CN107483372A - 基于工业物联网的数据传输方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于工业物联网的数据传输方法和系统，其中，方法包括：通过轮询机制采集现场设备的设备数据并生成对应的地址信息，再根据地址信息对设备数据进行转换封装处理，得到对应的参数数据；根据预设通讯策略将参数数据进行传输；对接收到的参数数据进行解封并分类，根据统一通讯协议对每个分类结果进行转换整合处理，得到对应的统一数据，将统一数据与现场设备进行数据交互。本发明改变现有直接采用轮询不容错的通讯机制进行交互的模式，通过对轮询机制采集的设备数据进行转换封装处理实现点对点传输，不仅实现了大规模数据采集，扩大组网范围；而且达到节省传输流量、提高传输效率以及通讯速率快的目的。

Description

基于工业物联网的数据传输方法和系统

技术领域

本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种基于工业物联网的数据传输方法和系统。

背景技术

物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用，具有渗透性强、带动作用大、综合效益好的特点。随着物联网技术的发展，物联网在工业领域的应用也日益广泛，它极大地改变着制造、能源、交通运输、城市、医疗以及其它工业行业。工业物联网可以实现对工业生产制造全流程的感知与控制，已经成为企业降低人工成本，减少生产消耗，保证设备可靠性，提高产品质量，以及增强核心竞争力的主要手段。然而随着现场设备的增多，数据采集设备所采集的数据量也越来越大。

目前，工业无线通信技术是直接将工业设备的通讯协议通过tcp封包后直接通过GPRS或者3G采用轮询不容错的通讯机制进行透明远程传输。这种传输方式存在的不足是，受限工业于通讯协议，导致了无线数据采集的效率和数量大大受限，效率低、通讯速率慢、规模小。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于工业物联网的数据传输方法和系统，改变现有直接采用轮询不容错的通讯机制进行交互的模式，通过对轮询机制采集的设备数据进行转换封装处理实现点对点传输，不仅实现了大规模数据采集，扩大组网范围；而且达到节省传输流量、提高传输效率以及通讯速率快的目的。

本发明提供了一种基于工业物联网的数据传输方法，包括以下步骤：

通过轮询机制采集现场设备的设备数据并生成对应的地址信息，再根据所述地址信息对所述设备数据进行转换封装处理，得到对应的参数数据；

根据预设通讯策略将所述参数数据进行传输；

对接收到的所述参数数据进行解封并分类，根据统一通讯协议对每个分类结果进行转换整合处理，得到对应的统一数据，将所述统一数据与现场设备进行数据交互。

作为一种可实施方式，所述通过轮询机制采集现场设备的设备数据并生成对应的地址信息包括以下步骤：

将获取的程序运行时间确定为扫描周期，根据所述扫描周期和预设的校验方法进行轮询采集设备数据；同时在采集到现场设备的所述设备数据时，根据所述设备数据生成对应的地址信息。

作为一种可实施方式，所述再根据所述地址信息对所述设备数据进行转换封装处理包括以下步骤：

对所述设备数据进行转换处理，得到对应的参数信息；将所述参数信息按照预设的数据格式进行封装，得到对应的参数数据。

作为一种可实施方式，所述根据预设通讯策略将所述设备参数数据传输至服务器包括以下步骤：

对获取的网络信号按照获取的时间顺序建立通讯连接，得到通讯链路；所述通讯链路至少包括第一通讯链路和第二通讯链路；

对所述第一通讯链路进行通讯检测，若第一通讯链路的通讯正常，则将所述参数数据通过第一通讯链路进行传输；若第一通讯链路通讯不正常，则切换通讯链路对所述第二通讯链路进行检测并报警；

若第二通讯链路的通讯正常，则将所述参数数据通过第二通讯链路进行传输；若第二通讯链路通讯不正常，则继续切换通讯链路进行检测并报警。

作为一种可实施方式，本发明提供的基于工业物联网的数据传输方法还包括以下步骤：

在得到对应的统一数据之后，对所述统一数据进行统计存储，并建立现场设备的数据库。

相应的，本发明还提供一种基于工业物联网的数据传输系统，包括采集转换模块、数据传输模块以及整合交互模块；

所述采集转换模块，用于通过轮询机制采集现场设备的设备数据并生成对应的地址信息，再根据所述地址信息对所述设备数据进行转换封装处理，得到对应的参数数据；

所述数据传输模块，用于根据预设通讯策略将所述参数数据进行传输；

所述整合交互模块，用于对接收到的所述参数数据进行解封并分类，根据统一通讯协议对每个分类结果进行转换整合处理，得到对应的统一数据，将所述统一数据与现场设备进行数据交互。

