景技术

传统的工业自动化设备种类繁多且自成体系，各大巨头厂商因为利益构建了坚实的技术壁垒。工业控制技术和IT技术的融合催产了工业物联网的蓬勃发展，工业领域的信息化和数据上云才得行业重视。传统工业设备多采用局域网和专用的组态软件，在控制方面以本地触摸屏控制为主，局域网远程组态监控为辅。因C/S架构的设计思路，该方式在远程监控、设备运维、数据分析、权限管理、用户管理和移动端管控等方面具有很大局限性，无法适应工业物联网时代的管理需求。污泥烘干机是重要的环保设备，是一种控制要求高、工艺复杂、高耗能的中大型设备，要求能够适应复杂和恶劣的现场环境。目前国内的烘干机大部分工作与单机模式，维护和管理成本高。最大的问题是无法实现联网和远程管控，没能有效利用烘干机的运行数据。为此，我们提出一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统，以解决上述背景技术中提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统，所述边缘终端设备包括硬件平台，所述硬件平台包括控制模块、触控屏模块、显示屏模块、数据输入模块、数据输出模块、存储模块和电源模块，其中，控制模块用于协调和控制其他模块完成污泥烘干机数据采集、显示和发送；触摸屏模块用于接收触摸指令输入；显示屏模块用于显示污泥烘干机和边缘终端设备的工作状态和配置参数，配合触摸屏模块完成对污泥烘干机的控制以及对边缘终端设备的配置；数据输入模块用于采集来自污泥烘干机的现场数据；数据输出模块用于将污泥烘干机的现场数据上传到云平台；存储模块用于保存系统参数、用户数据以及提供程序运算空间；电源模块用于为边缘终端设备提供电源；

所述控制系统包括UI界面、网关组件、边缘节点组件、边缘应用、数据池管理组件，其中，UI界面用于进行终端配置和监控；网关组件用于管理和驱动终端的数据输入和输出硬件资源，为云平台提供数据服务和控制；

数据输入部分按型号内置污泥烘干机采集参数模版，该模版包含了通讯参数、采样时间、变量类型、存储参数和报警规则信息；输出硬件资源部分包含网络参数、云平台参数和网关工作模式、污泥烘干机设备状态和边缘终端设备状态上报内容；

边缘节点组件是云平台边缘应用管理和终端边缘应用之间的中间件，负责对终端边缘应用进行管理调用并上报终端边缘应用状态给云平台；执行云平台下发的边缘应用参数并对终端边缘应用进行更新；

边缘应用是在终端内部运行的应用程序，提供接口API供UI界面来调用和控制，从而实现设备系统功能；

数据池管理组件负责管理终端的SD存储卡、DDR内存以及Flash闪存数据，并提供API接口供边缘应用调用，从而实现和数据有关的服务。

优选的，所述控制模块为采用四核CortexTM-A7架构，搭载Mali 400MP2 图形处理单元，支持1080P高清视频处理及播放；

所述触摸屏模块采用5点电容触控芯片GT911，以SPI总线方式与控制模块相连；

所述显示屏模块采用分辨率为1024*600的LCD宽屏液晶；

所述数据输入模块包括一路RS232/TTL串口、一路支持Modbus RTU协议的485接口和支持Modbus TCP协议的网口；

所述数据输出模块包括WAN配置单元，RJ45、4G和WIFI网络接口；

所述存储模块包括NAND Flash闪存芯片、TF外存接口和 NT5CC128M16JR-EK内存芯片；

所述电源模块采用AXP223专用管理芯片，为各模块提供所需的电压；

触摸控制软件为基于Lunix的嵌入式定制化系统，该系统针对物联网应用进行专门裁剪，采用组件化设计思路。

优选的，所述UI界面基于flythings系统开发，能够实现快速更新和迭代；

所述网关组件有单机和联网两种工作模式，单机模式下调用本地控策略完成数据集污泥烘干机数据采集、显示和运行控制；联网模式下提供多终端数据发布功能，可将烘干机数据和终端参数最多发布到6个不同的管理端，并可接受来自远程管理端的管理和控制；

所述边缘应用为污泥烘干机专用组件，不同型号和工况对应的优化控制策略和专家经验以组件库形式供控制系统调用；

所述数据池管理组件包括SQLite数据库接口、Flash闪存、DDR内存和 SD外存管理，并针对不同应用进行数据存取优化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统，本发明实现对污泥烘干机控制、显示和数据上云。结合云平台，可实现对污泥烘干机的智慧管控和运维。代替传统需要人工现场维护和操作的模式，设备结构紧凑、集成度高，具有低成本、灵活性高、易操作等特点。

附图说明

图1为污泥烘干机用边缘终端设备的硬件平台结构示意图；

图2为污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统的结构示意图；

图3为污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统的流程结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：本发明提供了如图1-3的一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统，所述边缘终端设备包括硬件平台，所述硬件平台包括控制模块、触控屏模块、显示屏模块、数据输入模块、数据输出模块、存储模块和电源模块；

