CN108255127A - 一种基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统及方法，管理系统包括工业现场设备控制及数据采集模块(1)、工业人机界面(2)、云服务模块(3)、客户管理监控终端模块(4)、以及扩展ERP系统(5)；所述云服务模块(3)包括数据库云服务模块(31)、设备管理云服务模块(32)、FTP云服务模块(33)、PLC下载云服务模块(34)、WEB云服务模块(35)和设备画面云服务模块(36)。其实现方式是：用户通过客户管理监控终端模块(4)经云服务模块(3)对工业现场工业人机界面(2)进行监控和管理，并对工业现场设备控制及数据采集模块(1)的数据作分类处理和利用，从而对整个工业现场设备进行有效监控和管理。

Description

一种基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统及方法

技术领域：

本发明是一种远程监控管理系统及方法，特别涉及一种基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统及方法。

背景技术：

随着以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法(即工业4.0)时代的到来。需要通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统相结合的手段，将制造业向智能化转型推进。目前最主要的是“设备智能化”及“工厂智能化”，其重点解决设备智能化生产系统及过程以及网络化分布式生产设施及维护方面的各种问题。

目前，现有的工业现场设备监控方法是将现场设备的相关运行参数通过网络传输到监控后台进行实时监控，报警，以及存储。大部分监控只是监视而缺乏控制，并且数据形式简单，数据处理及显示方式单一，没有形成对所采集的现场数据的有效利用。

发明内容：

鉴于以上工业现场监控中的缺点，有必要提供一种基于工业人机界面的工业现场远程监控管理方法，实现远程对工业现场设备及数据的双向管理，并且对工业现场数据加以充分的处理及便捷化的操作和利用.

本发明提供一种基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统，其特征在于：包括工业现场设备控制及数据采集模块、工业人机界面、云服务模块、客户管理监控终端模块、以及扩展ERP系统；所述云服务模块包括数据库云服务模块、设备管理云服务模块、FTP云服务模块、PLC下载云服务模块、WEB云服务模块和设备画面云服务模块；

所述工业现场设备控制及数据采集模块与所述工业人机界面连接，所述工业人机界面与所述云服务模块连接，所述云服务模块与所述客户管理监控终端模块和扩展ERP系统之间进行通讯连接。

进一步的，所述工业现场设备控制及数据采集模块为PLC，用于控制、采集现场设备参数，并发送给所述工业人机界面；

所述工业人机界面用于对所述工业现场设备控制及数据采集模块进行远程参数设置以及程序文件的远程更新升级，还用于将所述现场设备参数发送给所述云服务模块；

所述数据库云服务模块存储所述现场设备参数；

所述设备管理云服务模块用于对所述工业人机界面进行注册管理；

所述FTP云服务模块用于所述工业现场设备控制及数据采集模块、所述工业人机界面和所述扩展ERP系统的工程文件的上传和下发；

所述PLC下载云服务模块用于将所述客户管理监控终端模块的下载指令及程序传给所述工业人机界面；

所述WEB云服务模块用于将所储存的监控管理界面推送到所述客户管理监控终端模块；

所述设备画面云服务模块用于所述工业人机界面画面数据转发给所述客户管理监控终端模块；

所述客户管理监控终端模块用于监控工业现场并实时显示所述现场设备参数；

所述扩展ERP系统用于通过专用网络及专用协议和云服务模块对接,进行数据和文件的交互。

进一步的，所述云服务模块进一步包括本地存储器，所述FTP云服务模块上传的文件保存在所述本地存储器里；所述现场设备参数包括实时数据、报警信息、日志信息。

进一步的，所述注册管理包括分组管理，用户登陆，设备连接，设备及组的添加、删除、修改，密码认证及修改，设备信息的管理；所述监控管理界面包括：对所述工业人机界面的管理操作；对所述实时数据、报警信息和日志信息的显示及操作；从所述PLC远程下载的操作，对所述画面云服务模块的指令请求操作，以及对微信报警的配置和管理操作。

进一步的，所述客户管理监控终端模块包括定制化显示终端、管理客户端以及移动终端；所述定制化显示终端为液晶面板或投影，用于显示所述工业现场设备参数的定制化数据模式及图像；所述定制化数据模式及图像包括实时曲线，实时画面，历史图表；所述管理客户端为PC机，通过打开网页进行浏览和操作；所述移动终端为手机或平板，通过打开安装在移动终端的应用APP进行工业人机界面画面的浏览和操作,以及所述工业现场设备参数的微信报警提示；所述应用APP为运行在移动终端的专用应用程序。

