CN106850754A - 工业通信系统和工业网关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低成本的、让云处理终端能够简单、有效地对多个智能设备进行监控和管理的工业通信系统和工业网关。本发明所涉及的工业通信系统，用于实现云处理终端与设置在现场的多个智能设备进行通信，其特征在于，包括：至少一个节点装置，与多个智能设备所对应的多个信息采集控制器相连接；子网管理装置，以无线方式与所有的节点装置相通信连接；以及工业网关，以有线方式与子网管理装置相通信连接，并且以无线方式与云处理终端相通信连接。

Description

工业通信系统和工业网关

技术领域

本发明涉及一种工业通信系统和工业网关。

背景技术

随着网络技术的快速发展，信息的交换与通信已由人与人之间，逐渐扩展到了物与物之间，由此产生了物联网这一概念。物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照统一的协议标准，把物与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

工业通信系统作为一种物联网通信系统，已被广泛应用在工业生产、监控、管理过程中，通过工业通信系统来对各个环节进行监管和操控。

在工业通信系统中，现场工作的各种智能设备与可编程逻辑控制器(PLC)、计算机数控器(CNC)等信息采集控制器相连接，信息采集控制器再与工业盒子(工业用网关)相连接，工业盒子的另一侧与云平台通信连接。这样，一方面，云平台下发的各种控制指令，就能够通过工业盒子下发给信息采集控制器，再由信息采集控制器根据控制指令对智能设备执行相应的控制操作。另一方面，智能设备的各种操作信息或者监控信息会由信息采集控制器进行采集并上传给工业盒子，并且通过工业盒子将这些信息发送给云平台，用户通过云平台就能够及时获悉现场智能设备的工作情况。

由于智能设备的种类繁多，相应的，与之连接的信息采集控制器也多种多样，各种信息采集控制器往往具有不同的通信协议，为了与尽可能多的智能设备相匹配，工业盒子中存储有成百上千种通信协议，从而实现对各种协议进行协议解析和转换。

然而，一个工业盒子通常只有一到两个接口用于与信息采集控制器相连接。而在工厂中，一般都存在大量的信息采集控制器需要连接，这样，就需要设置大量的工业盒子来与之相连。例如，有100个信息采集控制器需要连接，就需要至少50个工业盒子，并用100条有线通信线路来连接工业盒子和信息采集控制器。

这样，不仅致使成本过高，而且云平台需要对每个工业盒子逐个下发控制指令和接收信息，也使得监控管理变得非常离散，难以实现有效地管控。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种低成本的、让云处理终端能够简单、有效地对多个智能设备进行监控和管理的工业通信系统和工业网关。

<方案一>

本发明提供了一种工业通信系统，用于实现云处理终端与设置在现场的多个智能设备进行通信，其特征在于，包括：至少一个节点装置，与多个智能设备所对应的多个信息采集控制器相连接；子网管理装置，以无线方式与所有的节点装置相通信连接；以及工业网关，以有线方式与子网管理装置相通信连接，并且以无线方式与云处理终端相通信连接。

在本发明提供的工业通信系统中，还可以具有这样的特征：一个节点装置与一个信息采集控制器相连接。

在本发明提供的工业通信系统中，还可以具有这样的特征：一个节点装置与至少两个信息采集控制器相连接。

在本发明提供的工业通信系统中，还可以具有这样的特征：子网管理装置具有：中心节点单元，基于预定通信规则与每个节点装置以无线方式进行通信；有线通信单元，以有线方式与工业网关相通信连接；以及网络管理单元，用于对节点装置进行网络管理，预定通信规则包含：自动入网机制、MESH组网机制、时间同步机制以及跳频机制，网络管理包含为节点装置分配入网私有密钥和通信密钥。

在本发明提供的工业通信系统中，还可以具有这样的特征：有线通信单元包含：有线通信模块，以有线方式与工业网关相通信连接；和有线通信接口，与有线通信模块相连接。

在本发明提供的工业通信系统中，还可以具有这样的特征：自动入网机制为：当存在待入网的节点装置时，该待入网节点装置首先对预定范围内的其它节点装置发出的信息进行侦听，在侦听到任意一个节点装置的信息后，待入网节点装置将入网请求信息发送至被侦听到的节点装置从而发送至子网管理装置，该子网管理装置对待入网节点装置进行入网信息配置，实现待入网节点装置自动入网。

