一种设备控制系统及方法与流程

1.本技术实施例涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种设备控制系统及方法。


背景技术：

2.传统工业设备在运行过程中依赖人工经验根据生产物料和设备运行状态来控制设备以保证工业生产的质量，不能自动根据设备运行数据智能地对设备进行控制。目前，在对传统工业设备进行升级改造时，现有技术无法直接在传统工业设备的基础上进行智能化升级改造，而是抛弃传统工业设备购买智能工业设备，因此，这种方法对传统工业设备的智能化升级成本高。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种设备控制系统及方法，以实现对传统工业设备进行智能化升级改造，以达到对设备进行生产控制的目的，并且可以降低智能化升级改造的成本。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种设备控制系统，所述系统包括：设备、数据采集装置、设备控制装置和边缘服务器；在所述设备上分别安装所述数据采集装置和所述设备控制装置，所述边缘服务器分别与所述数据采集装置和所述设备控制装置进行连接，其中：
5.所述数据采集装置，用于采集所述设备的运行数据，并将所述运行数据发送至所述边缘服务器；
6.所述边缘服务器，用于接收所述运行数据，根据预先训练的设备状态确定模型对所述运行数据进行分析，得到所述运行数据对应的分析结果；并将所述分析结果转化为控制指令，将所述控制指令下发至所述设备控制装置；
7.所述设备控制装置，用于接收所述控制指令，并根据所述控制指令对所述设备进行控制。
8.进一步的，所述边缘服务器包括数据分析器、设备状态机和指令生成器，其中：
9.所述数据分析器，用于将所述运行数据作为所述设备状态确定模型的输入，并根据所述设备状态确定模型的输出确定所述设备的负荷状态，其中，所述设备状态确定模型是根据样本运行数据和负荷状态标注信息训练得到的；
10.所述设备状态机，用于根据所述负荷状态判断是否需要调整所述设备的运行参数，若需要调整，则确定所述设备的参数调整信息；
11.所述指令生成器，用于将所述参数调整信息转化为对应的控制指令。
12.进一步的，所述设备控制装置包括电流调节器和转速控制器，所述控制指令包含电流控制指令和转速控制指令，其中：
13.所述设备控制装置，用于通过所述电流调节器按照所述电流控制指令对所述设备的电流参数进行调整；以及通过所述转速控制器按照所述转速控制指令对所述设备的转速参数进行调整。
14.进一步的，所述系统还包括云端服务器，所述云端服务器与所述边缘服务器相连接；
15.所述云端服务器，用于向所述边缘服务器发送所述边缘服务器的软件升级包和升级指令，以通过所述控制指令控制所述边缘服务器按照所述软件升级包对所述边缘服务器的软件进行升级。
16.进一步的，所述运行数据至少包括如下至少一项：电流、电压、转速、功率和压力。
17.进一步的，所述数据采集装置与所述设备之间的通信协议包括如下至少一种：消息队列遥测传输mqtt协议、远距离无线电lora协议、紫蜂协议、超文本传输协议http和表述性状态传递rest协议；所述设备控制装置与所述设备之间的通信协议包括如下至少一种：消息队列遥测传输mqtt协议、远距离无线电lora协议、紫蜂协议、超文本传输协议http和表述性状态传递rest协议。
18.第二方面，本技术实施例提供了一种设备控制方法，其特征在于，所述方法由设备控制系统中的边缘服务器执行，包括：
19.通过数据采集装置获取设备的运行数据；
20.根据预先训练的设备状态确定模型对所述运行数据进行分析，得到所述运行数据对应的分析结果；并将所述分析结果转化为控制指令；
21.将所述控制指令下发至设备控制装置，以指示所述设备控制装置根据所述控制指令对所述设备进行控制。
22.本技术实施例提供了一种设备控制系统及方法，所述系统包括：设备、数据采集装置、设备控制装置和边缘服务器；在设备上分别安装数据采集装置和设备控制装置，边缘服务器分别与数据采集装置和设备控制装置进行连接，其中：数据采集装置用于采集设备的运行数据，并将运行数据发送至边缘服务器；边缘服务器用于接收运行数据，根据预先训练的设备状态确定模型对运行数据进行分析，得到运行数据对应的分析结果；并将分析结果转化为控制指令，将控制指令下发至设备控制装置；设备控制装置用于接收控制指令，并根据控制指令对设备进行控制。本技术可以实现对传统工业设备进行智能化升级改造，以达到对设备进行生产控制的目的，并且可以降低智能化升级改造的成本。
23.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
