基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块及采集系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块及采集系统，属于工控设备的技术领域，该采集功能模块包括：模拟量采集单元，其输入端与传感器直连，用于不通过PLC从所述传感器采集模拟量信号；CPU单元，其模拟量输入端与所述模拟量采集电路的输出端耦接，用于对接收的模拟量信号进行边缘计算、存储和转发；RS485总线通讯单元，其与CPU单元连接，用于将数据发送至数据接收装置；以及以太网通讯单元，其与CPU单元连接，用于将数据发送至数据接收装置。本实用新型专利技术具有包含信号采集、总线通讯、存储、计算、转发功能，能够直接连接传感器进行数据采集，适用于多数传感器，实用性较高。

【技术实现步骤摘要】
基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块及采集系统
本技术涉及工控设备的
，尤其是涉及一种基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块。
技术介绍
以推进工业物联网技术的发展为导向，实现生产制造业产业升级、实现智能制造的大背景下，很多企业投身于工业物联网的大潮之中。要实现工业现场的智能制造，其中最底层的一环是进行数据采集，为了解决海量数据采集上传给系统带来的高并发、实时性差的问题，目前普遍的做法是采用边缘计算的方式。工厂大型设备实现自动化控制大多使用PLC，现有的采集装置/模块采集数据都只能实现模块与PLC之间的通讯，数据也是从PLC中取得，一些模块本身也具有转发功能，可以把数据发送到本地服务器或者云服务器。但是，客观存在的问题的是工厂生产线上使用的PLC，基本都是PLC设备厂家提供，无论是工厂方还是PLC设备方，都不愿意利用第三方提供的采集模块在自己的设备上修改或者取得数据，原因是PLC用于设备控制，那么里面的PLC程序的变动有可能会影响到生产线上的设备的稳定性，一般的工厂方或者PLC设备方都是不允许第三方直接去查看或者修改PLC程序。那么，如果要对设备进行智能改造只能找一些标准的模块，或者获得工厂方和PLC设备方双方许可配合第三方的采集模块厂家来修改，即工厂方同意连接设备的PLC，PLC设备厂家配合修改程序，只有在几方均配合的前提下，这种数据采集模块才能够安装、使用，因此，这类模块使用空间小，实用性较低。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本技术的目的之一是提供一种基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块，包含信号采集、总线通讯、存储、计算、转发功能，能够直接连接传感器，进行数据采集，适用于多数传感器，实用性较高。本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块，包括：模拟量采集单元，其输入端与传感器直连，用于不通过PLC从所述传感器采集模拟量信号；CPU单元，其模拟量输入端与所述模拟量采集电路的输出端耦接，用于通过边缘计算技术对接收的模拟量信号进行边缘计算、存储和转发；RS485总线通讯单元，其与CPU单元连接，用于将数据发送至数据接收装置；以及以太网通讯单元，其与CPU单元连接，用于将数据发送至数据接收装置。通过采用上述技术方案，模拟量采集单元能够采集传感器的模拟量信号，微控制单元能够进行边缘计算、存储和转发功能，同时，该功能模块还具有RS485总线通讯和以太网通讯，采集的数据不需要经过PLC，可以直接上传至数据接收装置，方便工厂方数据的获取和监控，采用本技术的功能模块，在进行工厂系统新建和工厂智能改造时，不需要改动PLC程序，不会对设备运行的稳定性造成影响，同时，克服了三方协调配合的客观难题，适用空间较大，实用性较强，对于新安装传感器的数据采集非常适用。本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述CPU单元为基于ARM的32位微控制器。本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述模拟量采集单元包括4-20mA、0-20mA、±10mA、0-20mV、0-75mV、0-5V、0-10V、±50mV、±100mV、±5V的其中任意一种或者任意两种及两种以上的组合的模拟量信号的采集电路。本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述以太网通讯单元通过接插件与所述CPU单元连接。本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述RS485总线通讯单元的电路中包括ADM2483隔离型RS485收发器。通过采用上述技术方案，ADM2483芯片是一款隔离型的RS485收发器，内部集成了磁耦隔离技术，其具有体积小、带有电源监控功能，适用于多点总线传输线路的双向数据通信，具有高共模瞬变抗扰能力。本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述RS485总线通讯单元的电路中还包括B0505LM-1系列的DC/DC转换器，其用于实现输入与输出之间1000VDC的隔离。