<方案二>

本发明还提供了一种工业网关，设置在由与多个信息采集控制器相连接的至少一个节点装置组成的通信网络中，用于与云处理终端进行通信连接，其特征在于，包括：协议存储单元，存储有多种通信协议；协议解析转换单元，基于存储的通信协议对收发信息进行协议解析和转换处理；中心节点单元，基于预定通信规则与每个节点装置以无线方式进行通信；无线通信单元，以无线方式与云处理终端相通信连接；以及网络管理单元，用于对节点装置进行网络管理，其中，预定通信规则包含：自动入网机制、MESH组网机制、时间同步机制以及跳频机制，网络管理包含为节点装置分配入网私有密钥和通信密钥。

在本发明提供的工业通信系统中，还可以具有这样的特征：无线通信单元包含：无线通信模块，以无线方式与云处理终端相通信连接；和无线通信接口，与无线通信模块相连接，用于连接天线装置。无线通信模块包含：GPRS模块、3G模块、4G模块以及WiFi模块，无线通信接口为SMA接口。

在本发明提供的工业通信系统中，还可以具有这样的特征：上述自动入网机制为：当存在待入网的节点装置时，该待入网节点装置首先对预定范围内的其它节点装置发出的信息进行侦听，在侦听到任意一个节点装置的信息后，待入网节点装置将入网请求信息发送至被侦听到的节点装置从而发送至工业网关，该工业网关对待入网节点装置进行入网信息配置，实现待入网节点装置自动入网。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的工业通信系统，因为至少一个节点装置与多个智能设备所对应的多个信息采集控制器相连接，并且所有的节点装置都是以无线方式与子网管理装置相通信连接，子网管理装置再通过有线方式与工业网关相通信连接，由工业网关与云处理终端进行通信连接，这样只需要一个工业网关就能够实现云处理终端与设置在现场的多个智能设备进行通信，不仅大大降低了成本，而且由于云处理终端只需与一个工业盒子进行通信就能够实现对现场的所有智能设备进行指令下发和信息获取，使得监控管理变得既简单又高效。

附图说明

图1是本发明的实施例一中工业通信系统的结构示意图；

图2是本发明的实施例一中子网管理装置的结构框图；

图3是本发明的实施例一中工业网关的结构框图；

图4是本发明的实施例一中情况信息上传过程的工作流程图；

图5是本发明的实施例一中监控指令信息下发过程的流程图；

图6是本发明的实施例二中工业通信系统的结构示意图；以及

图7是本发明的实施例二中子网管理装置的结构框图；

图8是本发明的实施例二中情况信息上传过程的工作流程图；

图9是本发明的实施例二中监控指令信息下发过程的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明涉及的工业通信系统作具体阐述。

<实施例一>

图1是本发明的实施例一中工业通信系统的结构示意图。

如图1所示，工业通信系统10用于实现云处理终端20与设置在工业现场的多个智能设备30进行通信。

云处理终端20通过第一通信网络I与用户端40进行通信，并通过第二通信网络II与工业通信系统10进行通信。云处理终端20一方面将接收到的所有运行情况信息提供给用户端40进行访问，从而让用户实时了解智能设备30的工作情况；另一方面，对用户通过用户端40发送来的与运行情况信息相对应的控制信息进行接收和下发。本实施例中，用户端40为PC机；第一通信网络I和第二通信网络II均可以为WIFI网络、2G通信网络、3G通信网络或以太网等通信网络。

如图1所示，在本实施例中，智能设备30一共有十个，它们被设置在工业现场，执行相应的生产任务。

相应的，信息采集控制器31也有十个，分别与十个智能设备30一一对应连接，能够采集智能设备30的运行情况信息，并根据接收到的监控指令信息来控制智能设备30进行相应的运转。这里，信息采集控制器31可以为PLC、CNC或者传感器等。