24.附图用于更好地理解本方案，不构成对本技术的限定。其中：
25.图1为本技术实施例提供的一种设备控制系统的第一结构示意图；
26.图2为本技术实施例提供的一种设备控制系统的第二结构示意图；
27.图3为本技术实施例提供的一种设备控制方法的流程示意图。
具体实施方式
28.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
29.实施例一
30.图1为本技术实施例提供的一种设备控制系统的第一结构示意图，本实施例可适用于对传统工业设备进行智能化升级改造的情况。
31.参见图1，设备控制系统包括：设备110、数据采集装置120、设备控制装置140和边缘服务器130；其中，在设备110上分别安装数据采集装置120和设备控制装置140，边缘服务器130分别与数据采集装置120和设备控制装置140进行连接。具体的：
32.数据采集装置120，用于采集设备的运行数据，并将运行数据发送至边缘服务器。
33.边缘服务器130，用于接收运行数据，根据预先训练的设备状态确定模型对运行数据进行分析，得到运行数据对应的分析结果；并将分析结果转化为控制指令，将控制指令下发至设备控制装置。
34.设备控制装置140，用于接收控制指令，并根据控制指令对设备进行控制。
35.其中，本技术中的设备110指的是需要进行智能化升级的传统工业设备，例如：车床、铣床、磨床、刨床等设备。设备110的运行数据至少包括如下至少一项：电流、电压、转速、功率和压力。
36.在本技术实施例中，在对设备110进行智能化升级改造时，需要在设备110上配置数据采集装置120，并将数据采集装置120与边缘服务器130相连接。数据采集装置120可以实时采集设备110的运行数据，并将所采集到的运行数据发送至边缘服务器130；或者边缘服务器130可以主动通过数据采集装置120获取设备110的运行数据。其中，本技术对数据采集装置120的品牌和型号不做具体限定，具备数据采集功能即可，数据采集装置120具备的协议包括但不限于可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)、modbus串行通信协议、rs-485标准等。数据采集装置120与设备110之间的通信协议包括如下至少一种：消息队列遥测传输(message queuing telemetry transport，mqtt)协议、远距离无线电(long range radio，lora)协议、紫蜂协议、超文本传输协议(hyper text transfer protocol，http)和表述性状态传递(representational state transfer，rest)协议。本实施例中的边缘服务器130包括如下至少一种：物理机、边缘网关、边缘盒子等，通信协议包括等不限于http、websocket、mqtt等。
37.在本技术实施例中，边缘服务器130接收到设备110的运行数据之后，边缘服务器130中的智能引擎先根据预先训练的设备状态确定模型对运行数据进行分析，得到当前设备110的运行状况(即分析结果)；再将当前设备110的运行状况与预设的运行标准相比较，若需要对当前设备110的运行状况进行调整，则将分析结果转化为控制指令，并将控制指令下发至设备控制装置140；若不需要对当前设备110的运行状况进行调整，则无需执行后续步骤。其中，设备状态确定模型可以是基于支持向量机(support vector machine，svm)/支持向量回归(support vector return，svr)、强化学习或者深度强化学习进行训练得到的。
38.在本技术实施例中，在对设备110进行智能化升级改造时，还需要在设备110上配置设备控制装置140，并将设备控制装置140与边缘服务器130相连接。当边缘服务器130将分析结果转化为控制指令并将控制指令下发至设备控制装置140时，设备控制装置140接收控制指令，并根据控制指令通过设备控制协议对设备110进行控制。其中，本技术对设备控制装置140的品牌和型号不做具体限定，设备控制装置140具备的设备控制协议包括但不限
于plc、串行通信协议、rs-485标准等。设备控制装置140与设备110之间的通信协议包括如下至少一种：mqtt协议、lora协议、紫蜂协议、http和rest协议。
