CN103676803B - 工业控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工业控制系统，属于工业控制领域。其中，该工业控制系统，用于对生产对象进行控制，包括：至少一个控制终端，用于在生产过程中采集生产对象的生产数据，发送给管理装置；接收所述管理装置发送的第一控制数据，根据所述第一控制数据对生产对象进行控制；通过物联网与所述控制终端相连接的所述管理装置，用于接收并存储所述控制终端发送的生产数据；向所述控制终端下发用于对生产对象进行控制的第一控制数据。本发明的技术方案能够实现大规模的集群生产。

Description

工业控制系统
技术领域
本发明涉及工业控制领域，特别是指一种工业控制系统。
背景技术
目前工业控制领域实现生产过程组网和控制的方式大体如下：
1、控制系统包括：控制设备、生产控制对象、工业现场总线。对于较小规模或对象单一的生产过程，采用单体控制模式，即一台控制设备控制一个生产对象；对于较大规模或对象复杂的生产过程，可采用工业现场总线将多台控制设备进行连接，实现一定规模的组网生产。
2、控制设备大多采用智能化仪器仪表，生产过程中产生的各种实时数据（如温度、湿度、电压等）传送给控制设备，通过控制设备内的控制程序进行计算，然后输出控制量对生产对象进行控制。
这种传统的工业组网方式和控制方式存在着以下的不足：
1、就组网方式而言，不管是单一控制还是通过工业现场总线连接进行的组网控制，究其根本均属于本地组网，各种数据信息主要保存在本地并在本地组网范围内传递，要实现更大规模的生产控制比较困难。另外，工业现场总线类别繁多，传输协议也不尽相同，使得不同工业网络间的联系变得困难。
2、目前工业控制网络的核心是各种智能仪器仪表，也即智能控制设备。而智能仪器仪表的核心则是控制程序，即软件。由于控制对象不同，智能仪表程序中的控制数据也会不同，这就造成了目前智能控制仪表无法实现通用化。另外，由于程序多是固化在CPU中，所以在现有组网方式下要对程序进行升级或替换比较困难。
综上所述，现有的工业控制网络要实现大规模的智能控制比较困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工业控制系统，能够实现大规模的集群生产。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种工业控制系统，用于对生产对象进行控制，包括：
至少一个控制终端，用于在生产过程中采集生产对象的生产数据，发送给管理装置；接收所述管理装置发送的第一控制数据，根据所述第一控制数据对生产对象进行控制；
通过物联网与所述控制终端相连接的所述管理装置，用于接收并存储所述控制终端发送的生产数据；向所述控制终端下发用于对生产对象进行控制的第一控制数据。
进一步地，所述管理装置包括：
接入终端，用于接收所述控制终端发送的生产数据，将所述生产数据发送给管理平台；
所述管理平台，用于接收并存储所述接入终端发送的生产数据，并将所述生产数据发送给所述控制终端相对应的控制模型服务器；
至少一个所述控制模型服务器，用于接收所述管理平台发送的生产数据。
进一步地，所述控制模型服务器还用于向所述管理平台发送所述第一控制数据；
所述管理平台还用于接收并存储所述控制模型服务器发送的第一控制数据，并将所述第一控制数据发送给所述接入终端；
所述接入终端还用于接收所述管理平台发送的第一控制数据，并将所述第一控制数据发送给对应的控制终端。
进一步地，所述控制模型服务器还用于根据接收到的生产数据生成对生产对象进行控制的第二控制数据，并将所述第二控制数据发送给所述管理平台；
所述管理平台还用于接收并存储所述控制模型服务器发送的第二控制数据，并将所述第二控制数据发送给所述接入终端；
所述接入终端还用于接收所述管理平台发送的第二控制数据，并将所述第二控制数据发送给对应的控制终端；
所述控制终端还用于根据接收到的第二控制数据对生产对象进行控制。
进一步地，所述控制终端还用于向所述接入终端发送数据查询请求；
所述接入终端还用于接收所述控制终端发送的数据查询请求，并将所述数据查询请求发送给所述管理平台；
所述管理平台还用于接收所述接入终端发送的数据查询请求，向所述接入终端返回所述数据查询请求所请求查询的数据；
