CN109189012A - 一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法及系统 - Google Patents

一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，工作人员在智能移动端选定需要操作的目标工业设备，并填写操作申请表单，以无线通讯方式提交到云平台；云平台对操作申请表单进行审核；审核通过，则智能移动端获得目标工业设备IP地址、工业设备权限等级、可操作时限，智能移动端与目标工业设备建立近距离的无线通信，实现对工业设备的操作控制与数据监测；本发明采用智能移动端操作，并采用填写操作申请表单的方式，对操作申请表单进行核审和存储，实现现场通过智能移动端连接并操控工业设备，增强人机交互机动性，极大提高工作效率，一定程度上节省了HMI硬件成本，保障操作的安全性，实现操作记录可查询，实现智能化管控。

Description

一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法及系统
技术领域
本发明涉及工业设备人机交互技术的研究领域，特别涉及一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法及系统。
背景技术
在工业设备控制中，设备的人机交互系统是指提供工业现场的实时信息反馈并为其提供控制该过程输入的系统。在人机交互系统的初期，人与工业设备的交互主要是通过按钮与信号灯，随着人机交互技术的不断发展与完善，现在工业现场主要采用人机界面(HMI)的形式来实现人机交互；考虑到设备的自动化程度将越来越高，正常运行时几乎是无人值守的，设备所标配的人机界面使用率低，存在一定的功能浪费，并增加了HMI硬件与后期维护的成本。与此同时，以手机为代表的智能移动终端越来越普及，功能越来越强大，采用智能移动终端作为设备的人机界面具有可移动、功能拓展性强等优点。
现已公开的发明专利“一种基于无线智能终端的工业设备人机交互系统及其控制方法”(专利号：CN105005280A)，此系统包含无线智能终端、无线HMI模块、工业设备，其中终端以无线通讯的方式连接无线HMI模块，而无线HMI模块通过现场总线连接工业设备，无线智能终端通过间接的通讯方法实现对工业设备的信息监测与控制，此发明专利存在明显的缺点，缺乏对无线终端与工业设备连接的管控，将引发一系列问题，如任何人都可以通过无线终端控制与监测工业设备，没有操作控制记录追溯，不利于设备操作的安全与关键控制参数的保密。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法。
本发明的另一目的在于提供一种基于智能移动端的工业设备人机交互系统。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、工作人员通过智能移动端的人机交互客户端登录云平台；
S2、云平台对每个工作人员设置工作人员权限等级，云平台对每个工业设备设置工业设备IP地址、工业设备权限等级、可操作时限，并进行数据持久化，得到持久化数据；
S3、工作人员通过智能移动端在云平台选择需要进行操作的目标工业设备，并填写操作申请表单；
S4、提交操作申请表单至云平台，云平台对操作申请表单进行核审，核审通过则将申请操作表单导入云平台数据库进行存储，同时提供接口；核审不通过则撤回申请操作表单；
S5、智能移动端通过无线通讯方式经过接口查找并连接目标工业设备，并根据持久化数据，对目标工业设备进行通讯连接和操作控制。
进一步地，所述一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，还包括：当工作人员权限等级大于或等于目标工业设备权限等级时，返回目标工业设备IP地址，通讯连接成功；当工作人员权限等级小于目标工业设备权限等级时，不返回工业设备IP地址，通讯连接失败；
进一步地，所述的一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法还包括：当超过可允许操作的时限，云平台自动关闭智能移动端与工业设备的通讯连接，继续操作时，需要再次提交操作申请表单；
