CN106855709A - 一种工业管理控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工业管理控制系统及方法，包括：工业底层；对生产数据进行私密性筛选的一级网关；用于远距离信号传输的公网；实现数据共享的工业互联网平台；以及，反馈控制信息的分布式控制模块。一级网关对生产数据进行私密性筛选，并传输到公网；公网接收设备控制管理信息，并将生产数据远程发送；工业互联网平台或分布式控制模块发送反馈信息；反馈信息通过一级网关发送到工业底层；工业底层根据反馈信息执行操作。本发明远程高效的收集工业底层的现场数据，及时对异常数据做出反应，减少了现场诊断的风险；本发明基于工业互联网实现数据传输，拥有数据流分离、本安安全、多接口兼容且传输距离远、信息强、功耗低、上传速率高等优点。

Description

一种工业管理控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工业生产管理领域，特别是涉及一种工业管理控制系统及方法。

背景技术

在工业生产中，相较于其他工种环境，工业底层是最复杂最危险的环境之一，为了确保工业生产的顺利进行，工作人员需要亲临工业生产的一线，及时收集工业现场数据，以提前预防工业生产事故的发生，尽可能的减少事故的发生，减少损失；同时在发生工业生产事故后工作人员需要进行地毯式的人工到场检验维护排除，以及时排除故障恢复生产，避免影响产量。

随着社会的高速发展，工业化的水平越来越高，工业互联网的概念应运而生。工业互联网是全球工业系统与高级计算、分析、感应技术以及互联网连接融合的结果。它通过智能机器间的连接并最终将人机连接，结合软件和大数据分析，重构全球工业、激发生产力，让世界更美好、更快速、更安全、更清洁且更经济。工业互联网将整合两大革命性转变之优势：其一是工业革命，伴随着工业革命，出现了无数台机器、设备、机组和工作站；其二则是更为强大的网络革命，在其影响之下，计算、信息与通讯系统应运而生并不断发展。工业技术平台所提供全面的方法对计算机、数据、分析和人员进行整合，以帮助客户更好地管理业务成果，这对于发展工业互联网也将是至关重要的机会。目前主流新兴的物联网只是提供了便利的终端检测或者控制，但服务功能缺失，难以扩展，就如智能家居中，虽然用户可以通过物联网系统远程控制家中的照明和电器功能，但如果家中灯泡损坏了，却无法反馈给用户所知，如果应用于工业上面更是无法实现终端控制的智能化。工业互联网的兴起为工业设备制造商创造了丰富的新机遇。目前由西门子领头的MODBUS、PROBUS、FF通讯协议占据了国内主导地位。

因此，如何通过工业互联网实现工业生产的远程控制管理已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种工业管理控制系统及方法，用于解决现有技术中工作人员在工业底层收集现场数据，到场检验维护排除等带来的安全隐患。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种工业管理控制系统，所述工业管理控制系统至少包括：

工业底层、一级网关、公网、工业互联网平台、分布式控制模块；

所述一级网关连接于所述工业底层及所述公网之间，用于对所述工业底层的生产数据进行私密性筛选，将可公开的生产数据发送到所述公网，并将从所述公网获取的反馈信息发送到所述工业底层；

所述公网与所述一级网关、所述工业互联网平台及所述分布式控制模块相连，用于所述一级网关与所述工业互联网平台或所述分布式控制模块之间的数据传输；

所述工业互联网平台与所述公网相连，用于接收所述生产数据，并对所述生产数据实现数据共享；

所述分布式控制模块与所述公网相连，用于从所述公网获取生产数据并向所述公网发送反馈信息，通过所述反馈信息来控制所述工业底。

优选地，还包括配置验证模块，与所述公网连接，对所述公网进行配置，以实现所述公网与所述工业互联网平台及所述分布式控制模块的通讯连接。

优选地，所述公网的通讯类型包括：有线或无线。

更优选地，以无线形式通讯时，所述公网通过LTE蜂窝接口与所述工业互联网平台及所述分布式控制模块通讯。

优选地，所述一级网关包括接线单元、核心数据处理单元、散热单元以及显示单元。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种工业管理控制方法，所述工业管理控制方法至少包括：