工业通信系统10包括十个四个节点装置11、一个子网管理装置12和一个工业网关13。

四个节点装置11与十个信息采集控制器31相连接，一方面用于接收信息采集控制器31采集到的运行情况信息，另一方面将接收到的监控指令信息发送给相应的信息采集控制器31。每个节点装置11都集成了符合WirelessHart协议标准的射频收发器和微处理器，开始工作后，四个节点装置11之间可自动组成蜂窝型网状网络结构(即、MESH自组网机制)。在本实施例中，节点装置11具有六个通信接口，因此一个节点装置11可以仅与一个信息采集控制器31相通信连接，也可以与两个以上的信息采集控制器31相通信连接。

这里，为了区别，将四个节点装置11分别记为节点装置11-1至12-4，将十个信息采集控制器31分别记为信息采集控制器31-1至31-10，并将十个智能设备30分别记为智能设备30-1至30-10。

如图1所示，节点装置11-1与信息采集控制器31-1相连接；节点装置11-2与信息采集控制器31-2和31-3相连接；节点装置11-3与信息采集控制器31-4至31-6相连接；节点装置11-4与信息采集控制器31-7至31-10相连接；信息采集控制器31-1至31-10依次与智能设备30-1至30-10相连。

子网管理装置12一方面以无线方式与四个节点装置11相通信连接，另一方面以有线方式与工业网关13相通信连接，当子网管理装置12接收到节点装置11发来的运行情况信息后，能够将运行情况信息发送至工业网关13中；另外，当接收到工业网关13发送来的监控指令信息后，能够将监控指令信息下发给相应的节点装置11。

图2是本发明的实施例一中子网管理装置的结构框图。

如图2所示，子网管理装置12包括网关主体单元13a、中心(AP)节点单元13b、有线通信单元13c、网络管理单元13d、信息存储单元13e、时钟电路单元13f、电源管理单元13g以及报警单元13h。

中心节点单元13b、有线通信单元13c、网络管理单元13d、信息存储单元13e、时钟电路单元13f、电源管理单元13g以及报警单元13h都与网关主体单元13a相连接，并在网关主体单元13a的驱动下进行工作。

中心节点单元13b集成在网关主体单元13a中，它自身还集成了符合WirelessHart协议标准的射频收发器和微处理器，与四个节点装置11基于预定通信规则进行无线通信，从而实现以无线通信方式接收节点装置11发送来的运行情况信息，或者以无线通信方式将监控指令信息发送至节点装置11。

有线通信单元13c集成在网关主体单元13a中，用于与工业网关13以有线方式进行通信连接，即、以有线方式将运行情况信息发送至工业网关13，或者，以有线方式接收工业网关13发送来的监控指令信息。

网络管理单元13d可以增加、删除以及修改节点装置11及其参数信息(包括网络ID、设备地址、频点等信息)；可以在节点装置11发送入网请求信息时分配入网私有密钥便于该节点装置11入网，并进一步为该节点装置11分配唯一的通信密钥，在通信过程中用于对数据包进行加密，从而确保通信安全；可以为所有的节点装置11分配多个信道便于该节点装置11与其它的节点装置进行跳频通信；还可以管理所有的节点装置11之间的通信路径，便于不相邻的两个节点装置11之间进行通信时路由最佳通信路径。

存储单元13e集成在网关主体单元13a中，对中心节点单元13b接收到的运行情况信息或工业网关13发送来的监控指令信息进行存储。

时钟电路单元13f集成在网关主体单元13a中，用于提供时间信息，便于中心节点单元13b与四个节点装置11之间进行时间同步，从而保证通信的安全可靠。

电源管理单元13g集成在网关主体单元13a中，与图中未显示的外部供电装置相连接，用于将外部供电装置提供的外部电压转换为子网管理装置12工作所需的额定工作电压，并提供给网关主体单元13a。

报警单元13h集成在网关主体单元13a中，用于在智能设备30发生故障时发出报警信息，从而让用户及时获知设备故障信息，及时采取解决措施。

当中心节点单元13b与其它四个节点装置11之间基于预定通信规则进行通信时，该中心节点单元13b可以看作一个节点装置11。这里的预定通信规则为：它包含自动入网机制、MESH组网机制、时间同步机制以及跳频机制。具体地，

自动入网机制为：

当节点装置11需要入网时，首先通过网络管理单元13d手动增加该节点装置11，并配置其参数信息(包括网络ID、设备地址、频点等信息)，然后基于该节点装置11的参数信息生成入网私有密钥和通信密钥。