一种基于所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统的管理方法，其特征在于，包括工业人机界面的远程实时监控实现步骤，

所述工业人机界面的远程实时监控实现步骤包括:

设备画面云服务模块为注册的工业人机界面和管理客户端或移动终端建立多点对多点的Socket链接；

设备画面云服务模块将工业人机界面的图片压缩信息及控制指令信息转发给管理客户端或移动终端；

以及设备画面云服务模块将管理客户端或移动终端的控制指令信息转发给工业人机界面；从而实现工业人机界面画面的远程实时监控和操作管理。

一种基于所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统的管理方法，其特征在于，包括系统ERP生产订单的现场自动作业实现步骤，所述系统ERP生产订单的现场自动作业实现步骤包括:

云服务模块利用JDBC接口从企业管理软件系统ERP中获取确认的生产订单并推送给工业人机界面；

工业人机界面将生产订单转化为现场控制器的参数配方文件，并进行排队；

生产完成后，工业人机界面生成生产报表，上传给云服务模块；

以及云服务模块通过专用接口及协议将报表转发给扩展ERP系统。

一种基于所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统的管理方法，其特征在于，包括系统参数监控的定制化界面的实现步骤，所述系统参数监控的定制化界面的实现步骤包括:

在管理客户端的管理界面中配置需要定制化显示的参数及界面，将不同需求的变量配置为不同的数据显示方式，比如实时曲线、实时柱状图、实时数据列表、历史曲线、历史柱状图、历史数据列表；

生成并保存配置文件，将生成的配置文件导入定制化终端中；

以及重启定制化显示终端中的应用程序，加载配置文件，按配置要求自动显示定制化界面。

一种基于所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统的管理方法，其特征在于，其特征在于，包括微信报警实现步骤及操作步骤；所述微信报警实现步骤包括：1)注册报警微信服务号；2)添加成员便于扫描二维码关注服务号；3)在应用中心创建报警应用；4)在WEB云服务模块35端添加微信发送信息脚本；5)创建示警媒介，将运行脚本加入；6)在用户示警媒介中加入媒介及收件帐号，所述收件帐号即为不同客户；7)创建报警触发条件及发送内容，发送内容按微信格式配置为设备号、变量名、变量值；8)设置发送方式。

进一步的，微信加入和操作步骤包括：a)启动移动终端(43)中的微信应用并关注报警微信服务号；b)在报警微信服务号设置菜单中输入权限客户名和登录密码；c)申请成功即可接收客户组下所有设备发送的报警信息。

本发明的有益效果是：通过对工业现场设备的实时监控，对设备参数进行收集整理并进行相应的操作，实现远程对工业现场设备及数据的监控及双向管理，并且对数据加以充分的处理及便捷化的操作和利用。

附图说明：

图1是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统系统架构图。

图2a是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统变量远程设置作业流程图。

图2b是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统PLC远程下载作业流程图。

图3是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统文件双向管理作业流程图。

图4是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统工业人机界面画面共享作业流程图。

图5是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统ERP生产订单作业流程图。

图6是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统定制化界面作业流程图。

具体实施方式:

图1是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统系统架构图。该基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统主要包括：至少一组工业现场设备控制及数据采集模块1(包括但不限于可编程逻辑控制器PLC)；工业人机界面(HMI)2；云服务模块3；客户管理监控终端模块4；以及可对接扩展ERP系统5。

工业现场设备控制及数据采集模块1和HMI 2通过现场串行总线或以太网或CAN总线用专用通讯协议进行通讯，工业现场设备控制及数据采集模块1将现场设备参数采集后送到HMI 2，HMI 2将设置参数和程序文件写入工业现场设备控制及数据采集模块1。

云服务模块3包括数据库云服务模块31、设备管理云服务模块32、FTP云服务模块33、PLC下载云服务模块34、WEB云服务模块35和设备画面云服务模块36。数据库云服务模块31存储HMI2送上来的所有实时数据、报警信息、日志信息。设备管理云服务模块32负责注册管理HMI2设备，包括分组管理，用户登陆，设备连接，设备及组的添加、删除、修改，密码认证及修改，设备信息的管理。FTP云服务模块33负责HMI2、扩展ERP系统5、工业现场设备控制及数据采集模块1工程文件的上传和下发，上传的文件保存在云服务模块3的本地存储器里。PLC下载云服务模块34负责将管理客户端42的下载指令及程序传给HMI1并转发给工业现场设备控制及数据采集模块1。WEB云服务模块35与管理客户端42和移动终端43至少一个相连。WEB云服务模块35将所储存的监控管理界面推送到管理客户端42和移动终端43上，该监控界面包括HMI2的管理操作，从模块1所取得的实时数据，报警信息及文件的显示及操作，从数据库云服务模块31中取得数据及文件的显示及操作，扩展ERP系统5中数据和文件的操作，对PLC远程下载模块34中指令和文件的操作，设备画面云服务模块36的指令请求操作，对移动终端43中微信报警的配置和管理操作。设备画面云服务模块36与管理客户端42和移动终端43至少一个相连，负责HMI2画面数据的转发。