所述接入终端还用于接收所述管理平台返回的数据，并将所述数据返回给所述控制终端。
进一步地，所述控制终端还用于向所述接入终端发送控制数据更新请求；
所述接入终端还用于接收所述控制终端发送的控制数据更新请求，并将所述控制数据更新请求发送给所述管理平台；
所述管理平台还用于将所述控制数据更新请求发送给对应的控制模型服务器，并接收控制模型服务器返回的第三控制数据，将所述第三控制数据发送给所述接入终端；
所述接入终端还用于接收所述管理平台返回的第三控制数据，并将所述第三控制数据返回给所述控制终端；
所述控制终端还用于根据接收到的第三控制数据对生产对象进行控制。
进一步地，所述接入终端还用于将自身标识以及与自身相连接的控制终端标识发送给所述管理平台；
所述管理平台还用于接收并存储所述接入终端的标识以及与所述接入终端相连接的控制终端的标识。
进一步地，所述接入终端还用于接收控制终端发送的携带有控制终端标识的接入请求，并将所述接入请求发送给所述管理平台；
所述管理平台还用于接收所述接入终端发送的接入请求，根据所述控制终端标识进行鉴权，并在鉴权成功向所述接入终端返回接入响应；
所述接入终端还用于接收所述管理平台返回的接入响应，并将所述接入响应发送给对应的控制终端。
进一步地，所述控制终端与所述接入终端之间通过串行总线连接。
进一步地，所述接入终端与所述管理平台之间通过物联网通用协议进行通信。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，改变了传统工业控制系统的组网模式，利用物联网来代替传统的工业网络，使得组网方式更加方便；生产过程中，生产数据不仅仅局限在本地保存与传输，通过通信网络，使生产数据能上传至统一的管理平台，方便进行统一管理，使得更大规模的集群生产成为可能；使用统一的通信协议使得各种类型的生产网络可以进行相互通信，有利于生产网络的兼容。
附图说明
图1为本发明实施例的工业控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的工业控制系统的数据传输示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明的实施例针对现有技术中工业控制网络要实现大规模的智能控制比较困难的问题，提供一种工业控制系统，能够实现大规模的集群生产。
本发明实施例提供了一种工业控制系统，用于对生产对象进行控制，如图1所示，本实施例包括：
至少一个控制终端10，用于在生产过程中采集生产对象的生产数据，发送给管理装置；接收管理装置发送的第一控制数据，根据第一控制数据对生产对象进行控制；
通过物联网与控制终端10相连接的管理装置，用于接收并存储控制终端10发送的生产数据；向控制终端10下发用于对生产对象进行控制的第一控制数据。
进一步地，如图1所示，管理装置包括：
接入终端20，用于接收控制终端10发送的生产数据，将生产数据发送给管理平台30；
管理平台30，用于接收并存储接入终端20发送的生产数据，并将生产数据发送给控制终端10相对应的控制模型服务器40；
至少一个控制模型服务器40，用于接收管理平台30发送的生产数据。
进一步地，控制模型服务器40还用于向管理平台30发送第一控制数据；
管理平台30还用于接收并存储控制模型服务器40发送的第一控制数据，并将第一控制数据发送给接入终端20；
接入终端20还用于接收管理平台30发送的第一控制数据，并将第一控制数据发送给对应的控制终端10。
进一步地，控制模型服务器40还用于根据接收到的生产数据生成对生产对象进行控制的第二控制数据，并将第二控制数据发送给管理平台30；
管理平台30还用于接收并存储控制模型服务器40发送的第二控制数据，并将第二控制数据发送给接入终端20；
接入终端20还用于接收管理平台30发送的第二控制数据，并将第二控制数据发送给对应的控制终端10；
控制终端10还用于根据接收到的第二控制数据对生产对象进行控制。
进一步地，控制终端10还用于向接入终端20发送数据查询请求；
接入终端20还用于接收控制终端10发送的数据查询请求，并将数据查询请求发送给管理平台30；
管理平台30还用于接收接入终端20发送的数据查询请求，向接入终端20返回数据查询请求所请求查询的数据；
