一种模组化边缘智能终端的制作方法

本发明涉及配电及电力物联网交叉，特别是涉及一种模组化边缘智能终端。

背景技术：

1、物联网感知层的各类设备是信息采集与控制执行的终端设备，典型终端有变电领域合并单元、智能终端、测控装置、保护装置、pmu等，配电领域有馈线终端、配电变压器监测终端、开关站和配电所监控终端、故障指示器等，用电领域有数字电能量表计、智能电表、电能质量监测装置、智能用电交互终端等。终端设备具备类型多、数量大、分布广的特点。

2、随着配电物联网、综合能源服务、虚拟电厂等新兴业务的发展，亟需一款智能终端产品支撑业务的数字化与智能化。而传统的数据采集和状态感知终端面向特定的业务，存在以下问题：一是结构上是整体式，尺寸偏大，不利于现场安装；二是硬件接口固定，不具备扩展性，无法支撑综合能源服务、虚拟电厂、台区柔性互联等业务对终端硬件接口灵活性需求；三是软件上缺乏边缘计算能力，终端的应用可扩展性较差，数据通过各层级的信息汇集终端，连接到统一的主站系统，实现集中计算和分析。随着设备状态感知系统的不断扩大，各类型数据规模爆炸式增长，数据通信链路和集中数据分析成本激增。

3、现有国家电网公司标准《台区智能融合终端技术规范（试行）》规定了台区智能融合终端技术要求、硬件架构。该台区智能融合终端硬件接口数量是固定的，除hplc模块和远程通信模块外，采用整体式设计，不具备网口、串口和遥信接口以及交流模拟量采集通道扩展能力，硬件扩展性不强，且不具备遥控接口，而综合能源服务、虚拟电厂、台区柔性互联等新兴业务现阶段标准化程度不高，对应的采集终端要求具备灵活的遥信、遥测、遥控以及通信等接口扩展能力，因此现有台区智能融合终端无法满足不同场景、不同用户的数据采集需求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种模组化边缘智能终端，实现了终端硬件模组灵活扩展、软件业务快速部署。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种模组化边缘智能终端，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括通过即插即用接口相互连接的边缘计算模组和功能模组，所述边缘计算模组用于实现对终端进行管理、与主站进行通讯、以及记录事件；所述功能模组用于实现对不同信号的采集和处理，以及扩展通信；所述软件部分包括操作系统层和应用层，所述操作系统层与应用层通过数据中心实现通信；所述操作系统层用于为不同应用提供调用接口以及为硬件部分提供访问接口；所述应用层采用虚拟化容器提供多种不同应用。

3、所述边缘计算模组包括主控芯片、存储器和外接设备，所述主控芯片分别与所述存储器和外接设备相连，所述存储器用于保存所述功能模组的处理结果，所述外接设备用于实现与所述功能模组的连接。

4、所述功能模组包括：交流模拟量采集模组，用于实现对交流模拟量信号进行采集，并对采集到的信号进行数模转换和计算；直流量采集模组，用于实现对直流模拟量信号进行采集，并对采集到的信号进行数模转换和计算；开入开出模组，用于实现对数字量信号进行采集和控制；本地通信模组，用于实现通信接口的扩展，完成与端设备的信息交互。

5、所述功能模组还包括电源模组，所述电源模组用于完成电源输入，实现终端不间断运行，采用交流三相四线供电。

6、所述操作系统层包括：操作系统内核，用于管理操作系统的资源，提供基础服务的系统组件；硬件驱动框架，用于驱动硬件部分；系统接口，用于为不同的应用提供系统调用接口；硬件抽象层，用于为不同的应用提供硬件访问接口；系统组件，用于与数据中心进行连接实现与应用层的通信。

7、所述应用层包括串口通信app、网口通信app、开入开出app、多模组采集app、主站通信app以及业务app；所述串口通信app、网口通信app和开入开出app是所述边缘计算模组的接口应用；所述多模组采集app用于扩展功能模组数据采集与管理；所述主站通信app用于与主站系统进行通信；所述业务app用于对业务数据进行逻辑判定和算法分析。

8、在数据采集过程中，所述应用层中的每个app以物模型为数据内容和格式约定，以数据中心为数据交互媒介，其中，所述多模组采集app通过配置文件来实现采集数据与物理设备模型的对应，并将采集数据存入所述数据中心；所述业务app以物模型的方式获取业务数据，并进行逻辑判定和算法分析，并将分析结果写入所述数据中心；所述主站通信app从数据中心获取数据，将获取的数据上传至主站系统。

9、在控制过程中，控制指令以物模型中的服务方式，通过内部mqtt总线发送到所述多模组采集app、所述串口通信app和所述网口通信app，所述多模组采集app、所述串口通信app和所述网口通信app以规约方式通知对应的扩展模组执行相关操作；所述控制指令包括所述主站通信app接收到的由主站系统下发的控制指令和由所述业务app生成的控制指令。

10、所述应用层中的每个app均具有一套和自己业务能力一致的自描述文件，每个app通过加载、识别和解析其他app的自描述文件确定其他app的业务能力，并根据其他app的业务能力自动选择性进行业务订阅和规避。

11、所述自描述文件包括app信息内容描述文件、 app可发布设备容量描述文件和app信息交互模型描述文件，所述app信息内容描述文件描述了app名称、版本号、功能描述、生产厂家；所述app可发布设备容量描述文件描述了 app 对外可发布的物理设备或虚拟设备信息；app信息交互模型描述文件描述了对设备之间交互的物模型信息。