作为一种可实施方式，所述采集转换模块包括轮询采集单元；

所述轮询采集单元，用于将获取的程序运行时间确定为扫描周期，根据所述扫描周期和预设的校验方法进行轮询采集设备数据；同时在采集到现场设备的所述设备数据时，根据所述设备数据生成对应的地址信息。

作为一种可实施方式，所述采集转换模块包括转换封装单元；

所述转换封装单元，用于对所述设备数据进行转换处理，得到对应的参数信息；将所述参数信息按照预设的数据格式进行封装，得到对应的参数数据。

作为一种可实施方式，所述数据传输模块包括建立通讯单元、第一判断单元以及第二判断单元；

所述建立通讯单元，用于对获取的网络信号按照获取的时间顺序建立通讯连接，得到通讯链路；所述通讯链路至少包括第一通讯链路和第二通讯链路；

所述第一判断单元，用于对所述第一通讯链路进行通讯检测，若第一通讯链路的通讯正常，则将所述参数数据通过第一通讯链路进行传输；若第一通讯链路通讯不正常，则切换通讯链路对所述第二通讯链路进行检测并报警；

所述第二判断单元，用于若第二通讯链路的通讯正常，则将所述参数数据通过第二通讯链路进行传输；若第二通讯链路通讯不正常，则继续切换通讯链路进行检测并报警。

作为一种可实施方式，本发明提供的基于工业物联网的数据传输系统还包括统计存储模块；

所述统计存储模块，用于在得到对应的统一数据之后，对所述统一数据进行统计存储，并建立现场设备的数据库。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

本发明提供的基于工业物联网的数据传输方法和系统，其中方法：对通过轮询机制采集现场设备的设备数据进行转换封装处理，得到对应的参数数据；根据预设通讯策略将参数数据进行传输；再对参数数据进行解封并分类，根据统一通讯协议对每个分类结果进行转换整合处理，得到对应的统一数据，将所述统一数据与现场设备进行数据交互。本发明改变现有直接采用轮询不容错的通讯机制进行交互的模式，通过对轮询机制采集的设备数据进行转换封装处理实现点对点传输，不仅实现了大规模数据采集，扩大组网范围；而且达到节省传输流量、提高传输效率以及通讯速率快的目的。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的基于工业物联网的数据传输方法的流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的基于工业物联网的数据传输系统的结构示意图。

图中：100、采集转换模块；110、轮询采集单元；120、转换封装单元；200、数据传输模块；210、建立通讯单元；220、第一判断单元；230、第二判断单元；300、整合交互模块；400、统计存储模块。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

请参阅图1，本发明实施例一提供的基于工业物联网的数据传输方法，包括以下步骤：

S100、通过轮询机制采集现场设备的设备数据并生成对应的地址信息，再根据地址信息对设备数据进行转换封装处理，得到对应的参数数据；

S200、根据预设通讯策略将参数数据进行传输；

S300、对接收到的参数数据进行解封并分类，根据统一通讯协议对每个分类结果进行转换整合处理，得到对应的统一数据，将统一数据与现场设备进行数据交互。

需要说明的是，传统的透明传输方式是依靠数据网关和现场设备建立一条透明传输的链路，采用相同的通讯协议对多个现场设备进行轮询通讯，这样的通讯方式受制于工业通讯协议的限制无法进行大规模的组网(例如modbus通讯协议只支持128个通讯节点)。而本发明通过对轮询机制采集的设备数据进行转换封装处理后，得到对应的参数数据；通过将参数数据进行传输突破现有的通讯方式，达到大规模的组网的需求。设备数据包括不限于协议信息、电信号信息、通讯规约信息、时间信息以及原始地址信息；而生成对应的地址信息可以是直接根据设备数据生成；比如每获取每一台现场设备的设备数据时，提取出设备数据中的原始地址信息。也可以是在采集到每一台现场设备的设备数据时，将事先存储于数据库中的地址信息提取出来为设备数据进行配对绑定；每一个地址信息都单独对应一个设备数据。