进一步，待入网的节点装置11对预定范围内的其它节点装置11发出的广播信息进行侦听，当收到信息后，它就将其入网请求信息经由被侦听到的节点装置11发送至子网管理装置12，子网管理装置12收到该入网请求信息后，将入网私有密钥发送给该节点装置11，从而实现该新的节点装置11自动入网，最后再将通信密钥发送给该节点装置11。

MESH组网机制为：

每个节点装置11的通信部的网络层协议中预先设定了多个通信链路，使得该节点装置11能够直接与多个其它的节点装置11进行通信。

图1中的四个节点装置11开始工作后，就能够自动形成蜂窝型网格状网络(即MESH自组网机制)，具有路由冗余机制。这样，即使有一个或多个节点装置11发生故障，通过冗余机制，也能够实现将与该发生故障的节点装置11相连接的传感器采集到的运行数据信息发送至子网管理装置12中。

时间同步机制为：

一旦任意一个节点装置11与子网管理装置12之间进行通信时，不论是侦听到广播帧，还是收到命令帧回复，子网管理装置12则对该节点装置11的时钟信息(即、时间戳)进行同步，使得节点装置11的时钟信息与子网管理装置12的时钟信息保持一致，便于子网管理装置12中的网络管理单元13d对所有的节点装置11进行网络管理，使得所有的节点装置11按照既定的时序稳定地进行通信。

跳频机制为：

基于网络管理单元13d对节点装置11所进行入网信息配置中包含的预先分配多个信道供该节点装置11通信时使用，在后续的通信过程中，该节点装置11基于分配的多个信道逐个切换进行使用。

工业网关13以有线方式与子网管理装置12相通信连接，并且以无线方式与云处理终端20相通信连接，这样，当工业网关13接收到子网管理装置12发来的运行情况信息后，会对接收到的运行情况信息进行协议转换处理，然后将转换处理后的运行情况信息发送至云处理终端20中；另外，当工业网关13接收到云处理终端20发送来的监控指令信息后，同样会对接收到的监控指令信息进行协议转换处理，然后将转换处理后的监控指令信息发送至子网管理装置12中。

图3是本发明的实施例一中工业网关的结构框图。

如图3所示，工业网关13包括有线通信单元14a、无线通信单元14b、信息存储单元14c、协议存储单元14d、协议解析转换单元14e、电源管理单元14f以及控制这些单元运行的控制单元14g。

有线通信单元14a用于与子网管理装置12以有线方式进行通信连接，即、以有线通信方式接收子网管理装置12发送来的运行情况信息，或者，以有线方式将监控指令信息发送给子网管理装置12。

无线通信单元14b用于与云处理终端20以无线方式进行通信连接，即、以无线通信方式将运行情况信息发送给云处理终端20，或者，以无线通信方式接收云处理终端20发送来的监控指令信息。

信息存储单元14c对有线通信单元14a接收到的运行情况信息或子网管理装置12发送来的监控指令信息进行存储。

协议存储单元14d存储有上百种通信协议及其对应的解析规则。

协议解析转换单元14e基于存储的通信协议对收发信息进行协议解析和转换处理。即、协议解析转换单元14e用于对子网管理装置12发送来的运行情况信息进行解析和协议转换处理，或者对云处理终端20发送来的监控指令信息进行解析和协议转换处理。

电源管理单元14f与图中未显示的外部供电装置相连接，用于将外部供电装置提供的外部电压转换为子网管理装置12工作所需的额定工作电压，并提供给有线通信单元14a、无线通信单元14b、信息存储单元14c、协议存储单元14d、协议解析转换单元14e以及控制单元14g。

控制单元14g中存储有控制有线通信单元14a、无线通信单元14b、信息存储单元14c、协议存储单元14d、协议解析转换单元14e以及电源管理单元14f运行的控制程序。

下面，基于上述具体结构，对本实施例一中工业通信系统10的通信过程进行阐述。由上文可知，工业通信系统10的通信过程分为两种：第一种是智能设备30的运行情况信息上传给云处理终端20的通信过程，第二种是云处理终端20下发监控指令信息给智能设备30的通信过程。以下，将第一种通信过程称为情况信息上传过程，将第二种通信过程称为指令信息下发过程。