客户管理监控终端模块4包括定制化显示终端41、管理客户端42以及移动终端43。定制化显示终端41为液晶显示面板或投影。负责显示工业现场设备参数的定制化数据模式及图像。例如实时曲线，实时画面，历史图表。定制化显示终端41启动时通过读取配置信息，直接进行相关参数相关画面的组合并全屏显示，无需手动配置操作。管理客户端42为PC机，通过打开网页进行浏览和操作。移动终端43为手机、平板等便携式设备，进行HMI2的画面监控和微信报警信息的接收。通过打开安装在移动终端43的专用APP进行HMI2画面的浏览和操作。操作过程需要安全认证。

可对接扩展ERP系统5为第三方系统，通过专用网络及专用协议和云服务模块3对接,进行数据和文件的交互。

图2a是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统变量远程设置作业流程图。图2a中步骤S201，启动管理客户端42的监控界面，选中需要监控的在线设备，再点击数据监控按钮，点击可读写目标变量中的变量设置按钮。步骤S202和步骤S203，在弹出的认证对话框中输入权限密码，认证通过会弹出变量设置对话框。输入该变量新的数值，点击确定生效。如果所设数值超过范围会有提示。步骤S204，服务器会将该变量的数值按照约定的数据格式，通过websocket协议以固定命令传给HMI2。步骤S205，HMI2同过命令得到数据包并做相应解析，将该变量及新数值通过相应接口函数写入变量列表中。步骤S206，HMI2画面中的变量和PLC驱动协议会根据变量列表中的变量值实时进行更新，从而画面中的变量显示数值和PLC中对应的变量数值进行实时更新。

图2b是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统PLC远程下载作业流程图。图2b中步骤S211，启动管理客户端42的PLC远程下载功能，根据界面要求设置本地虚拟端口以及HMI下载端口。步骤S212，启动PLC远程下载后台服务功能，这个过程HMI中的PLC远程下载进程会注册在到后台服务。步骤S213，注册成功后，输入目标HMI的设备号和认证码。验证通过后，选择要远程下载的目标程序文件，点击下载。步骤S214，HMI收到下载指令后关闭所有当前工作的端口，同时根据步骤S211所选的HMI下载端口接收并转发下载文件到相应端口，完成下载。步骤S215，下载完成后HMI工程重启，加载并重新运行。PLC运行新的程序。

图3是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统文件双向管理作业流程图，图3中步骤S301，启动管理客户端42的文件传输指令，通过认证输后，后台判断是上传文件还是下发文件指令。如果是上传文件指令，通过命令通知HMI,执行步骤S311,HMI通过Socket启动FTP并上传相关类型文件。执行步骤S312，判断文件是否上传成功，上传成功结束，上传不成功FTP会执行文件的相关续传或重传。如果是下发文件指令，步骤S302,先在本地选取要下发的文件。然后执行步骤S303,服务器启动FTP并下发选取文件。执行步骤S304，判断文件是否下发成功，下发成功则HMI将接收到的文件保存在相应路径下的文件夹里。下发不成功，FTP会执行文件的相关续传或重传。

图4是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统工业人机界面画面共享作业流程图。图4中，步骤S41，管理客户端42或移动终端43的HMI画面监控指令，启动本地画面监控应用程序并链接到设备画面云服务模块36。步骤S42，在本地应用程序中选择并输入被监控HMI2的设备号以及密码。步骤S43，设备画面云服务模块36将得到的设备号在设备列表中查询，查询到则验证密码。执行步骤S44,判断设备号以及对应密码是否正确。正确则通过验证。执行步骤S45.否则要求重新输入设备号及密码。验证通过后，设备画面云服务模块36建立HMI2和管理客户端42以及移动终端43之间的Socket链接。建立成功执行S46,HMI2端压缩图片信息并传输给管理客户端42以及移动终端43。设备画面云服务模块36将管理客户端42或移动终端43的控制指令信息转发给工业人机界面2。管理客户端42以及移动终端43根据压缩算法解压缩图片数据，存入缓存并刷新显示。