参数数据就是带有特定地址信息的数据包，参数数据的格式与设备数据的原有数据格式一致，参数数据的参数是设备数据中的通讯节点、字节数量、波特率等等的通讯规约信息均被转换，其具体的步骤包括：对设备数据进行转换处理，得到对应的参数信息；将参数信息按照预设的数据格式进行封装，得到对应的参数数据。也就是将原有的设备数据，在保留485总线的通讯协议的格式的情况下按照预设的数据格式进行了二次封装，使得在进行数据传输时的数据量、传输速率和数据的完整性都有一个大幅度提高。预设的数据结构也可以是现场设备的原有的设备数据格式。

如果在对参数数据进行封装的前可以进行加密处理，在对参数数据进行解封并分类前相应的需要进行解密的过程；比如通过公钥对参数数据进行加密处理，再通过私钥对参数数据解密处理；提高数据传输安全性。统一通讯协议可以是HART(HighwayAddressable Remote Transducer)通讯协议、TCP/IP通讯协议或者基金会现场总线(FF)通讯协议的一种。本发明优选的统一通讯协议是基金会现场总线通讯协议。通过基金会现场总线通讯协议将底层的串口电路的modbus-rtu、modbus-tcp以及fi zigbee等通讯协议以及电信号的信息进行转换整合之后得到统一数据；使得数据统一提供全球自动化基金会标准的通讯协议接口给用户层面，将用户的编程工作降为零。

而将统一数据与现场设备进行数据交互的形式，可以通过直接或间接的方式进行数据交互。直接数据交互的方式为：通过服务器直接与现场设备建立连接，将统一数据传输至现场设备控制其运行。间接数据交互的方式为：服务器先将统一数据传输至工业控制器中，控制器对接到统一数据进行解码，再通过解码后的数据传输至现场设备控制其运行。比如：对解码后的得到的数据(包括高\低电平信号)通过工业控制器的ARM芯片转化为工程实数；经过工业控制器的ARM芯片中自定义运算逻辑的实时运算，判断工程实数。将运算结果通过模拟电路输出给数字量输出信号(高\低电平信号)，以驱动现场设备；若经逻辑判断，需要输出高电平，则相应通道的数字量输出为高；若经逻辑判断，需要输出低电平，则相应通道的数字量输出为低。于其他实施例中，在对每个分类结果进行转换整合处理时，可以加入其他现场设备运行的指令信息。

本发明提供的基于工业物联网的数据传输方法，对通过轮询机制采集现场设备的设备数据进行转换封装处理，得到对应的参数数据；根据预设通讯策略将参数数据进行传输；再对参数数据进行解封并分类，根据统一通讯协议对每个分类结果进行转换整合处理，得到对应的统一数据，将统一数据与现场设备进行数据交互。本发明改变现有直接采用轮询不容错的通讯机制进行交互的模式，通过对轮询机制采集的设备数据进行转换封装处理实现点对点传输，不仅实现了大规模数据采集，扩大组网范围；而且达到节省传输流量、提高传输效率以及通讯速率快的目的。

进一步的，通过轮询机制采集现场设备的设备数据并生成对应的地址信息包括以下步骤：

将获取的程序运行时间确定为扫描周期，根据扫描周期和预设的校验方法进行轮询采集设备数据；同时在采集到现场设备的设备数据时，根据设备数据生成对应的地址信息。

这里的程序运行时间可以是各类内置程序的运行时间；本发明优选的是CPU主程序的运行时间，利用CPU主程序的运行时间作为发送与接收的间隔，从根本上将轮询的发送和接收的过程进行有效隔离；而预设的校验方法优选为为CRC校验法，并且还可以加入错误重传机制达到数据传输的稳定可靠。比如，将数据发送和接收过程分配在不同的程序扫描周期中，并设置了“TRIGGER”标志位。程序通过对“TRIGGER”标志位不进行判断，得出该扫描周期是执行发送，还是接收，使得对数据的收发状态在不同的机器扫描周期内交替进行。CPU在某一扫描周期内只负责发送，下一个周期则只负责接收。程序不断循环的过程中，程序一次接收，一次发送，很自然地以CPU本身的程序扫描周期为时序，避免同一扫描周期内，既有数据接收，又有数据发送从而造成的时序错乱问题。CRC校验法为现有技术于本发明中就不重复陈述。