电源模块电性连接于控制模块，控制模块与存储模块双向连接，数据输入模块的输出端连接于控制模块的输入端，数据输出模块的输入端连接于控制模块的输出端，触摸屏模块的输出端连接于控制模块的输入端，显示屏模块的输入端连接于控制模块的输出端；

控制模块用于协调和控制其他模块完成污泥烘干机数据采集、显示和发送；触摸屏模块用于接收触摸指令输入；显示屏模块用于显示污泥烘干机和边缘终端设备的工作状态和配置参数，配合触摸屏模块完成对污泥烘干机的控制以及对边缘终端设备的配置；数据输入模块用于采集来自污泥烘干机的现场数据；数据输出模块用于将污泥烘干机的现场数据上传到云平台；存储模块用于保存系统参数、用户数据以及提供程序运算空间；电源模块用于为边缘终端设备提供电源；

所述控制系统包括UI界面、网关组件、边缘节点组件、边缘应用、数据池管理组件，其中，UI界面用于进行终端配置和监控；网关组件用于管理和驱动终端的数据输入和输出硬件资源，为云平台提供数据服务和控制；

数据输入部分按型号内置污泥烘干机采集参数模版，该模版包含了通讯参数、采样时间、变量类型、存储参数和报警规则信息；输出硬件资源部分包含网络参数、云平台参数和网关工作模式、污泥烘干机设备状态和边缘终端设备状态上报内容；

边缘节点组件是云平台边缘应用管理和终端边缘应用之间的中间件，负责对终端边缘应用进行管理调用并上报终端边缘应用状态给云平台；执行云平台下发的边缘应用参数并对终端边缘应用进行更新；

边缘应用是在终端内部运行的应用程序，提供接口API供UI界面来调用和控制，从而实现设备系统功能；

数据池管理组件负责管理终端的SD存储卡、DDR内存以及Flash闪存数据，并提供API接口供边缘应用调用，从而实现和数据有关的服务。

具体的，所述控制模块为采用四核CortexTM-A7架构，搭载Mali 400MP2 图形处理单元，支持1080P高清视频处理及播放；

所述触摸屏模块采用5点电容触控芯片GT911，以SPI总线方式与控制模块相连；

所述显示屏模块采用分辨率为1024*600的LCD宽屏液晶；

所述数据输入模块包括一路RS232/TTL串口、一路支持Modbus RTU协议的485接口和支持Modbus TCP协议的网口；

所述数据输出模块包括WAN配置单元，RJ45、4G和WIFI网络接口；

所述存储模块包括NAND Flash闪存芯片、TF外存接口和 NT5CC128M16JR-EK内存芯片；

所述电源模块采用AXP223专用管理芯片，为各模块提供所需的电压；

触摸控制软件为基于Lunix的嵌入式定制化系统，该系统针对物联网应用进行专门裁剪，采用组件化设计思路。

具体的，所述UI界面基于flythings系统开发，能够实现快速更新和迭代；

所述网关组件有单机和联网两种工作模式，单机模式下调用本地控策略完成数据集污泥烘干机数据采集、显示和运行控制；联网模式下提供多终端数据发布功能，可将烘干机数据和终端参数最多发布到6个不同的管理端，并可接受来自远程管理端的管理和控制；

所述边缘应用为污泥烘干机专用组件，不同型号和工况对应的优化控制策略和专家经验以组件库形式供控制系统调用；

所述数据池管理组件包括SQLite数据库接口、Flash闪存、DDR内存和 SD外存管理，并针对不同应用进行数据存取优化。

参见图1，设备上电后，用户首先通过触摸屏对数据输入和数据输出接口进行配置，输入部分包括烘干机数据接入端口和驱动配置、监控数据点表配置、采样时间配置、是否上传服务器等；数据输出接口配置包括WAN上网配置、云服务器IP地址和端口、本地控制策略等；配置完成后，如果烘干机正常工作，则在终端设备上能够实时显示状态参数，并且可以进行本地控制。从结构和外观上来看，此时终端设备相当于传统的现场触摸屏。

终端正常工作时，在后台以静默方式不断将用户配置需要上传的数据发送至服务器；当烘干机出现异常或者满足本地控制策略触发条件时，终端自动发送模式控制命令给烘干机并上报云平台；当收到云平台下发的远程控制命令时，终端将指令解析后下发至烘干机的PLC中，从而实现远程监控和管理。

参见图2，本发明针对污泥烘干机设备专门开发，能够做到即插即用。安装和部署方便，可根据现场情况实现灵活组网。终端设备的网关组件通过 Modbus协议连接现场污泥烘干设备，内置了RTU和TCP的协议客户端，在物理连接上支持双绞线、网线和无线WIFI，能够最大程度适应现场情况。边缘节点组件负责管理终端的边缘应用和云端边缘应用的同步和更新，下发控制策略给现场污泥烘干机。