工业底层的数据传输到一级网关，所述一级网关对数据进行私密性筛选，将可公开的数据重组为设备控制管理信息并传输到公网；

所述公网接收所述设备控制管理信息，配置所述公网的类型，并根据所述公网的类型将所述公网与工业互联网平台、分布式控制模块连接，连接成功后信息从所述公网传输到所述工业互联网平台或所述分布式控制模块；

所述工业互联网平台或所述分布式控制模块将反馈信息发送到所述公网；

所述公网将所述反馈信息通过所述一级网关发送到所述工业底层；

所述工业底层根据所述反馈信息执行操作。

优选地，所述工业底层的数据主动上传到所述一级网关或被动地被所述一级网关提取。

优选地，所述公网的通讯类型包括：有线或无线。

优选地，所述公网与所述工业互联网平台连接的具体步骤包括：

在所述公网中写入所述工业互联网平台的互联网协议地址；

配置验证模块通过本地端口侦听所述工业互联网平台与所述公网通讯的端口，并通过所述本地端口将侦听到的信息输出到所述配置验证模块；

在所述公网中写入所述工业互联网平台的验证信息；

所述配置验证模块对所述验证信息进行检验，若所述工业互联网平台发送的验证信息和所述公网中填写的验证信息匹配，则加载库文件传送数据；否则无法传送数据。

优选地，所述设备控制管理信息包括终端地址、数据帧类型、功能码、命令类型、帧长度、变量信息及验证码。

更优选地，所述公网向所述工业互联网平台或所述分布式控制模块传送数据的具体步骤包括：

当所述设备控制管理信息的终端地址指向所述分布式控制模块时，所述公网将数据信息发送到所述分布式控制模块；

当所述设备控制管理信息的终端地址指向所述工业互联网平台时，所述公网将数据信息发送到所述工业互联网平台。

如上所述，本发明的工业管理控制系统及方法，具有以下有益效果：

本发明的工业管理控制系统及方法可以远程高效的收集工业底层的现场数据，及时对出现的异常数据做出反应，进而将损失抑制在事故发生的萌芽中，减少了地毯式的人工到场检验维护排除，减少了现场诊断的风险；同时，本发明的工业管理控制系统及方法基于工业互联网实现数据传输，拥有数据流分离、本安安全、多接口兼容且传输距离远、信号强、功耗低、上传速率优于现有国内传输标准。

附图说明

图1显示为本发明的工业管理控制系统的结构示意图。

图2显示为本发明的一级网关的结构示意图。

图3显示为本发明的工业管理控制方法的流程示意图。

图4显示为本发明的公网与工业互联网平台连接的流程示意图。

元件标号说明

11 工业底层

12 一级网关

121 接线单元

122 核心数据处理单元

123 显示单元

124 散热单元

13 公网

14 配置验证模块

15 工业互联网平台

16 分布式控制模块

S1～S5 步骤

S21～S24 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1～图2所示，本发明提供一种工业管理控制系统，所述工业管理控制系统至少包括：

工业底层11、一级网关12、公网13、配置验证模块14、工业互联网平台15、分布式控制模块16。

如图1所示，所述工业底层11与所述一级网关12相连，用于工业生产。

具体地，在本实施例中，所诉工业底层11包括但不限于工业仪表和工业生产设备。

如图1所示，所述一级网关12连接于所述工业底层11及所述公网13之间，用于将所述工业底层11的可公开的生产数据发送到所述公网13，并将从所述公网13获取的反馈信息发送到所述工业底层11。

具体地，如图2所示，所述一级网关12包括：接线单元121、核心数据处理单元122、显示单元123以及散热单元124。所述接线单元121用于接收和传输数据，在本实施例中，所述接线单元121为有线接口，通过数据线与所述工业底层11连接，并通过数据线与所述公网13连接。所述核心数据处理单元122根据私有通讯协议筛选信息，将需要保密的信息拦截，将可公开的信息通过所述接线单元121发送到所述公网13，所述私有通讯协议可由工业生产厂商自行定义，灵活地设置筛选条件。所述显示单元123包括电源显示灯和数据传输显示灯，当所述一级网关12接通电源时所述电源显示灯点亮，当数据进行传输时所述数据传输显示灯点亮，直观反映所述一级网关12的工作状态。所述散热单元124将所述一级网关12内各器件工作时产生的热量排出，以确保各器件的正常工作。

