粮食加工工业互联网结构及其边缘控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种粮食加工工业互联网结构及其边缘控制器，包括设置于粮食加工厂区内的多个边缘节点；边缘节点包括：边缘传感器，用于采集所述粮食加工生产设备的运行状态数据；边缘伺服器，用于根据所述边缘计算的控制指令驱动粮食加工生产设备；边缘计算，根据边缘传感器获取的设备状态信息，按照对应的规则和算法进行运算，并利用运算生成的控制指令驱动边缘伺服器；边缘网关，按照内置的标识与标识解析规则与工厂内私有云通信。本发明专利技术解决了粮食加工行业车间内加工设备无法互联，导致稻米精准加工难以实现的问题。准加工难以实现的问题。准加工难以实现的问题。

【技术实现步骤摘要】
粮食加工工业互联网结构及其边缘控制器


[0001]本专利技术涉及粮食加工技术，特别是一种分布式边缘计算的粮食加工工业互联网结构及边缘控制器。

技术介绍

[0002]稻米是我国也是全球范围内最重要的农产品，在全面机械化规模加工之后，伴随产生了新的问题，而且日益严重，精准加工的智能制造是解决这些核心矛盾的唯一出口，而稻米精准加工的智能制造必需以车间内生产加工设备的万物互联为基础，然而，稻米加工车间内的互联互通有这些先天性的问题需要解决：（1）从原粮清理段的清理筛、平整筛、去石机，至初加工的砻谷机，核心工序的多级轻碾不同工作原理的碾米机、白米筛，直到精米段的抛光机、长度选、配米机等，均为机械设备，不具备任何通信接口；（2）这些机械设备在市场上有着巨大的存量，这些机械设备包括数百家厂商的数千种型号，难以实现互联；（3）粮机厂商新研发的数字化设备仍是孤立的、封闭的，仍是不具有联网功能与开放式接口的“哑设备”；（4）全球范围内各大企业推出的工业互联网系统或平台中，车间均属于“黑匣子”，尚无任何一种可用的、具有粮食加工行业普遍适用性的车间内工业互联网系统。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种粮食加工工业互联网结构及其边缘控制器，实现车间内生产加工设备的互联，实现精准粮食加工。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种分布式边缘计算的粮食加工工业互联网结构，包括设置于粮食加工厂区内的多个边缘节点，每个边缘节点对应与一个粮食加工设备通信；每个边缘节点包括：边缘传感器，用于采集所述粮食加工生产设备的运行状态数据；边缘控制器，通过边缘网关与所述边缘传感器通信，用于获取所述运行状态数据，并根据所述运行状态数据向边缘伺服器发出边缘节点粮食加工设备的控制指令；边缘伺服器，用于根据所述边缘控制器的控制指令驱动粮食加工生产设备；所述多个边缘节点均与私有云通信；所述私有云根据所述实时生产工艺数据，确定工艺优化目标，并将所述工艺优化目标下发至对应的边缘控制器。
[0005]本专利技术中，“生产工艺数据”是加工设备加工过的“物料”所呈现的特征，物料的“生产工艺数据”由检测机器人（CN110782025A）实时采集。
[0006]本专利技术设置了边缘节点，每个边缘节点对应一个粮食加工生产设备，边缘节点通过边缘网关与边缘控制器通信，同时设置了边缘传感器采集粮食加工设备的传感信息，利
用边缘控制器分析传感信息并发出控制指令至边缘伺服器执行相关控制指令，从而实现了车间内生产加工设备的互联，确保数量巨大、型号众多的机械设备可以协同控制，为粮食加工行业提供了一种具有普遍适用性的车间内工业互联网系统。通过私有云确定工艺优化目标，并将工艺优化目标下发至对应的边缘控制器，边缘控制器根据工艺优化目标调整对应粮食加工设备的工艺参数（例如辊压量等），使得每道粮食加工设备的工艺达到最优，从而实现了粮食的精准加工。
[0007]为了实现稻米精准加工，需要采集相关信息，本专利技术中，各边缘节点对应的边缘传感器包括：用于采集去石机偏心装置角度、流化风速、入料流量的传感器；用于采集砻谷机辊径、转速、辊压、吸壳风速、入料流量、电流的传感器；用于采集碾米机碾米压力、米温、入料位置、电流的传感器；用于采集抛光机抛光压力、抛光室湿度、米温、入料位置、电流的传感器。
[0008]所述边缘控制器的控制指令包括边缘计算控制指令；所述边缘计算控制指令包括：对于去石工序，利用公式B=(V
‑