参见图3，本发明控制系统主程序流程图，系统开机后先进行硬件自检；若自检发现硬件故障则显示信息并结束程序流程，自检通过则进行软件初始化。软件初始化任务是从闪存读取默认配置参数对通讯参数、网络参数、数据采集和边缘应用等模块进行必要的设置。初始化完成后进行烘干设备的检测，这里主要是通过采集程序的运行状态来判断，未接入烘干机时数据采集程序会发生超时错误，此时用户可选择重新检测或者直接进入烘干机监控。烘干机监控界面显示烘干机类型、设备状态、工作参数、参数设置和常用控制功能，供现场用户进行操作；同时显示终端自身的工作模式、网络状态和可供调用的边缘应用。边缘应用以系统后台形式提供服务给监控程序，终端设备当前使用的边缘应用和工作状态有关，现场用户只需按软件界面提示进行操作即可。

综上所述，与现有技术相比，本发明实现对污泥烘干机控制、显示和数据上云。结合云平台，可实现对污泥烘干机的智慧管控和运维。代替传统需要人工现场维护和操作的模式，设备结构紧凑、集成度高，具有低成本、灵活性高、易操作等特点。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统，其特征在于：

所述边缘终端设备包括硬件平台，所述硬件平台包括控制模块、触控屏模块、显示屏模块、数据输入模块、数据输出模块、存储模块和电源模块，其中，控制模块用于协调和控制其他模块完成污泥烘干机数据采集、显示和发送；触摸屏模块用于接收触摸指令输入；显示屏模块用于显示污泥烘干机和边缘终端设备的工作状态和配置参数，配合触摸屏模块完成对污泥烘干机的控制以及对边缘终端设备的配置；数据输入模块用于采集来自污泥烘干机的现场数据；数据输出模块用于将污泥烘干机的现场数据上传到云平台；存储模块用于保存系统参数、用户数据以及提供程序运算空间；电源模块用于为边缘终端设备提供电源；

所述控制系统包括UI界面、网关组件、边缘节点组件、边缘应用、数据池管理组件，其中，UI界面用于进行终端配置和监控；网关组件用于管理和驱动终端的数据输入和输出硬件资源，为云平台提供数据服务和控制；

数据输入部分按型号内置污泥烘干机采集参数模版，该模版包含了通讯参数、采样时间、变量类型、存储参数和报警规则信息；输出硬件资源部分包含网络参数、云平台参数和网关工作模式、污泥烘干机设备状态和边缘终端设备状态上报内容；

边缘节点组件是云平台边缘应用管理和终端边缘应用之间的中间件，负责对终端边缘应用进行管理调用并上报终端边缘应用状态给云平台；执行云平台下发的边缘应用参数并对终端边缘应用进行更新；

边缘应用是在终端内部运行的应用程序，提供接口API供UI界面来调用和控制，从而实现设备系统功能；

数据池管理组件负责管理终端的SD存储卡、DDR内存以及Flash闪存数据，并提供API接口供边缘应用调用，从而实现和数据有关的服务。

2.根据权利要求1所述的一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统，其特征在于：所述控制模块为采用四核CortexTM-A7架构，搭载Mali 400MP2图形处理单元，支持1080P高清视频处理及播放；

所述触摸屏模块采用5点电容触控芯片GT911，以SPI总线方式与控制模块相连；

所述显示屏模块采用分辨率为1024*600的LCD宽屏液晶；

所述数据输入模块包括一路RS232/TTL串口、一路支持Modbus RTU协议的485接口和支持Modbus TCP协议的网口；

所述数据输出模块包括WAN配置单元，RJ45、4G和WIFI网络接口；

所述存储模块包括NAND Flash闪存芯片、TF外存接口和NT5CC128M16JR-EK内存芯片；

所述电源模块采用AXP223专用管理芯片，为各模块提供所需的电压。

3.根据权利要求1所述的一种污泥烘干机用边缘终端设备的控制系统，其特征在于：所述UI界面基于flythings系统开发，能够实现快速更新和迭代；

所述网关组件有单机和联网两种工作模式，单机模式下调用本地控策略完成数据集污泥烘干机数据采集、显示和运行控制；联网模式下提供多终端数据发布功能，可将烘干机数据和终端参数最多发布到6个不同的管理端，并可接受来自远程管理端的管理和控制；

所述边缘应用为污泥烘干机专用组件，不同型号和工况对应的优化控制策略和专家经验以组件库形式供控制系统调用；

所述数据池管理组件包括SQLite数据库接口、Flash闪存、DDR内存和SD外存管理，并针对不同应用进行数据存取优化。

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