图4是本发明的实施例一中情况信息上传过程的工作流程图。

如图4所示，本实施例一中，工业通信系统10将智能设备30的运行情况信息上传给云处理终端20的工作流程如下所示：

步骤S1-1：

信息采集控制器31将采集到的智能设备30的运行情况信息发送给节点装置11，然后进入步骤S1-2；

步骤S1-2：

节点装置11接收信息采集控制器31发送来的运行情况信息，然后进入步骤S1-3；

步骤S1-3：

节点装置11将运行情况信息以无线通信方式转发给子网管理装置12，然后进入步骤S1-4；

步骤S1-4：

子网管理装置12接收节点装置11发送来的运行情况信息，然后进入步骤S1-5；

步骤S1-5：

子网管理装置12将接收到的运行情况信息以有线通信方式发送给工业网关13，然后进入步骤S1-6；

步骤S1-6：

有线通信单元14a接收子网管理装置12发送来的运行情况信息，然后进入步骤S1-7；

步骤S1-7：

协议解析转换单元14e基于存储的通信协议对接收到的运行情况信息进行解析和协议转换处理，然后进入步骤S1-8；

步骤S1-8：

无线通信单元14b以无线通信方式将处理后的运行情况信息发送给云处理终端20，然后进入结束状态。

至此，完成一次信息上传过程。

图5是本发明的实施例一中监控指令信息下发过程的流程图。

如图5所示，本实施例一中，工业通信系统10将云处理终端20发送来的监控指令信息下发给智能设备的工作流程如下所示：

步骤S2-1：

无线通信单元14b以无线通信方式接收云处理终端20发送来的监控指令信息，然后进入步骤S2-2；

步骤S2-2：

协议解析转换单元14e基于存储的通信协议对接收到的监控指令信息进行解析和协议转换处理，然后进入步骤S2-3；

步骤S2-3：

有线通信单元14a将处理后的监控指令信息以有线通信方式发送给子网管理装置12，然后进入步骤S2-4；

步骤S2-4：

子网管理装置12接收工业网关13发送来的监控指令信息，然后进入步骤S2-5；

步骤S2-5：

子网管理装置12将接收到的监控指令信息以无线通信方式发送给相应的一个或多个节点装置11，然后进入步骤S2-6；

步骤S2-6：

节点装置11将监控指令信息转发给信息采集控制器31，然后进入步骤S2-7；

步骤S2-7：

信息采集控制器31接收节点装置11发送来的监控指令信息，然后进入步骤8；

步骤S2-8：

信息采集控制器31根据接收到的监控指令信息控制智能设备30进行相应的运转，然后进入结束状态。

至此，完成一次监控指令信息下发过程。

实施例一的作用与效果

根据本实施例一所涉及的工业通信系统，因为十个智能设备所对应的十个信息采集控制器与四个节点装置相连接，并且所有的节点装置都是以无线方式与子网管理装置相通信连接，子网管理装置再通过有线方式与工业网关相通信连接，由工业网关与云处理终端进行通信连接，因而，仅设置一个工业网关就能够实现云处理终端设置与在现场的所有智能设备进行通信，大大降低了成本。并且，云处理终端只需通过一个工业盒子就能够对所有的智能设备下发监控指令，和获取所有智能设备的运行情况，监控管理过程既简单又高效，非常适用于工业领域。

<实施例二>

在本实施例二中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图6是本发明的实施例二中工业通信系统的结构示意图。

如图6所示，工业通信系统10’用于实现云处理终端20与设置在工业现场运行的十个智能设备30进行通信。

工业通信系统10’包括四个节点装置11和一个工业网关13’。

工业网关13’一方面以无线方式与四个节点装置11相通信连接，另一方面以有线方式与云处理终端20相通信连接，这样，当工业网关13’接收到节点装置11发来的运行情况信息后，会对接收到的运行情况信息进行解析和协议转换处理，然后将处理后的运行情况信息发送至云处理终端20中；另外，当工业网关13’接收到云处理终端20发送来的监控指令信息后，同样会对接收到的监控指令信息进行解析和协议转换处理，然后将处理后的监控指令信息下发给相应的节点装置11。

图7是本发明的实施例二中子网管理装置的结构框图。

如图7所示，工业网关13’包括中心(AP)节点单元13a’、网络管理单元13b’、无线通信单元13c’、信息存储单元13d’、时钟电路单元13e’、协议存储单元13f’、协议解析转换单元13g’、电源管理单元13h’、报警单元13i’以及控制这些单元运行的控制单元13j’。