V0)/(dV/dH)计算当前需要调节的变频器频率数；其中，V为当前风速，V0为目标风速，dV/dH为风速V随变频器频率H变化的导数；利用公式L=τ/(
∆
ω/
∆
l)调节当前伺服器需要调整的步数L，τ为当前倾角偏值，
∆
ω/
∆
l为筛面倾角随电机执行步数的变化率；对于砻谷工序，利用公式B=(（π*
∅
快*r快
‑
π*
∅
慢*r慢）
‑
V0）/(dr/dH)计算当前需要调节的变频器频率数；
∅
快为快辊的直径，
∅
慢为慢辊的直径，r快为快辊的转速，r慢为慢辊的转速，V0为目标线速度差，dr/dH为电机转速随变频器频率变化的导数；对于碾米工序，利用公式L=[(Pi
‑
P0)*dP/dt]/(dP/dL)计算当前需要调制的伺服器步数L，Pi为当前碾米压力，P0为目标碾米压力，dP/dt为碾米压力随时间变化的导数，dP/dL为碾米压力随伺服器执行步数变化的导数；对于抛光工序，利用公式L=[(Pi
‑
P0)*dP/dt]/(dP/dL)计算当前需要调制的伺服器步数L；对于旋转型筛类，利用公式R=(r0
‑
r)/(dr/dH)计算当前需要调节的变频控制器调节量，r0为旋转筛目标转速，r为旋转筛当前转速，dr/dH为旋转筛转速随变频控制器频率变化的导数；对于振动型筛类，利用公式B=(h0
‑
h)/(dh/dH)计算当前需要调整的变频控制器的频率数，h0为目标筛面振动频率，h为当前筛面振动频率，dh/dH为振动筛筛面振动频率随变频控制器频率变化的导数。
[0009]本专利技术为各道加工工序提供了边缘计算控制方法，确保了各道加工工序的精准加工，提高了加工精度，优化了加工设备的性能。
[0010]所述工艺优化目标的确定过程包括：对于砻谷工序，利用公式
∆
P={2*（T0
‑
Ti)/[
∆
P
i
‑1/
∆
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i
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‑2]}计算当前需要调节的砻谷辊压量
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P；T0为目标脱壳率，Ti为当前脱壳率，
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P
i
‑1/
∆
T
i
‑1为上一回合辊压调节量产生的脱壳变化率，
∆
P
i
‑2/
∆
T
i
‑2为倒数第二个回合辊压调节量产生的脱壳变化率；Si为当前砻谷碎米率，S0为
当前允许的砻谷碎米率，
∆
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i
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i
‑1为上一回合辊压调节量导致的碎米率变化量，
ꢀ∆
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式边缘计算的粮食加工工业互联网结构，其特征在于，包括设置于粮食加工厂区内的多个边缘节点，每个边缘节点对应与一个粮食加工设备通信；每个边缘节点包括：边缘传感器，用于采集所述粮食加工生产设备的运行状态数据；边缘控制器，通过边缘网关与所述边缘传感器通信，用于获取所述运行状态数据，并根据所述运行状态数据向边缘伺服器发出粮食加工设备的控制指令；边缘伺服器，用于根据所述边缘控制器的控制指令驱动粮食加工生产设备；所述多个边缘节点均与私有云通信；所述私有云根据实时生产工艺数据，确定工艺优化目标，并将所述工艺优化目标下发至对应的边缘控制器。2.根据权利要求1所述的分布式边缘计算的粮食加工工业互联网结构，其特征在于，所述粮食加工厂区的边缘传感器包括：用于采集去石机偏心装置角度、流化风速、入料流量的传感器；用于采集砻谷机辊径、转速、辊压、吸壳风速、入料流量、电流的传感器；用于采集碾米机碾米压力、米温、入料位置、电流的传感器；用于采集抛光机抛光压力、抛光室湿度、米温、入料位置、电流的传感器。3.根据权利要求1所述的分布式边缘计算的粮食加工工业互联网结构，其特征在于，所述边缘控制器的控制指令包括边缘计算控制指令；所述边缘计算控制指令包括：对于去石工序，利用公式B=(V