接入终端20还用于接收管理平台30返回的数据，并将数据返回给控制终端10。
进一步地，控制终端10还用于向接入终端20发送控制数据更新请求；
接入终端20还用于接收控制终端10发送的控制数据更新请求，并将控制数据更新请求发送给管理平台30；
管理平台30还用于将控制数据更新请求发送给对应的控制模型服务器40，并接收控制模型服务器40返回的第三控制数据，将第三控制数据发送给接入终端20；
接入终端20还用于接收管理平台30返回的第三控制数据，并将第三控制数据返回给控制终端10；
控制终端10还用于根据接收到的第三控制数据对生产对象进行控制。
进一步地，接入终端20还用于将自身标识以及与自身相连接的控制终端10标识发送给管理平台30；
管理平台30还用于接收并存储接入终端20的标识以及与接入终端20相连接的控制终端10的标识。
进一步地，接入终端20还用于接收控制终端10发送的携带有控制终端10标识的接入请求，并将接入请求发送给管理平台30；
管理平台30还用于接收接入终端20发送的接入请求，根据控制终端10标识进行鉴权，并在鉴权成功向接入终端20返回接入响应；
接入终端20还用于接收管理平台30返回的接入响应，并将接入响应发送给对应的控制终端10。
上述方案中，具体地，控制终端10与接入终端20之间可以通过串行总线连接，接入终端20与管理平台30之间可以通过物联网通用协议进行通信。
下面结合图1和图2对本发明的工业控制系统进行详细介绍：
本发明的工业控制系统分为控制层、接入层、管理层和服务层，其具体实施方式如下：
1、控制层由若干控制终端10组成，每个控制终端10分配唯一的外设编号作为自身标识。工业控制系统开始运行时，控制终端10登录到接入终端20，多个控制终端10可通过一个接入终端20，也可以通过多个接入终端20接入到物联网的管理平台30，从而实现现场组网。生产过程中，如果控制终端10选择的控制方式是本地控制，则对生产对象的控制由控制终端10自己完成，同时将实时的生产数据（如温度、湿度、电压等）定期通过接入终端20上传到管理平台30和控制模型服务器40。如果控制终端10选择的方式是网络控制，则对生产对象的控制由控制模型服务器40完成，控制终端10将实时的生产数据上传到控制模型服务器40，由控制模型服务器40返回控制数据给控制终端10，控制数据包括控制模型以及控制模型中的参数，控制终端10根据接收到的控制模型及参数对生产对象进行控制。
控制终端10负责控制具体的生产对象，不负责对生产数据进行分析、存储、优化控制模型等过程，生产过程中产生的生产数据输入控制终端10，控制终端10直接通过得到的控制模型进行计算得到输出的控制量，然后对生产对象进行控制。同时，这些生产数据也将通过物联网发给接入终端20，并由接入终端20最终发送到管理平台30和控制模型服务器40。此外，对于控制模型中各种参数的设定，传统工业控制系统中多是通过人工设定经验值，这很大程度上取决于操作人员的技术能力，并且在生产调试阶段很费时间。而本发明的控制终端10的控制模型参数将由控制模型服务器40直接给出，同时根据调试生产过程中的生产数据反馈，计算得出更优的参数下发至控制终端10。
控制终端10与接入终端20之间的通信可采用串行总线传输等简单的布线及通信方式。控制终端10的功能由两部分组成，基本功能部分（包括人机交互，基本通信等）与控制策略部分（具体的控制模型、参数等），控制策略部分可随时通过向控制模型服务器40进行申请下载更新控制模型。
2、接入层由接入终端20组成，接入终端20作为控制终端10与物联网之间的桥梁，集成物联网通信协议，负责将控制终端10接入物联网网络中，实现物联网协议与控制终端10间协议的转换与传输。接入终端20也有唯一编号作为自身标识，接入终端20登录管理平台30时，将自身的编号以及与自身连接的各个控制终端10的编号发送到管理平台30进行鉴权和记录。在生产过程中，如果有新加入的控制终端10，也可以将新加入的控制终端10的编号发往管理平台30进行记录。
接入终端20不负责具体的控制过程，它负责维护控制终端10的接入状态，消息的转发，协议的转换等。接入终端20支持多个控制终端10接入，接入终端20与管理平台30间采用物联网通用协议，接入终端20将控制终端10的数据封装成物联网协议数据进行传输。