通过采用上述技术方案，B0505LM-1W系列产品是一款隔离1000VDC的超小型、高可靠性的DC/DC转换器，由于实现输入与输出之间1000VDC的隔离，且输出短路时间可持续1s，从而能很好的抵御高频瞬态突波的干扰。本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：该功能模块还包括开关电源单元和电源保护单元，所述开关电源单元内部电路的输出端用于与模拟量采集单元、CPU单元、RS485总线通讯单元以及以太网通讯单元的VCC端连接。本技术的目的之二是提供一种基于边缘计算技术的模拟量信号采集系统，其能够在新安装传感器时，直接从传感器上取数据，不需要经过PLC，适用现有的生产线智能改造。本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于边缘计算技术的模拟量信号采集系统，包括：至少一个传感器；数据接收装置；以及所述的模拟量信号采集功能模块；其中，模拟量采集单元的输入端所述至少一个传感器直连，用于不通过PLC从所述传感器采集模拟量信号；CPU单元通过RS485总线通讯单元和以太网通讯单元与所述数据接收装置通讯连接。通过采用上述技术方案，模拟量信号采集功能模块与传感器直连，进行数据的采集，不需要经过PLC，所以，在安装时，不会对PLC程序进行改动，保证了设备运行的稳定性，自然也不会受到工厂方和PLC设备方的限制，实用性较强。本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述数据接收装置包括前置服务器，所述CPU单元通过RS485总线通讯单元或以太网通讯单元与所前置服务器通讯连接。本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述数据接收装置包括云服务器，所述CPU单元通过所述以太网通讯单元与所述云服务器通讯连接。综上所述，本技术包括以下有益技术效果：1、本技术的方案，能够与传感器进行直连，实现模拟量信号的采集，功能模块本身具有边缘计算、存储和转发功能，采集的数据可以直接发送至前置服务器和/或云服务器，从而方便对数据的监控，基本适用于所有的传感器；与传统的数据采集模块相比，在采集数据时，不需要在PLC设备内部进行数据获取，不需要进行PLC程序的改动，有利于保证生产线设备的运行稳定性；同时，也不需要进行三方协调，提高了设备安装和调试时间，实用性较强；2、本技术的功能模块具有模拟量信号采集功能，可支持4-20mA、0-20mA、±10mA、0-20mV、0-75mV、0-5V、0-10V、±50mV、±100mV、±5V等不同模拟量信号的采集。附图说明图1是本技术实施例的基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块的示例性框图。图2是本技术实施例的模拟量采集单元的电路图。图3是本技术实施例的CPU单元的电路图。图4是本技术实施例的以太网通讯电路图。图5是本技术实施例的RS485总线通讯电路图。图6是本技术实施例的开关电源电路图。图7是本技术实施例的电源保护电路图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块，其特征在于，包括：/n模拟量采集单元，其输入端与传感器直连，用于不通过PLC从所述传感器采集模拟量信号；/nCPU单元，其模拟量输入端与所述模拟量采集电路的输出端耦接，用于对接收的模拟量信号进行边缘计算、存储和转发；/nRS485总线通讯单元，其与CPU单元连接，用于将数据发送至数据接收装置；以及/n以太网通讯单元，其与CPU单元连接，用于将数据发送至数据接收装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块，其特征在于，包括：
模拟量采集单元，其输入端与传感器直连，用于不通过PLC从所述传感器采集模拟量信号；
CPU单元，其模拟量输入端与所述模拟量采集电路的输出端耦接，用于对接收的模拟量信号进行边缘计算、存储和转发；
RS485总线通讯单元，其与CPU单元连接，用于将数据发送至数据接收装置；以及
以太网通讯单元，其与CPU单元连接，用于将数据发送至数据接收装置。


2.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块，其特征在于，所述CPU单元为基于ARM的32位微控制器。


3.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块，其特征在于，所述模拟量采集单元包括4-20mA、0-20mA、±10mA、0-20mV、0-75mV、0-5V、0-10V、±50mV、±100mV、±5V的其中任意一种或者任意两种及两种以上的组合的模拟量信号的采集电路。


4.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块，其特征在于，所述以太网通讯单元通过接插件与所述CPU单元连接。


5.根据权利要求1所述的基于边缘计算技术的模拟量信号采集功能模块，其特征在于，所述RS485总线通讯单元的电路中包括ADM2483隔离型RS485收发器。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷洪群，
申请(专利权)人：和晟嘉信北京科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11