中心节点单元13a’集成了符合WirelessHart协议标准的射频收发器和微处理器，与四个节点装置11基于预定通信规则进行无线通信，从而实现以无线通信方式接收节点装置11发送来的运行情况信息，或者以无线通信方式将监控指令信息发送至节点装置11。

网络管理单元13b’可以增加、删除以及修改节点装置11及其参数信息(包括网络ID、设备地址、频点等信息)；可以在节点装置11发送入网请求信息时分配入网私有密钥便于该节点装置11入网，并进一步为该节点装置11分配唯一的通信密钥，在通信过程中用于对数据包进行加密，从而确保通信安全；可以为所有的节点装置11分配多个信道便于该节点装置11与其它的节点装置进行跳频通信；还可以管理所有的节点装置11之间的通信路径，便于不相邻的两个节点装置11之间进行通信时路由最佳通信路径。

无线通信单元13c’用于与云处理终端20以无线方式进行通信连接，即、以无线通信方式将运行情况信息发送给云处理终端20，或者，以无线通信方式接收云处理终端20发送来的监控指令信息。

信息存储单元13d’对中心节点单元13a’接收到的运行情况信息或无线通信单元13c’接收到的监控指令信息进行存储。

时钟电路单元13e’用于提供时间信息，便于中心节点单元13a’与四个节点装置11之间进行时间同步，从而保证通信的安全可靠。

协议存储单元13f’存储有上百种通信协议及其对应的解析规则。

协议解析转换单元13g’基于存储的通信协议对收发信息进行协议解析和转换处理。即、协议解析转换单元13g’用于对节点装置11发送来的运行情况信息进行解析和协议转换处理，或者对云处理终端20发送来的监控指令信息进行解析和协议转换处理。

电源管理单元13h’与图中未显示的外部供电装置相连接，用于将外部供电装置提供的外部电压转换为工业网关13’工作所需的额定工作电压，并提供给中心节点单元13a’、网络管理单元13b’、中心(AP)节点单元13a’、网络管理单元13b’、无线通信单元13c’、信息存储单元13d’、时钟电路单元13e’、协议存储单元13f’、协议解析转换单元13g’、电源管理单元13h’、报警单元13i’以及控制单元13j’。

报警单元13i’用于在智能设备30发生故障时发出报警信息，从而让用户及时获知设备故障信息，从而采取解决措施。

控制单元13j’中存储有控制中心节点单元13a’、网络管理单元13b’、无线通信单元13c’、信息存储单元13d’、时钟电路单元13e’、协议存储单元13f’、协议解析转换单元13g’、电源管理单元13h’以及报警单元13i’这些单元运行的控制程序。

当中心节点单元13a’与其它四个节点装置11之间基于预定通信规则进行通信时，该中心节点单元13a’可以看作一个节点装置11。这里的预定通信规则为：它包含自动入网机制、MESH组网机制、时间同步机制以及跳频机制。具体地，

自动入网机制为：

当节点装置11需要入网时，首先通过网络管理单元13b’手动增加该节点装置11，并配置其参数信息(包括网络ID、设备地址、频点等信息)，然后基于该节点装置11的参数信息生成入网私有密钥和通信密钥。

进一步，待入网的节点装置11对预定范围内的其它节点装置11发出的广播信息进行侦听，当收到信息后，它就将其入网请求信息经由被侦听到的节点装置11发送至工业网关13’，工业网关13’收到该入网请求信息后，将入网私有密钥发送给该节点装置11，从而实现该新的节点装置11自动入网，最后再将通信密钥发送给该节点装置11。

MESH组网机制为：

每个节点装置11的通信部的网络层协议中预先设定了多个通信链路，使得该节点装置11能够直接与多个其它的节点装置11进行通信。

图6的四个节点装置11开始工作后，就能够自动形成蜂窝型网格状网络(即MESH自组网机制)，具有路由冗余机制。这样，即使有一个或多个节点装置11发生故障，通过冗余机制，也能够实现将与该发生故障的节点装置11相连接的传感器采集到的运行数据信息发送至工业网关13’中。

