一种用于数控设备的边缘计算软网关及其实现方法技术

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。本发明专利技术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。计算响应不及时等问题。计算响应不及时等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于数控设备的边缘计算软网关及其实现方法


[0001]本专利技术涉及工业物联网
，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。

技术介绍

[0002]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：
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：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。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：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。
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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。
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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。
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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。
[0015]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；
[0016]所述数据可视化组件采用B/S架构，将数据存储模块的数据以数值、表格、图形、Unity3D动画形式进行展示，并可以通过浏览器进行查看；
[0017]所述故障报警组件能够读取数控设备的故障信息，并通过声音和弹窗进行报警，并将故障代号及内容通过邮件推送至指定邮箱；
[0018]所述刀具寿命预测组件按照预设模型预测刀具剩余寿命，并将相关计算结果存入所述边缘计算存储组件；
[0019]所述自适应控制组件能够按照预设算法模型，基于功率负载数据或其他传感器的反馈数据，对主轴转速、进给速度工艺参数进行自适应调整；
[0020]所述云边协同组件与云端服务器或远程数据中心进行数据交互。
[0021]根据所述的一种用于数控设备的边缘计算软网关的实现方法，包括：
[0022]步骤S1：通讯接口组件与数控设备通讯并获取设备数据；
[0023]步骤S2：协议解析组件对获取设备数据并进行协议解析；
[0024]步骤S3：数控设备数据分别存入历史数据库和实时数据库；
[0025]步骤S4：对获取数据进行边缘计算；
[0026]步骤S5：边缘计算结果存入数据计算结果数据库；
[0027]步骤S6：开展数据可视化、故障报警、刀具寿命预测、自适应控制和云边交互的数据应用。
[0028]进一步地，所述步骤S1通过配置通讯接口组件的数控系统型号，建立与数控设备的双向通讯，并获取数控设备数据。
[0029]进一步地，所述步骤S2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。
[0030]进一步地，所述步骤S3是指历史数据存储组件和实时数据存储组件分别存储设备历史数据和各数据点位最新记录数据；
[0031]所述步骤S4基于获取的数控设备数据开展开展关于故障报警、刀具寿命预测、自适应控制的边缘计算分析；
[0032]所述步骤S5边缘计算存储组件存储边缘计算结果；
[0033]所述步骤S6基于实时数据存储组件数据进行数据可视化；基于边缘计算存储组件数据进行故障报警、刀具寿命预测和设备自适应控制；基于历史数据存储组件和边缘计算存储组件的数据与云端服务器或远程数据中心进行数据交互。
[0034]一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述
的计算机程序被处理器执行时实现所述一种用于数控设备的边缘计算方法的步骤。
[0035]一种用于数控设备的边缘计算设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现所述一种用于数控设备的边缘计算方法的步骤。
[0036]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0037]本专利技术所实现的核心内容是一种用于数控设备的边缘计算软网关及其实现方法。该软网关为用于数控设备的专用网关，只需选择对应的数控系统类型便可与数控设备建立通讯，无需进行复杂配置，联网效率高；开发和维护人员无需学习和掌握机床本身的复杂通信协议原理和方法，降低了开发和维护使用门槛，便于系统的开发和维护；通过历史数据本地存储和数据处理后转发，降低了云端或数据中心存储和计算压力，同时也减轻了数据传输压力；借助边缘计算低延时优势，在数控设备边缘侧进行数据可视化、故障报警、刀具寿命预测、自适应控制等数据应用，使得数控设备数据的价值得以充分发挥。
附图说明
[0038]图1为本专利技术一种用于数控设备的边缘计算软网关组成示意图；
[0039]图2为一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于数控设备的边缘计算软网关，其特征在于：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、刀具寿命预测的数据应用。2.根据权利要求1所述的一种用于数控设备的边缘计算软网关，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的一种用于数控设备的边缘计算软网关，其特征在于：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。4.根据权利要求1所述的一种用于数控设备的边缘计算软网关，其特征在于：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；所述数据可视化组件采用B/S架构，将数据存储模块的数据以数值、表格、图形、Unity3D动画形式进行展示，并可以通过浏览器进行查看；所述故障报警组件能够读取数控设备的故障信息，并通过声音和弹窗进行报警，并将故障代号及内容通过邮件推送至指定邮箱；所述刀具寿命预测组件按照预设模型预测刀具剩余寿命，并将相关计算结果存入所述边缘计算存储组件；所述自适应控制组件能够按照预设算法模型，基于功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：房启成，洪海波，何军，刘晓，杨辰，任培强，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：