进一步的，步骤S200包括以下步骤：

S210、对获取的网络信号按照获取的时间顺序建立通讯连接，得到通讯链路；通讯链路至少包括第一通讯链路和第二通讯链路；

S220、对第一通讯链路进行通讯检测，若第一通讯链路的通讯正常，则将参数数据通过第一通讯链路进行传输；若第一通讯链路通讯不正常，则切换通讯链路对第二通讯链路进行检测并报警；

S230、若第二通讯链路的通讯正常，则将参数数据通过第二通讯链路进行传输；若第二通讯链路通讯不正常，则继续切换通讯链路进行检测并报警。

通讯链路可以有无数条，于本实施例中只是对在检测到有两种通讯条件同时具备的情况进行说明。当检测到有两条通讯链路可以进行通讯时，则按照时间顺序会优先选择首先建立通讯连接的通讯链路进行数据传输，此时若此通讯链路中断，那么会尝试重启该链路，直到连续三次失败后才会选择切换通讯链路并且重新建立通讯，同时每隔3分钟重新检测通讯故障的链路并且发出报警信号。这里的第一通讯链路和第二通讯链路可以是有限通讯也可以是无限通讯中的任意一种。

进一步的，本发明提供的基于工业物联网的数据传输方法还包括以下步骤：

在得到对应的统一数据之后，对统一数据进行统计存储，并建立现场设备的数据库。建立现场设备的数据库，通过对数据的分析，可以得到历史现场设备的运行情况，为以后数据的应用提供基础。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种基于工业物联网的数据传输系统，该系统的实施可参照上述方法的过程实现，重复之处不再冗述。

如图2所示，是本发明实施例二提供的基于工业物联网的数据传输系统的结构示意图，包括采集转换模块100、数据传输模块200以及整合交互模块300；

采集转换模块100用于通过轮询机制采集现场设备的设备数据并生成对应的地址信息，再根据地址信息对设备数据进行转换封装处理，得到对应的参数数据；

数据传输模块200用于根据预设通讯策略将参数数据进行传输；

整合交互模块300用于对接收到的参数数据进行解封并分类，根据统一通讯协议对每个分类结果进行转换整合处理，得到对应的统一数据，将统一数据与现场设备进行数据交互。

进一步的，采集转换模块100包括轮询采集单元110；

轮询采集单元110用于将获取的程序运行时间确定为扫描周期，根据扫描周期和预设的校验方法进行轮询采集设备数据；同时在采集到现场设备的设备数据时，根据设备数据生成对应的地址信息。

进一步的，采集转换模块100包括转换封装单元120；

转换封装单元120用于对设备数据进行转换处理，得到对应的参数信息；将参数信息按照预设的数据格式进行封装，得到对应的参数数据。

进一步的，数据传输模块200包括建立通讯单元210、第一判断单元220以及第二判断单元230；

建立通讯单元210用于对获取的网络信号按照获取的时间顺序建立通讯连接，得到通讯链路；通讯链路至少包括第一通讯链路和第二通讯链路；

第一判断单元220用于对第一通讯链路进行通讯检测，若第一通讯链路的通讯正常，则将参数数据通过第一通讯链路进行传输；若第一通讯链路通讯不正常，则切换通讯链路对第二通讯链路进行检测并报警；

第二判断单元230用于若第二通讯链路的通讯正常，则将参数数据通过第二通讯链路进行传输；若第二通讯链路通讯不正常，则继续切换通讯链路进行检测并报警。

进一步的，本发明提供的基于工业物联网的数据传输系统还包括统计存储模块400；

统计存储模块400用于在得到对应的统一数据之后，对统一数据进行统计存储，并建立现场设备的数据库。

本发明改变现有直接采用轮询不容错的通讯机制进行交互的模式，通过对轮询机制采集的设备数据进行转换封装处理实现点对点传输，不仅实现了大规模数据采集，扩大组网范围；而且达到节省传输流量、提高传输效率以及通讯速率快的目的。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于工业物联网的数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过轮询机制采集现场设备的设备数据并生成对应的地址信息，再根据所述地址信息对所述设备数据进行转换封装处理，得到对应的参数数据；