所述工业底层11与所述一级网关12之间的数据可以是由所述工业底层11主动上传到所述一级网关12，或被动地被所述一级网关12提取。

如图1所示，所述公网13与所述一级网关12、所述工业互联网平台15及所述分布式控制模块16相连，用于所述一级网关12与所述工业互联网平台15或所述分布式控制模块16之间的数据传输。

具体地，在本实施例中，所述公网13采用华为AR系列的网关。所述公网13的通讯类型包括有线通讯和无线通讯，其中无线通讯包括但不限于3G网络通讯、4G网络通讯以及局域网无线通讯。在无线公网环境中，所述公网13与所述工业互联网平台15及所述分布式控制模块16通过LTE蜂窝接口进行数据通讯，所述LTE蜂窝接口相较于以往的通讯技术提高了频谱效率和数据传输速率，相对于20MHz频谱带宽中上行峰值速率可达50Mbps，下行峰值速率可达100Mbps，同时可以支持频在谱1.25MHz～20MHz间的多种系统带宽，让系统部署更为灵活多变。在QoS(Quality of Service，服务质量)方面有了更安全合理的保障，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务质量；相较于以往的无线通讯接口，所述LTE蜂窝接口降低了无线网络的时延。

如图1所示，所述配置验证模块14与所述公网13连接，对所述公网13进行配置，以实现所述公网13与所述工业互联网平台15及所述分布式控制模块16的通讯连接。

具体地，在本实施例中，所述配置验证模块14通过PC机实现。

如图1所示，所述工业互联网平台15与所述公网13相连，用于接收所述生产数据，并对所述生产数据实现数据共享。

具体地，所述工业互联网平台15与所述公网13连接，包括有线连接和无线连接，其中无线连接包括但不限于3G网络连接、4G网络连接以及局域网无线连接。所述工业互联网平台15从所述公网13获取所述生产数据，并将所述生产数据分享到与所述工业互联网平台15互连的其他工业管理控制系统，实现更大范围的远程控制管理。

如图1所示，所述分布式控制模块16与所述公网13相连，用于从所述公网13获取生产数据并向所述公网13发送反馈信息。

具体地，所述分布式控制模块16(Distributed Control System，DCS)是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。所述分布式控制模块16获取所述生产数据，并对此进行数据处理，根据处理结果产生反馈信息并通过所述公网13和所述一级网关12反馈到所述工业底层11，以进一步控制所述工业底层11，进而实现远程控制。

如图3～图4所示，本发明还提供一种工业管理控制方法，所述工业管理控制方法可基于所述工业管理控制系统实现，至少包括：

步骤S1：工业底层11的数据传输到一级网关12，所述一级网关12对数据进行私密性筛选，将可公开的数据重组为设备控制管理信息并传输到公网13。

具体地，在本实施例中，所述工业底层11为工业仪表。在整个功能模块中，工业仪表都为裸表运行，生产数据包括但不限于仪表数据或者环境变量，所述仪表数据或者所述环境变量被相应的一级网关12采集。所述仪表数据或所述环境变量主动上传到所述一级网关12或被动地被所述一级网关12提取。所述一级网关12根据私有通讯协议对数据进行私密性筛选，将需要保密的数据拦截，将可公开的数据重组为设备控制管理信息并发送到所述公网13，所述私有通讯协议可由工业生产厂商自行定义，灵活地设置筛选条件。在本实施例中，所述设备控制管理信息包括但不限于：终端地址、数据帧类型、功能码、命令类型、帧长度、变量信息及验证码。具体地，单参数信息帧包括：终端地址、数据帧类型、功能码、命令类型、帧长度、主变量及状态信息、以及验证码；多参数信息帧包括：终端地址、数据帧类型、功能码、命令类型、帧长度、浮点变量数量、主变量、第1变量、第2变量……第N变量、开关变量数量、主变量、第1变量、第2变量……第N变量、验证码。

步骤S2：所述公网13接收所述设备控制管理信息，配置所述公网13的类型，并根据所述公网13的类型将所述公网13与工业互联网平台15、分布式控制模块16连接，连接成功后信息从所述公网13传输到所述工业互联网平台15或所述分布式控制模块16。