时间同步机制为：

一旦任意一个节点装置11与工业网关13’之间进行通信时，不论是侦听到广播帧，还是收到命令帧回复，工业网关13’则对该节点装置11的时钟信息(即、时间戳)进行同步，使得节点装置11的时钟信息与工业网关13’的时钟信息保持一致，便于工业网关13’中的网络管理单元13b’对所有的节点装置11进行网络管理，使得所有的节点装置11按照既定的时序稳定地进行通信。

跳频机制为：

基于网络管理单元13b’对节点装置11所进行入网信息配置中包含的预先分配多个信道供该节点装置11通信时使用，在后续的通信过程中，该节点装置11基于分配的多个信道逐个切换进行使用。

基于以上各机制组成的预定规则进行通信，使得工业网关13’与节点装置10之间的通信更加的安全、稳定、快速和可靠。

下面，基于上述具体结构，对本实施例二中工业通信系统10’的情况信息上传过程和指令信息下发过程这两种通信过程进行阐述。

图8是本发明的实施例二中情况信息上传过程的工作流程图。

如图8所示，本实施例二中，工业通信系统10’将智能设备30的运行情况信息上传给云处理终端20的工作流程如下所示：

步骤S1-1’：

信息采集控制器31将采集到的智能设备30的运行情况信息发送给节点装置11，然后进入步骤S1-2’；

步骤S1-2’：

节点装置11接收信息采集控制器31发送来的运行情况信息，然后进入步骤S1-3’；

步骤S1-3’：

节点装置11将运行情况信息以无线通信方式转发给工业网关13’，然后进入步骤S1-4’；

步骤S1-4’：

中心节点单元13a’接收节点装置11发送来的运行情况信息，然后进入步骤S1-5’；

步骤S1-5’：

协议解析转换单元13g’基于存储的通信协议对接收到的运行情况信息进行解析和协议转换处理，然后进入步骤S1-6’；

步骤S1-6’：

无线通信单元13c’以无线通信方式将处理后的运行情况信息发送给云处理终端20，然后进入结束状态。

至此，完成一次信息上传过程。

图9是本发明的实施例二中监控指令信息下发过程的流程图。

如图9所示，本实施例二中，工业通信系统10’将云处理终端20发送来的监控指令信息下发给智能设备的工作流程如下所示：

步骤S2-1’：

无线通信单元13c’以无线通信方式接收云处理终端20发送来的监控指令信息，然后进入步骤S2-2’；

步骤S2-2’：

协议解析转换单元13g’基于存储的通信协议对接收到的监控指令信息进行解析和协议转换处理，然后进入步骤S2-3’；

步骤S2-3’：

中心节点单元13a’将处理后的监控指令信息以有线通信方式发送给相应的一个或多个节点装置11，然后进入步骤S2-4’；

步骤S2-4’：

节点装置11将监控指令信息转发给信息采集控制器31，然后进入步骤S2-5’；

步骤S2-5’：

信息采集控制器31接收节点装置11发送来的监控指令信息，然后进入步骤S2-6’；

步骤S2-6’：

信息采集控制器31根据接收到的监控指令信息控制智能设备30进行相应的运转，然后进入结束状态。

至此，完成一次监控指令信息下发过程。

实施例二的作用与效果

根据本实施例二所涉及的工业通信系统和工业网关，与实施例一中一样，也仅设置一个工业网关就能够实现云处理终端设置与在现场的所有智能设备进行通信，因而具有与实施例一同样的作用与效果。

另外，由于在工业网关中，中心节点单元能够以无线通讯的方式与四个节点装置进行信息的交互，因此，工业网关能够直接与节点装置通讯，而无需像实施例一中一样再连接一个子网管理装置，因而与实施例一相比，实施例二中的工业通信系统的结构更为简单，成本更低，管理和维护也更加方便。

上述两个实施例仅为本发明的两种实施方式，并不用来限制本发明的保护范围。

在上述两种实施方式中，用户端为PC机，而在本发明的工业通信系统中，用户端还可以为移动通信装置，例如智能手机或平板电脑等。

另外，在上述两种实施方式中，现场的智能设备和信息采集控制器的数量都是十个，本发明工业通信系统不局限于十个智能设备和信息采集控制器与云处理终端进行通信的情况，可以适用于任意多个智能设备和信息采集控制器与云端进行通信的情况。并且，当智能设备和信息采集控制器数量越多，本发明的上述优势会越显著。