根据预设通讯策略将所述参数数据进行传输；

对接收到的所述参数数据进行解封并分类，根据统一通讯协议对每个分类结果进行转换整合处理，得到对应的统一数据，将所述统一数据与现场设备进行数据交互。

2.如权利要求1所述的基于工业物联网的数据传输方法，其特征在于，所述通过轮询机制采集现场设备的设备数据并生成对应的地址信息包括以下步骤：

将获取的程序运行时间确定为扫描周期，根据所述扫描周期和预设的校验方法进行轮询采集设备数据；同时在采集到现场设备的所述设备数据时，根据所述设备数据生成对应的地址信息。

3.如权利要求1或2所述的基于工业物联网的数据传输方法，其特征在于，所述再根据所述地址信息对所述设备数据进行转换封装处理包括以下步骤：

对所述设备数据进行转换处理，得到对应的参数信息；将所述参数信息按照预设的数据格式进行封装，得到对应的参数数据。

4.如权利要求1所述的基于工业物联网的数据传输方法，其特征在于，所述根据预设通讯策略将所述设备参数数据传输至服务器包括以下步骤：

对获取的网络信号按照获取的时间顺序建立通讯连接，得到通讯链路；所述通讯链路至少包括第一通讯链路和第二通讯链路；

对所述第一通讯链路进行通讯检测，若第一通讯链路的通讯正常，则将所述参数数据通过第一通讯链路进行传输；若第一通讯链路通讯不正常，则切换通讯链路对所述第二通讯链路进行检测并报警；

若第二通讯链路的通讯正常，则将所述参数数据通过第二通讯链路进行传输；若第二通讯链路通讯不正常，则继续切换通讯链路进行检测并报警。

5.如权利要求1所述的基于工业物联网的数据传输方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在得到对应的统一数据之后，对所述统一数据进行统计存储，并建立现场设备的数据库。

6.一种基于工业物联网的数据传输系统，其特征在于，包括采集转换模块、数据传输模块以及整合交互模块；

所述采集转换模块，用于通过轮询机制采集现场设备的设备数据并生成对应的地址信息，再根据所述地址信息对所述设备数据进行转换封装处理，得到对应的参数数据；

所述数据传输模块，用于根据预设通讯策略将所述参数数据进行传输；

所述整合交互模块，用于对接收到的所述参数数据进行解封并分类，根据统一通讯协议对每个分类结果进行转换整合处理，得到对应的统一数据，将所述统一数据与现场设备进行数据交互。

7.如权利要求6所述的基于工业物联网的数据传输系统，其特征在于，所述采集转换模块包括轮询采集单元；

所述轮询采集单元，用于将获取的程序运行时间确定为扫描周期，根据所述扫描周期和预设的校验方法进行轮询采集设备数据；同时在采集到现场设备的所述设备数据时，根据所述设备数据生成对应的地址信息。

8.如权利要求6或7所述的基于工业物联网的数据传输系统，其特征在于，所述采集转换模块包括转换封装单元；

所述转换封装单元，用于对所述设备数据进行转换处理，得到对应的参数信息；将所述参数信息按照预设的数据格式进行封装，得到对应的参数数据。

9.如权利要求6所述的基于工业物联网的数据传输系统，其特征在于，所述数据传输模块包括建立通讯单元、第一判断单元以及第二判断单元；

所述建立通讯单元，用于对获取的网络信号按照获取的时间顺序建立通讯连接，得到通讯链路；所述通讯链路至少包括第一通讯链路和第二通讯链路；

所述第一判断单元，用于对所述第一通讯链路进行通讯检测，若第一通讯链路的通讯正常，则将所述参数数据通过第一通讯链路进行传输；若第一通讯链路通讯不正常，则切换通讯链路对所述第二通讯链路进行检测并报警；

所述第二判断单元，用于若第二通讯链路的通讯正常，则将所述参数数据通过第二通讯链路进行传输；若第二通讯链路通讯不正常，则继续切换通讯链路进行检测并报警。

10.如权利要求6所述的基于工业物联网的数据传输系统，其特征在于，还包括统计存储模块；

所述统计存储模块，用于在得到对应的统一数据之后，对所述统一数据进行统计存储，并建立现场设备的数据库。