具体地，所述公网13接收所述设备控制管理信息，并存储在所述公网13中。配置验证模块14根据配置联调设置所述公网13的类型为有线或无线网络，其中，所述无线网络包括但不限于3G网络、4G网络以及无线局域网。然后将所述公网13与工业互联网平台15及分布式控制模块16连接实现通讯。在本实施例中，所述公网13传输的信号的电流不大于3.5mA，满足本安原则。

更具体地，如图4所示，所述公网13与所述工业互联网平台15连接包括以下步骤：

步骤S21：藉由所述配置验证模块14在所述公网13中写入所述工业互联网平台15的互联网协议地址。

在本实施例中，所述配置验证模块14为PC机，通过所述PC机在所述公网13中的HAIP文件中填写所述工业互联网平台15的Bootstrape网元互联网协议地址。

步骤S22：所述配置验证模块14通过本地端口侦听所述工业互联网平台15与所述公网13通讯的端口，并通过所述本地端口将侦听到的信息输出到所述配置验证模块14。

步骤S23：在所述公网13中写入所述工业互联网平台15的验证信息。

在本实施例中，藉由所述配置验证模块14在所述公网13中的verifycode文件中填写从手机侧获取的验证信息，所述验证信息用于绑定所述工业互联网平台15及所述公网13，3分钟有效，仅能使用一次。步骤S23建议在一切就绪后执行。

步骤S24：所述配置验证模块14对所述验证信息进行检验，若所述工业互联网平台15发送的验证信息和所述公网13中填写的验证信息匹配，则加载库文件传送数据；否则无法传送数据。

更具体地，所述公网13向所述工业互联网平台15或所述分布式控制模块16传送数据包括以下步骤：

当所述设备控制管理信息的终端地址指向所述分布式控制模块16时，所述公网13将数据信息发送到所述分布式控制模块16。在本实施例中，所述分布式控制模块16的终端地址标号为01，其位于所述设备控制管理信息的头部，供所述公网13识别发送终端。

当所述设备控制管理信息的终端地址指向所述工业互联网平台15时，所述公网13将数据信息发送到所述工业互联网平台15。在本实施例中，所述工业互联网平台15的终端地址标号为02。

步骤S3：所述工业互联网平台15或所述分布式控制模块16将反馈信息发送到所述公网13。

具体地，当所述工业互联网平台15接收到所述生产数据后，向所述公网13发送反馈信息，包括信息来源地址，数据帧类型、功能码、命令类型、帧长度、变量信息及验证码。在本实施例中，所述工业互联网平台15的信息来源地址标号为02。当所述分布式控制模块16接收到所述生产数据后，向所述公网13发送反馈信息，包括信息来源地址，数据帧类型、功能码、命令类型、帧长度、变量信息及验证码。在本实施例中，所述分布式控制模块16的信息来源地址标号为01。

步骤S4：所述公网13将所述反馈信息通过所述一级网关12发送到所述工业底层11。

步骤S5：所述工业底层11根据所述反馈信息执行操作。

具体地，所述工业底层11的生产设备在所述反馈信息的控制下调整操作参数，保证安全、高效生产。

如上所述，本发明的工业管理控制系统及方法，具有以下有益效果：

本发明的工业管理控制系统及方法可以远程高效的收集工业底层的现场数据，及时对出现的异常数据做出反应，进而将损失抑制在事故发生的萌芽中，减少了地毯式的人工到场检验维护排除，同时减少了现场诊断的风险；同时，本发明的工业管理控制系统及方法基于工业互联网实现数据传输，拥有数据流分离、本安安全、多接口兼容且传输距离远、信息强、功耗低、上传速率优于现有国内传输标准。

综上所述，本发明提供一种工业管理控制系统及方法，包括：工业底层；对工业底层的生产数据进行私密性筛选，并发送到公网的一级网关；用于一级网关与工业互联网平台或分布式控制模块之间的数据传输的公网；对生产数据实现数据共享的工业互联网平台；从公网获取生产数据并通过反馈信息来控制工业底层的分布式控制模块。工业底层的数据传输到一级网关，一级网关对数据进行私密性筛选，将可公开的数据重组为设备控制管理信息并传输到公网；公网接收设备控制管理信息，配置公网的类型，并根据公网的类型将公网与工业互联网平台、分布式控制模块连接，连接成功后信息从公网传输到工业互联网平台或分布式控制模块；工业互联网平台或分布式控制模块将反馈信息发送到公网；公网将反馈信息通过一级网关发送到工业底层；工业底层根据反馈信息执行操作。本发明的工业管理控制系统及方法可以远程高效的收集工业底层的现场数据，及时对出现的异常数据做出反应，进而将损失抑制在事故发生的萌芽中，减少了地毯式的人工到场检验维护排除，减少了现场诊断的风险；同时，本发明的工业管理控制系统及方法基于工业互联网实现数据传输，拥有数据流分离、本安安全、多接口兼容且传输距离远、信息强、功耗低、上传速率优于现有国内传输标准。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种工业管理控制系统，其特征在于，所述工业管理控制系统至少包括：