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V0)/(dV/dH)计算当前需要调节的变频器频率数；其中，V为当前风速，V0为目标风速，dV/dH为风速V随变频器频率H变化的导数；利用公式L=τ/(
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l)调节当前伺服器需要调整的步数L，τ为当前倾角偏值，
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l为筛面倾角随电机执行步数的变化率；对于砻谷工序，利用公式B=(（π*
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V0）/(dr/dH)计算当前需要调节的变频器频率数；
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慢为慢辊的直径，r快为快辊的转速，r慢为慢辊的转速，V0为目标线速度差，dr/dH为电机转速随变频器频率变化的导数；对于碾米工序，利用公式L=[(Pi
‑
P0)*dP/dt]/(dP/dL)计算当前需要调制的伺服器步数L，Pi为当前碾米压力，P0为目标碾米压力，dP/dt为碾米压力随时间变化的导数，dP/dL为碾米压力随伺服器执行步数变化的导数；对于抛光工序，利用公式L=[(Pi
‑
P0)*dP/dt]/(dP/dL)计算当前需要调制的伺服器步数L；对于旋转型筛类，利用公式R=(r0
‑
r)/(dr/dH)计算当前需要调节的变频控制器调节量，r0为旋转筛目标转速，r为旋转筛当前转速，dr/dH为旋转筛转速随变频控制器频率变化的导数；对于振动型筛类，利用公式B=(h0
‑
h)/(dh/dH)计算当前需要调整的变频控制器的频率数，h0为目标筛面振动频率，h为当前筛面振动频率，dh/dH为振动筛筛面振动频率随变频控制器频率变化的导数。4.根据权利要求1所述的分布式边缘计算的粮食加工工业互联网结构，其特征在于，所述工艺优化目标的确定过程包括：对于砻谷工序，利用公式
∆
P={2*（T0
‑
Ti)/[
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P；T0为目标脱壳率，Ti为当前脱壳率，
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‑1为上一回合辊压调节量产生的脱壳变化率，
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‑2为倒数第二个回合辊压调节量产生的脱壳变化率；Si为当前砻谷碎米率，S0为当前允许的砻谷碎米率，
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‑1为上一回合辊压调节量导致的碎米率变化量，
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‑2为当前倒数第二回合辊压调节量导致的碎米率变化量；初始状态时，即第一回合调制，[
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‑2均为0；对于抛光工序，利用公式计算当前需要调节的抛光辊压量 ；D
k
为当前抛光达标率，D0为目标达标率，dPi/dD
i
为每一回合达标率随抛光压力调制量的变化导数，G
k
为当前过碾率，dPi/dG
i
为每一回合过碾率随抛光压力调制量的变化导数；k为抛光辊压量调节次数；对于碾米工序，利用公式计算当前需要调节的砻谷辊压量； 为当前碾米达标率，为目标达标率，为每一回合达标率随碾米压力调制量的变化导数， 为当前过碾率，为每一回合过碾率随碾米压力调制量的变化导数，f为碾米工序砻谷辊压量的调节次数。5.根据权利要求1所述的分布式边缘计算的粮食加工工业互联网结构，其特征在于，所述私有云通过对应的边缘网关将所述工艺优化目标下发至对应的边缘控制器；其中，所述边缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋志荣，
申请(专利权)人：长沙荣业智能制造有限公司，
类型：发明
国别省市：