图5是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统ERP生产订单作业流程图。图5中，步骤S51，根据管理客户端42的操作指令，云服务模块3通过SOAP及HTTP协议利用JDBC接口从企业管理软件系统ERP中获取确认的生产订单。步骤S52将获取的订单推送给工业现场相应HMI2。步骤S53将生产订单转化为现场控制器的参数配方文件，并进行排队。步骤S54等待前一生产订单的完成。如果完成步骤S55重起HMI2，并加载新生产订单对应的参数配方文件。所有现场设备根据新配方文件的参数进行参数配置及设备运行。同时根据工程要求记录并保存相关参数及数据。步骤S56判断新生产是否完成。完成后执行步骤S57，生成生产报表，生产报表根据相关生产参数获得。例如生产周期，成品数量，废品数量，成品率，故障暂停时间及故障类型等。步骤S58，HMI2将生产报表上传给设备管理云服务模块32，设备管理云服务模块32再通过专用接口及协议将报表转发给扩展ERP系统5。

根据不同部门对生产设备数据的不同需求，可选择不同的界面对不同的数据进行分析显示，比如生产部门对和产量相关的参数采用曲线，柱状图等在液晶面板或其他终端显示，设备维护部门对和设备故障相关的参数采用统计列表的方式对不同故障分类统计并在液晶面板或其他终端显示。图6是根据本发明的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统定制化界面作业流程图。图6中，步骤S61，在管理客户端42的管理界面中配置需要定制化显示的界面。比如要进行变量的曲线实时显示，选取横坐标的时间宽度，同一设备的不同变量，或不同设备的同一变量，实时曲线图形说明文本，并生成实时曲线。要进行历史数据的柱状图显示，选取数据库中变量的时间段，显示周期，同一设备的不同变量，或不同设备的同一变量，实时曲线图形说明文本，并生成历史柱状图。生成并保存配置文件。步骤S62，将生成的配置文件以特定文件名导入定制化终端41的固定路径。步骤S63，重启定制化显示终端41中的应用程序，加载配置文件。即按配置要求自动显示定制化界面。如果需要改变界面，需重新按照S61到S63重新生成导入配置文件，并重启定制化显示终端41中的应用。

微信报警：将现场设备的报警信息依据不同权限发功到不同客户的微信客户端，达到不打开专用APP实现报警监控的目的。具体的实现方式为：1)注册报警微信服务号；2)添加成员便于扫描二维码关注服务号；3)在应用中心创建报警应用；4)在WEB云服务模块35端添加微信发送信息脚本；5)创建示警媒介，将运行脚本加入；6)在用户示警媒介中加入媒介及收件帐号，此收件帐号即为不同客户；7)创建报警触发条件及发送内容，发送内容可以按微信格式配置为设备号+变量名+变量值；8)设置发送方式。微信具体的加入和操作方式为：a)启动移动终端43中的微信应用并关注报警微信服务号；b)在报警微信服务号设置菜单中输入权限客户名和登录密码；c)申请成功即可接收客户组下所有设备发送的报警信息。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出其他修改和变型，这些修改和变型也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统，其特征在于：包括工业现场设备控制及数据采集模块(1)、工业人机界面(2)、云服务模块(3)、客户管理监控终端模块(4)、以及扩展ERP系统(5)；所述云服务模块(3)包括数据库云服务模块(31)、设备管理云服务模块(32)、FTP云服务模块(33)、PLC下载云服务模块(34)、WEB云服务模块(35)和设备画面云服务模块(36)；

所述工业现场设备控制及数据采集模块(1)与所述工业人机界面(2)进行通讯连接，所述工业人机界面(2)与所述云服务模块(3)进行通讯连接，所述云服务模块(3)与所述客户管理监控终端模块(4)和扩展ERP系统(5)之间进行通讯连接。

2.如权利要求1所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统，其特征在于，所述工业现场设备控制及数据采集模块(1)为PLC，用于控制、采集现场设备参数，并发送给所述工业人机界面(2)；

所述工业人机界面(2)用于对所述工业现场设备控制及数据采集模块(1)进行远程参数设置以及程序文件的远程更新升级，还用于将所述现场设备参数发送给所述云服务模块(3)；