3、管理层由管理平台30组成，其作用在于管理所有接入到物联网的控制终端和接入终端，在管理平台上可查看接入终端20及下面挂载的所有控制终端10的相关信息，包括控制模型及参数、实时生产数据、生产运行状态等。
管理平台30具备以下功能：
（1）数据查询功能：提供接入到管理平台30的所有接入终端20及下属各个控制终端10的运行状态、操作状态、接入状态等的查询。提供各个控制终端10生产过程中实时生产数据的查询、历史生产数据的查询、生产过程曲线的查询等。操作人员可以通过管理平台30全局掌握生产过程信息。
（2）控制模型更新提示功能：管理平台30发现某控制终端10有可优化的控制模型时，可提示进行更新。
（3）控制模式选择功能：对于一些实时性要求不高的控制过程，可选择控制终端10将生产数据直接送往控制模型服务器40、并根据控制模型服务器40下发的控制模型进行控制。而对于实时性要求高的控制过程，可选择直接通过控制终端10进行控制。
（4）系统管理功能及账户认证功能，负责鉴权控制模型服务器40及控制终端10是否有权接入物联网等。
4、服务层由若干控制模型服务器40组成，控制模型服务器40负责提供控制模型，不同的控制模型服务器40所提供的控制模型也不相同，控制终端10可根据自己实际所控制的生产对象，选择特定的控制模型服务器40所提供的控制模型。同时，控制模型服务器40不同于控制终端10等嵌入式设备，其具有强大的计算能力，能对采集到的实时生产数据进行分析，从而优化自身提供的控制模型，并通知管理平台有更新的控制模型。
生产过程开始之前，控制模型服务器40接受来自控制终端10的请求，下发所属的控制模型，并根据在调试过程中上报的生产数据，自动优化控制模型的参数并下发至控制终端10，同时记录此时的参数，如有另外的控制终端10请求同样的控制模型，则可直接发送控制模型及此时的参数。控制终端10在工作过程中，将实时的生产数据定期上传给管理平台30及控制模型服务器40，控制模型服务器40对生产数据进行分析，然后对控制模型进行优化，当有优化后的控制模型时，可将结果通知给管理平台30，以提示有可升级的控制模型下载。
控制模型服务器40除了优化控制模型外，还可以下发控制模型及参数至控制终端10，对控制终端10进行控制。
在控制终端10更换具体所控制的生产对象后，操作人员可通过管理平台30查询该生产对象所适合的控制模型，并更换该控制终端10所对应的控制模型服务器40，重新下载控制模型。
如图2所示为本发明的工业控制系统的数据传输示意图，如图2所示，在工业控制系统开始运行后，控制终端10控制生产对象的生产过程，并获取生产过程中的生产数据，将生产数据上报给接入终端20，接入终端20将生产数据转发给管理平台30，管理平台30将生产数据转发给对应的控制模型服务器40，控制模型服务器40根据接收到的生产数据对控制模型的参数进行优化，并将优化后的参数发送给管理平台30，管理平台30将接收到的参数转发给接入终端20，接入终端20将接收到的参数下发给对应的控制终端10，控制终端10根据接收的参数控制生产对象的生产过程，并获取生产过程中的生产数据。当控制模型服务器40对控制模型进行优化后，提示管理平台30有优化后的控制模型，管理平台30接受控制模型的升级，之后控制模型服务器40可通过管理平台30及接入终端20将优化后的控制模型下发给对应的控制终端10。
本发明实施例改变了传统工业控制系统的组网模式，利用通信网络来代替传统的工业网络，使得组网方式更加方便；生产数据不仅仅局限在本地保存与传输，通过通信网络，使生产数据能上传至统一的管理平台，方便进行统一管理，使得更大规模的集群生产成为可能；控制终端与接入终端之间、接入终端与管理平台之间、管理平台与控制模型服务器之间使用统一的通信协议使得各种类型的生产网络可以进行相互通信，有利于生产网络的兼容。
另外，本发明实施例与传统工业控制系统的控制模式不同，控制终端可随时根据实际需要，向相应的控制模型服务器申请下载更换控制模型，从而扩展了通用性，节省了成本。同时，控制终端将生产数据发送给控制模型服务器，使控制模型服务器能够根据生产数据优化控制模型，从而更好、更全面的控制生产。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种工业控制系统，用于对生产对象进行控制，其特征在于，包括：