工业底层、一级网关、公网、工业互联网平台、分布式控制模块；

所述一级网关连接于所述工业底层及所述公网之间，用于对所述工业底层的生产数据进行私密性筛选，将可公开的生产数据发送到所述公网，并将从所述公网获取的反馈信息发送到所述工业底层；

所述公网与所述一级网关、所述工业互联网平台及所述分布式控制模块相连，用于所述一级网关与所述工业互联网平台或所述分布式控制模块之间的数据传输；

所述工业互联网平台与所述公网相连，用于接收所述生产数据，并对所述生产数据实现数据共享；

所述分布式控制模块与所述公网相连，用于从所述公网获取生产数据并向所述公网发送反馈信息，通过所述反馈信息来控制所述工业底层。

2.根据权利要求1所述的工业管理控制系统，其特征在于：还包括配置验证模块，与所述公网连接，对所述公网进行配置，以实现所述公网与所述工业互联网平台及所述分布式控制模块的通讯连接。

3.根据权利要求1所述的工业管理控制系统，其特征在于：所述公网的通讯类型包括：有线或无线。

4.根据权利要求3所述的工业管理控制系统，其特征在于：以无线形式通讯时，所述公网通过LTE蜂窝接口与所述工业互联网平台及所述分布式控制模块通讯。

5.根据权利要求1所述的工业管理控制系统，其特征在于：所述一级网关包括接线单元、核心数据处理单元、散热单元以及显示单元。

6.一种工业管理控制方法，其特征在于，所述工业管理控制方法至少包括：

工业底层的数据传输到一级网关，所述一级网关对数据进行私密性筛选，将可公开的数据重组为设备控制管理信息并传输到公网；

所述公网接收所述设备控制管理信息，配置所述公网的类型，并根据所述公网的类型将所述公网与工业互联网平台、分布式控制模块连接，连接成功后信息从所述公网传输到所述工业互联网平台或所述分布式控制模块；

所述工业互联网平台或所述分布式控制模块将反馈信息发送到所述公网；

所述公网将所述反馈信息通过所述一级网关发送到所述工业底层；

所述工业底层根据所述反馈信息执行操作。

7.根据权利要求6所述的工业管理控制方法，其特征在于：所述工业底层的数据主动上传到所述一级网关或被动地被所述一级网关提取。

8.根据权利要求6所述的工业管理控制方法，其特征在于：所述公网的通讯类型包括：有线或无线。

9.根据权利要求6所述的工业管理控制方法，其特征在于：所述公网与所述工业互联网平台连接的具体步骤包括：

在所述公网中写入所述工业互联网平台的互联网协议地址；

配置验证模块通过本地端口侦听所述工业互联网平台与所述公网通讯的端口，并通过所述本地端口将侦听到的信息输出到所述配置验证模块；

在所述公网中写入所述工业互联网平台的验证信息；

所述配置验证模块对所述验证信息进行检验，若所述工业互联网平台发送的验证信息和所述公网中填写的验证信息匹配，则加载库文件传送数据；否则无法传送数据。

10.根据权利要求6所述的工业管理控制方法，其特征在于：所述设备控制管理信息包括终端地址、数据帧类型、功能码、命令类型、帧长度、变量信息及验证码。

11.根据权利要求10所述的工业管理控制方法，其特征在于：所述公网向所述工业互联网平台或所述分布式控制模块传送数据的具体步骤包括：

当所述设备控制管理信息的终端地址指向所述分布式控制模块时，所述公网将数据信息发送到所述分布式控制模块；

当所述设备控制管理信息的终端地址指向所述工业互联网平台时，所述公网将数据信息发送到所述工业互联网平台。