39.本实施例提供了一种设备控制系统，该系统包括：设备、数据采集装置、设备控制装置和边缘服务器；其中，数据采集装置用于采集设备的运行数据，并将运行数据发送至边缘服务器；边缘服务器用于接收运行数据，根据预先训练的设备状态确定模型对运行数据进行分析，得到运行数据对应的分析结果；并将分析结果转化为控制指令，将控制指令下发至设备控制装置；设备控制装置用于接收控制指令，并根据控制指令对设备进行控制。本技术通过在传统工业设备上配置数据采集装置、设备控制装置和边缘服务器，通过数据采集装置采集设备的运行数据；通过边缘服务器对运行数据进行分析处理，再根据规则生成控制参数，进而将控制参数转换为控制指令；通过设备控制装置根据控制指令对设备进行控制；本技术解决了现有技术无法直接在传统工业设备的基础上进行智能化升级改造的问题，达到了降低智能化升级改造的成本，实现了对设备进行生产控制的目的。
40.实施例二
41.图2为本技术实施例提供的一种设备控制系统的第二结构示意图。本技术实施例是在上述实施例的基础上进行优化，具体优化为：本实施例对边缘服务器130的数据处理和控制指令生成过程进行详细的解释说明。
42.参见图2，设备控制系统包括：设备110、数据采集装置120、设备控制装置140、边缘服务器130和云端服务器150；其中，在设备110上分别安装数据采集装置120和设备控制装置140，边缘服务器130分别与数据采集装置120和设备控制装置140进行连接，云端服务器150与边缘服务器130相连接；设备控制装置140包括电流调节器1401和转速控制器1402；边缘服务器130包括数据分析器1301、设备状态机1302和指令生成器1303。具体的：
43.数据采集装置120，用于采集设备的运行数据，并将运行数据发送至边缘服务器。
44.边缘服务器130中的数据分析器1301，用于将运行数据作为设备状态确定模型的输入，并根据设备状态确定模型的输出确定设备的负荷状态。
45.边缘服务器130中的设备状态机1302，用于根据负荷状态判断是否需要调整设备的运行参数，若需要调整，则确定设备的参数调整信息。
46.边缘服务器130中的指令生成器1303，用于将参数调整信息转化为对应的控制指令。
47.设备控制装置140，用于通过电流调节器按照电流控制指令对设备的电流参数进行调整；以及通过转速控制器按照转速控制指令对设备的转速参数进行调整。
48.云端服务器150，用于向边缘服务器发送边缘服务器的软件升级包和升级指令，以通过控制指令控制边缘服务器按照软件升级包对边缘服务器的软件进行升级。
49.在本技术实施例中，边缘服务器130中的智能引擎是能对设备110的运行数据进行分析处理，能根据规则生成控制参数，能将控制参数转换为控制指令的计算机程序。该智能引擎可以包括数据分析器1301、设备状态机1302和指令生成器1303。具体的：根据预先训练的设备状态确定模型，数据分析器1301将运行数据作为设备状态确定模型的输入，并根据设备状态确定模型的输出来确定设备110的负荷状态，其中，负荷状态包括低负荷、正常负荷和超负荷，设备状态确定模型是根据样本运行数据和负荷状态标注信息训练得到的。设备状态机1302根据负荷状态判断是否需要调整设备110的运行参数，若需要调整，则确定设
备110的参数调整信息，也就是调整设备110的哪个参数以及怎样调整这个参数，例如：将设备的电流参数增加5a、将设备的转速参数减少10rpm。指令生成器1303将参数调整信息转化为对应的控制指令。
50.在本技术实施例中，指令生成器1303将参数调整信息转化为对应的控制指令之后，边缘服务器130再将控制指令下发至设备控制装置140。当控制指令为电流控制指令时，设备控制装置140通过电流调节器1401对设备110的电流参数进行调整；当控制指令为转速控制指令时，设备控制装置140通过转速控制器1402对设备110的转速参数进行调整；当控制指令既有电流控制指令又有转速控制指令时，设备控制装置140分别通过电流调节器1401和转速控制器1402对设备110的电流参数和转速参数进行调整。
51.在本技术实施例中，当边缘服务器130中的智能引擎的版本需要升级时，可以在云端服务器150配置智能引擎的软件升级包，通过边缘计算的云边协同技术向边缘服务器130发送边缘服务器130的软件升级包和升级指令，以通过控制指令控制边缘服务器130按照软件升级包对边缘服务器130的软件进行升级。
52.可选的，可以在边缘服务器130中配置边缘计算边缘端管理模块，用于管理智能引擎，负责与云端服务器150的通信以及应用协同，负责智能引擎的升级及运行。