另外，在上述两种实施方式中，信息采集控制器都是被设置在智能设备外部，本发明中，信息采集控制器也可以是集成在智能设备内部，作为智能设备的一部分。

另外，在上述两种实施方式中，工业网关都是以有线方式与云处理终端相通信连接，本发明中，也工业网关也可以通过无线方式与云处理终端通信连接。

另外，在本发明工业通信系统中，节点装置的数量不限于上述实施例所举例的四个，可以根据实际应用的每个节点装置最多可以连接的信息采集控制器的数量，和需连接的信息采集控制器的数量来进行调整。

Claims (9)

1.一种工业通信系统，用于实现云处理终端与设置在现场的多个智能设备进行通信，其特征在于，包括：

至少一个节点装置，与所述多个智能设备所对应的多个信息采集控制器相连接；

子网管理装置，以无线方式与所有的所述节点装置相通信连接；以及

工业网关，以有线方式与所述子网管理装置相通信连接，并且以无线方式与所述云处理终端相通信连接。

2.根据权利要求1所述的工业通信系统，其特征在于：

其中，一个所述节点装置与一个所述信息采集控制器相连接。

3.根据权利要求1所述的工业通信系统，其特征在于：

其中，一个所述节点装置与至少两个所述信息采集控制器相连接。

4.根据权利要求1所述的工业通信系统，其特征在于：

其中，所述子网管理装置具有：

中心节点单元，基于预定通信规则与每个所述节点装置以无线方式进行通信；

有线通信单元，以有线方式与所述工业网关相通信连接；以及

网络管理单元，用于对所述节点装置进行网络管理，

所述预定通信规则包含：自动入网机制、MESH组网机制、时间同步机制以及跳频机制，

所述网络管理包含为所述节点装置分配入网私有密钥和通信密钥。

5.根据权利要求4所述的工业通信系统，其特征在于：

其中，所述有线通信单元包含：

有线通信模块，以有线方式与所述工业网关相通信连接；和

有线通信接口，与所述有线通信模块相连接。

6.根据权利要求5所述的工业通信系统，其特征在于：

其中，所述自动入网机制为：

当存在待入网的所述节点装置时，该待入网节点装置首先对预定范围内的其它所述节点装置发出的信息进行侦听，在侦听到任意一个所述节点装置的信息后，所述待入网节点装置将入网请求信息发送至被侦听到的所述节点装置从而发送至所述子网管理装置，该子网管理装置对所述待入网节点装置进行入网信息配置，实现所述待入网节点装置自动入网。

7.一种工业网关，设置在由与多个信息采集控制器相连接的至少一个节点装置组成的通信网络中，用于与云处理终端进行通信连接，其特征在于，包括：

协议存储单元，存储有多种通信协议及相对应的解析规则；

协议解析转换单元，基于存储的所述通信协议对收发信息进行协议解析和转换处理；

中心节点单元，基于预定通信规则与每个所述节点装置以无线方式进行通信；

无线通信单元，以无线方式与所述云处理终端相通信连接；以及

网络管理单元，用于对所述节点装置进行网络管理，

其中，所述预定通信规则包含：自动入网机制、MESH组网机制、时间同步机制以及跳频机制，

所述网络管理包含为所述节点装置分配入网私有密钥和通信密钥。

8.根据权利要求7所述的工业网关，其特征在于：

其中，所述无线通信单元包含：

无线通信模块，以无线方式与所述云处理终端相通信连接；和

无线通信接口，与所述无线通信模块相连接，用于连接天线装置，

所述无线通信模块包含：GPRS模块、3G模块、4G模块以及WiFi模块，

所述无线通信接口为SMA接口。

9.根据权利要求8所述的工业网关，其特征在于：

其中，所述自动入网机制为：

当存在待入网的所述节点装置时，该待入网节点装置首先对预定范围内的其它所述节点装置发出的信息进行侦听，在侦听到任意一个所述节点装置的信息后，所述待入网节点装置将入网请求信息发送至被侦听到的所述节点装置从而发送至所述工业网关，该工业网关对所述待入网节点装置进行入网信息配置，实现所述待入网节点装置自动入网。