12、有益效果

13、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过设计边缘智能终端硬件功能模组，利用虚拟化容器、边缘计算、即插即用等技术，使得本发明具备硬件模组化和软件app化架构，实现了终端硬件模组灵活扩展、软件业务快速部署，解决了现有终端产品硬件接口固定、软件不能灵活部署以及体积偏大等问题，旨在进一步满足智能终端产品的多样性需求，降低开发难度和开发成本，缩短产品开发周期，为定制开发系列化多形态智能终端和物联代理装置提供支撑。

技术特征：

1.一种模组化边缘智能终端，其特征在于，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括通过即插即用接口相互连接的边缘计算模组和功能模组，所述边缘计算模组用于实现对终端进行管理、与主站进行通讯、以及记录事件；所述功能模组用于实现对不同信号的采集和处理，以及扩展通信；所述软件部分包括操作系统层和应用层，所述操作系统层与应用层通过数据中心实现通信；所述操作系统层用于为不同应用提供调用接口以及为硬件部分提供访问接口；所述应用层采用虚拟化容器提供多种不同应用；所述应用层中的每个应用均具有一套和自己业务能力一致的自描述文件，每个应用通过加载、识别和解析其他应用的自描述文件确定其他应用的业务能力，并根据其他应用的业务能力自动选择性进行业务订阅和规避。

2.根据权利要求1所述的模组化边缘智能终端，其特征在于，所述边缘计算模组包括主控芯片、存储器和外接设备，所述主控芯片分别与所述存储器和外接设备相连，所述存储器用于保存所述功能模组的处理结果，所述外接设备用于实现与所述功能模组的连接。

3.根据权利要求1所述的模组化边缘智能终端，其特征在于，所述功能模组包括：交流模拟量采集模组，用于实现对交流模拟量信号进行采集，并对采集到的信号进行数模转换和计算；直流量采集模组，用于实现对直流模拟量信号进行采集，并对采集到的信号进行数模转换和计算；开入开出模组，用于实现对数字量信号进行采集和控制；本地通信模组，用于实现通信接口的扩展，完成与端设备的信息交互。

4.根据权利要求3所述的模组化边缘智能终端，其特征在于，所述功能模组还包括电源模组，所述电源模组用于完成电源输入，实现终端不间断运行，采用交流三相四线供电。

5.根据权利要求1所述的模组化边缘智能终端，其特征在于，所述操作系统层包括：操作系统内核，用于管理操作系统的资源，提供基础服务的系统组件；硬件驱动框架，用于驱动硬件部分；系统接口，用于为不同的应用提供系统调用接口；硬件抽象层，用于为不同的应用提供硬件访问接口；系统组件，用于与数据中心进行连接实现与应用层的通信。

6.根据权利要求1所述的模组化边缘智能终端，其特征在于，所述应用层包括串口通信app、网口通信app、开入开出app、多模组采集app、主站通信app以及业务app；所述串口通信app、网口通信app和开入开出app是所述边缘计算模组的接口应用；所述多模组采集app用于扩展功能模组数据采集与管理；所述主站通信app用于与主站系统进行通信；所述业务app用于对业务数据进行逻辑判定和算法分析。

7.根据权利要求6所述的模组化边缘智能终端，其特征在于，在数据采集过程中，所述应用层中的每个app以物模型为数据内容和格式约定，以数据中心为数据交互媒介，其中，所述多模组采集app通过配置文件来实现采集数据与物理设备模型的对应，并将采集数据存入所述数据中心；所述业务app以物模型的方式获取业务数据，并进行逻辑判定和算法分析，并将分析结果写入所述数据中心；所述主站通信app从数据中心获取数据，将获取的数据上传至主站系统。

8.根据权利要求6所述的模组化边缘智能终端，其特征在于，在控制过程中，控制指令以物模型中的服务方式，通过内部mqtt总线发送到所述多模组采集app、所述串口通信app和所述网口通信app，所述多模组采集app、所述串口通信app和所述网口通信app以规约方式通知对应的扩展模组执行相关操作；所述控制指令包括所述主站通信app接收到的由主站系统下发的控制指令和由所述业务app生成的控制指令。

9.根据权利要求1所述的模组化边缘智能终端，其特征在于，所述自描述文件包括app信息内容描述文件、 app可发布设备容量描述文件和 app信息交互模型描述文件，所述app信息内容描述文件描述了app名称、版本号、功能描述、生产厂家；所述app可发布设备容量描述文件描述了 app 对外可发布的物理设备或虚拟设备信息；app信息交互模型描述文件描述了对设备之间交互的物模型信息。

技术总结
本发明涉及一种模组化边缘智能终端，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括边缘计算模组和功能模组，所述边缘计算模组用于实现对终端进行管理、与主站进行通讯、以及记录事件；所述功能模组用于实现对不同信号的采集和处理，以及扩展通信；所述软件部分包括操作系统层和应用层，所述操作系统层与应用层通过数据中心实现通信；所述操作系统层用于为不同应用提供调用接口以及为硬件部分提供访问接口；所述应用层采用虚拟化容器提供多种不同应用。本发明实现了终端硬件模组灵活扩展、软件业务快速部署。

技术研发人员：李二霞,周振华,朱克琪,孙国齐,李玉凌,宋祁鹏,刘海涛,杨红磊,张波,孙智涛,王利,亢超群,许保平,韩子龙,樊勇华
受保护的技术使用者：国网上海能源互联网研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15