所述数据库云服务模块(31)存储所述现场设备参数；

所述设备管理云服务模块(32)用于对所述工业人机界面(2)进行注册管理；

所述FTP云服务模块(33)用于所述工业现场设备控制及数据采集模块(1)、所述工业人机界面(2)和所述扩展ERP系统(5)的工程文件的上传和下发；

所述PLC下载云服务模块(34)用于将所述客户管理监控终端模块(4)的下载指令及程序传给所述工业人机界面(2)；

所述WEB云服务模块(35)用于将所储存的监控管理界面推送到所述客户管理监控终端模块(4)；

所述设备画面云服务模块(36)用于所述工业人机界面(2)画面数据转发给所述客户管理监控终端模块(4)；

所述客户管理监控终端模块(4)用于监控并实时显示所述工业现场设备参数；

所述扩展ERP系统(5)用于通过专用网络及专用协议和云服务模块(3)对接,进行数据和文件的交互。

3.如权利要求2所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统，其特征在于，所述云服务模块(3)进一步包括本地存储器，所述FTP云服务模块(33)上传的文件保存在所述本地存储器里；所述现场设备参数包括实时数据、报警信息、日志信息。

4.如权利要求3所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统，其特征在于，所述注册管理包括分组管理，用户登陆，设备连接，设备及组的添加、删除、修改，密码认证及修改，设备信息的管理；所述监控管理界面包括：对所述工业人机界面(2)的管理操作；对所述实时数据、报警信息和日志信息的显示及操作；从所述PLC远程下载的操作，对所述画面云服务模块(36)的指令请求操作，以及对微信报警的配置和管理操作。

5.如权利要求2所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统，其特征在于，所述客户管理监控终端模块(4)包括定制化显示终端(41)、管理客户端(42)以及移动终端(43)；所述定制化显示终端(41)为液晶面板或投影，用于显示所述工业现场设备参数的定制化数据模式及图像；所述定制化数据模式及图像包括实时曲线，实时画面，历史图表；所述管理客户端(42)为PC机，通过打开网页进行浏览和操作；所述移动终端(43)为手机或平板，通过打开安装在移动终端(43)的应用APP进行工业人机界面(2)画面的浏览和操作,以及所述工业现场设备参数的微信报警提示；所述应用APP为运行在移动终端(43)的专用应用程序。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统的管理方法，其特征在于，包括工业人机界面的远程实时监控实现步骤，所述工业人机界面的远程实时监控实现步骤包括:

设备画面云服务模块(36)为注册的工业人机界面(2)和管理客户端(42)或移动终端(43)建立多点对多点的Socket链接；

设备画面云服务模块(36)将工业人机界面(2)的图片压缩信息及控制指令信息转发给管理客户端(42)或移动终端(43)；

以及设备画面云服务模块(36)将管理客户端(42)或移动终端(43)的控制指令信息转发给工业人机界面(2)；从而实现工业人机界面(2)画面的远程实时监控和操作管理。

7.一种基于权利要求1-5任一项所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统的管理方法，其特征在于，包括系统ERP生产订单的现场自动作业实现步骤，所述系统ERP生产订单的现场自动作业实现步骤包括:

云服务模块(3)利用JDBC接口从企业管理软件系统ERP中获取确认的生产订单并推送给工业人机界面(2)；

工业人机界面(2)将生产订单转化为现场控制器的参数配方文件，并进行排队；

生产完成后，工业人机界面(2)生成生产报表，上传给云服务模块(3)；

以及云服务模块(3)通过专用接口及协议将报表转发给扩展ERP系统(5)。

8.一种基于权利要求1-5任一项所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统的管理方法，其特征在于，包括系统参数监控的定制化界面的实现步骤，所述系统参数监控的定制化界面的实现步骤包括:

在管理客户端(42)的管理界面中配置需要定制化显示的参数及界面，将不同需求的变量配置为不同的数据显示方式，比如实时曲线、实时柱状图、实时数据列表、历史曲线、历史柱状图、历史数据列表；

生成并保存配置文件，将生成的配置文件导入定制化终端(41)中；

以及重启定制化显示终端(41)中的应用程序，加载配置文件，按配置要求自动显示定制化界面。

9.一种基于权利要求1-5任一项所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统的管理方法，其特征在于，包括微信报警实现步骤及操作步骤；所述微信报警实现步骤包括：1)注册报警微信服务号；2)添加成员便于扫描二维码关注服务号；3)在应用中心创建报警应用；4)在WEB云服务模块35端添加微信发送信息脚本；5)创建示警媒介，将运行脚本加入；6)在用户示警媒介中加入媒介及收件帐号，所述收件帐号即为不同客户；7)创建报警触发条件及发送内容，发送内容按微信格式配置为设备号、变量名、变量值；8)设置发送方式。

10.如权利要求9所述的基于工业人机界面的工业现场远程监控管理系统的管理方法，微信加入和操作步骤包括：a)启动移动终端(43)中的微信应用并关注报警微信服务号；b)在报警微信服务号设置菜单中输入权限客户名和登录密码；c)申请成功即可接收客户组下所有设备发送的报警信息。