至少一个控制终端，用于在生产过程中采集生产对象的生产数据，发送给管理装置；接收所述管理装置发送的第一控制数据，根据所述第一控制数据对生产对象进行控制；
通过物联网与所述控制终端相连接的所述管理装置，用于接收并存储所述控制终端发送的生产数据；向所述控制终端下发用于对生产对象进行控制的第一控制数据；
所述管理装置包括：
接入终端，用于接收所述控制终端发送的生产数据，将所述生产数据发送给管理平台；
所述管理平台，用于接收并存储所述接入终端发送的生产数据，并将所述生产数据发送给所述控制终端相对应的控制模型服务器；
至少一个所述控制模型服务器，用于接收所述管理平台发送的生产数据。
2.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，
所述控制模型服务器还用于向所述管理平台发送所述第一控制数据；
所述管理平台还用于接收并存储所述控制模型服务器发送的第一控制数据，并将所述第一控制数据发送给所述接入终端；
所述接入终端还用于接收所述管理平台发送的第一控制数据，并将所述第一控制数据发送给对应的控制终端。
3.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，
所述控制模型服务器还用于根据接收到的生产数据生成对生产对象进行控制的第二控制数据，并将所述第二控制数据发送给所述管理平台；
所述管理平台还用于接收并存储所述控制模型服务器发送的第二控制数据，并将所述第二控制数据发送给所述接入终端；
所述接入终端还用于接收所述管理平台发送的第二控制数据，并将所述第二控制数据发送给对应的控制终端；
所述控制终端还用于根据接收到的第二控制数据对生产对象进行控制。
4.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，
所述控制终端还用于向所述接入终端发送数据查询请求；
所述接入终端还用于接收所述控制终端发送的数据查询请求，并将所述数据查询请求发送给所述管理平台；
所述管理平台还用于接收所述接入终端发送的数据查询请求，向所述接入终端返回所述数据查询请求所请求查询的数据；
所述接入终端还用于接收所述管理平台返回的数据，并将所述数据返回给所述控制终端。
5.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，
所述控制终端还用于向所述接入终端发送控制数据更新请求；
所述接入终端还用于接收所述控制终端发送的控制数据更新请求，并将所述控制数据更新请求发送给所述管理平台；
所述管理平台还用于将所述控制数据更新请求发送给对应的控制模型服务器，并接收控制模型服务器返回的第三控制数据，将所述第三控制数据发送给所述接入终端；
所述接入终端还用于接收所述管理平台返回的第三控制数据，并将所述第三控制数据返回给所述控制终端；
所述控制终端还用于根据接收到的第三控制数据对生产对象进行控制。
6.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，
所述接入终端还用于将自身标识以及与自身相连接的控制终端标识发送给所述管理平台；
所述管理平台还用于接收并存储所述接入终端的标识以及与所述接入终端相连接的控制终端的标识。
7.根据权利要求6所述的工业控制系统，其特征在于，
所述接入终端还用于接收控制终端发送的携带有控制终端标识的接入请求，并将所述接入请求发送给所述管理平台；
所述管理平台还用于接收所述接入终端发送的接入请求，根据所述控制终端标识进行鉴权，并在鉴权成功向所述接入终端返回接入响应；
所述接入终端还用于接收所述管理平台返回的接入响应，并将所述接入响应发送给对应的控制终端。
8.根据权利要求2所述的工业控制系统，其特征在于，所述控制终端与所述接入终端之间通过串行总线连接。
9.根据权利要求2所述的工业控制系统，其特征在于，所述接入终端与所述管理平台之间通过物联网通用协议进行通信。
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