53.本实施例提供了一种设备控制系统，该系统包括：设备、数据采集装置、设备控制装置、边缘服务器和云端服务器；其中，数据采集装置用于采集设备的运行数据，并将运行数据发送至边缘服务器；边缘服务器中的数据分析器用于将运行数据作为设备状态确定模型的输入，并根据设备状态确定模型的输出确定设备的负荷状态；边缘服务器中的设备状态机用于根据负荷状态判断是否需要调整设备的运行参数，若需要调整，则确定设备的参数调整信息；边缘服务器中的指令生成器用于将参数调整信息转化为对应的控制指令；设备控制装置用于通过电流调节器按照电流控制指令对设备的电流参数进行调整，以及通过转速控制器按照转速控制指令对设备的转速参数进行调整；云端服务器用于向边缘服务器发送边缘服务器的软件升级包和升级指令，以通过控制指令控制边缘服务器按照软件升级包对边缘服务器的软件进行升级。本技术解决了现有技术无法直接在传统工业设备的基础上进行智能化升级改造的问题，达到了降低智能化升级改造的成本，实现了对设备进行生产控制的目的。
54.实施例三
55.图3为本技术实施例提供的一种设备控制方法的流程示意图。本实施例可适用于对传统工业设备进行智能化升级改造的情况。
56.参考图3，本实施例的方法包括但不限于如下步骤：
57.s310、通过数据采集装置获取设备的运行数据。
58.在本技术实施例中，在对设备进行智能化升级改造时，需要在设备上配置数据采集装置，并将数据采集装置与边缘服务器相连接。数据采集装置可以实时采集设备的运行数据，并将所采集到的运行数据发送至边缘服务器；或者边缘服务器主动通过数据采集装置获取设备的运行数据。
59.s320、根据预先训练的设备状态确定模型对运行数据进行分析，得到运行数据对应的分析结果；并将分析结果转化为控制指令。
60.在本技术实施例中，边缘服务器中的智能引擎是能对设备的运行数据进行分析处
理，能根据规则生成控制参数，能将控制参数转换为控制指令的计算机程序。该智能引擎可以包括数据分析器、设备状态机和指令生成器。
61.具体的，边缘服务器接收到设备的运行数据之后，首先，数据分析器将运行数据作为预先训练的设备状态确定模型的输入，并根据设备状态确定模型的输出确定设备的负荷状态，其中，负荷状态包括低负荷、正常负荷和超负荷，设备状态确定模型是根据样本运行数据和负荷状态标注信息训练得到的。然后，设备状态机根据负荷状态判断是否需要调整设备的运行参数，若不需要调整，则无需执行后续步骤；若需要调整，则确定设备的参数调整信息，也就是调整设备的哪个参数以及怎样调整这个参数，例如：将设备的电流参数增加5a、将设备的转速参数减少10rpm。最后，指令生成器将参数调整信息转化为对应的控制指令。
62.s330、将控制指令下发至设备控制装置，以指示设备控制装置根据控制指令对设备进行控制。
63.在本技术实施例中，指令生成器将参数调整信息转化为对应的控制指令之后，边缘服务器再将控制指令下发至设备控制装置。设备控制装置包括电流调节器和转速控制器，控制指令包含电流控制指令和转速控制指令，边缘服务器将电流控制指令下发至设备控制装置，以指示设备控制装置通过设备控制装置中的电流调节器对设备的电流参数进行调整；边缘服务器将转速控制指令下发至设备控制装置，以指示设备控制装置通过设备控制装置中的转速控制器对设备的转速参数进行调整。
64.具体的，当控制指令为电流控制指令时，设备控制装置通过电流调节器对设备的电流参数进行调整；当控制指令为转速控制指令时，设备控制装置通过转速控制器对设备的转速参数进行调整；当控制指令既有电流控制指令又有转速控制指令时，设备控制装置分别通过电流调节器和转速控制器对设备的电流参数和转速参数进行调整。
65.进一步的，接收云端服务器所发送的软件升级包和升级指令，并通过升级指令按照软件升级包完成升级。
66.本实施例提供的技术方案，通过数据采集装置获取设备的运行数据；根据预先训练的设备状态确定模型对运行数据进行分析，得到运行数据对应的分析结果；并将分析结果转化为控制指令；将控制指令下发至设备控制装置，以指示设备控制装置根据控制指令对设备进行控制。本技术通过在传统工业设备上配置数据采集装置、设备控制装置和边缘服务器，通过数据采集装置采集设备的运行数据；通过边缘服务器对运行数据进行分析处理，再根据规则生成控制参数，进而将控制参数转换为控制指令；通过设备控制装置根据控制指令对设备进行控制；本技术解决了现有技术无法直接在传统工业设备的基础上进行智能化升级改造的问题，达到了降低智能化升级改造的成本，实现了对设备进行生产控制的目的。
67.注意，上述仅为本技术的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本技术不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本技术的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本技术实施例进行了较为详细的说明，但是本技术实施例不仅仅限于以上实施例，在不脱离本技术构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本技术的范围由所附的权利要求范围决定。