进一步地，所述申请操作表单，具体包含，操作人员姓名、操作人工号、操作项目类型、操作内容、预计操作时间；
进一步地，所述对目标工业设备进行通讯连接和操作控制，主要有：登录云平台、工业设备管理、工业设备通讯连接、工业设备参数控制、实时数据监测、历史数据查询、可视化内容权限控制、可操作时限控制；
进一步地，所述工业设备通讯连接，采用近距离无线通信和IP地址管控结合方式，即当智能移动端向云平台提交操作申请表单，云平台进行审核，审核通过则获取目标工业设备的IP地址，智能移动端使用IP地址，通过近距离无线通讯协议与目标工业设备建立通讯连接；
进一步地，所述工业设备参数控制、所述实时数据监测、所述历史数据查询，都是经过工业传输协议实现，具体为工作人员在智能移动端输入工业设备控制参数的值，设备控制器通过读取工业设备控制参数的值并写入保存寄存器、线圈或输入寄存器，实现对工业设备参数控制；智能移动端通过读取工业设备控制器输出寄存器的参数值，实现历史数据查询，并利用可视化库实现数据可视化，同时借助Ajax异步刷新技术，完成数据异步更新，实现实时数据监测；
进一步地，所述可视化内容权限控制、所述可操作时限控制，在智能移动端获取云平台返回的工业设备权限等级、可操作时间值后，根据工业设备权限等级与工作人员权限等级进行比对，根据权限等级将不同层级的参数变量进行模块化封装，达到了关键参数保密的目的，此外若超过可操作时间值后，将启动关闭通讯连接，即当工作人员权限等级大于等于工业设备权限等级，则通讯连接，否则通讯不能连接；当超过可操作时限，中断通讯连接。
本发明的另一目的通过以下技术方案实现：
一种基于智能移动端的工业设备人机交互系统，其特征在于，包括：云平台、智能移动端、路由器模块、工业设备控制器、工业设备；
所述工业设备控制器与工业设备一对一连接，用于对工业设备的控制；
所述工业设备控制器通过网线与路由器模块连接；
所述智能移动端通过路由器模块发射的WiFi热点与工业设备控制器进行通信；
所述云平台通过无线网络与智能移动端进行通信，用于对数据的处理和存储。
进一步地，述数据存储采用MySQL关系型数据库，所述MySQL关系型数据库包含工业设备IP地址数据表、工作人员基本信息表、权限等级管理表、操作历史记录表；
进一步地，所述智能移动端采用智能手机或平板电脑；使得智能移动端与设备在同一局域网工作；
进一步地，所述路由器模块采用工业路由器；为数据传输提供高性能服务，考虑到车间设备过多，可以采集用交换机进行拓展；
进一步地，所述工业设备控制器采用西门子Smart200、Smart1200、Smart1500其中一种。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用智能移动端操作，实现现场通过智能移动端连接并操控工业设备，增强人机交互机动性，极大提高工作效率，一定程度上节省了HMI硬件成本。
2、本发明采用填写操作申请表单的方式，对操作申请表单进行核审和存储，保障了工业设备操作的安全性，实现操作记录可查询，实现智能移动端与工业设备连接的智能化管控。
3、本发明采用权限等级，对智能移动端显示的内容进行区分，即不同等级的工作人员聚焦自己权限等级范围内的操作内容，界面内容精简化，有利于缩减操作时间，同时解决了关键工艺参数保密性问题。
4、本发明还设定可允许操作时间，使智能移动端与工业设备的通讯连接更加灵活，当超过可允许操作时限，自动断开通讯连接，不占用通讯资源，方便其他工作人员对工业设备执行不同类型的操作项目，提高协作效能。
附图说明
图1是本发明所述一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法流程框图；
图2是本发明所述一种基于智能移动端的工业设备人机交互系统结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，如图1所示，包括以下步骤：
第一步：工作人员通过智能移动端登录云平台；具体为工作人员输入自己的姓名、工号来实现登录；
第二步：云平台对每个工作人员设置工作人员权限等级，云平台对每个工业设备设置工业设备IP地址、工业设备权限等级、可操作时限，并进行数据持久化，得到持久化数据；
第三步：工作人员通过智能移动端在云平台选择需要进行操作的目标工业设备，并填写操作申请表单；
第四步：提交操作申请表单至云平台，云平台对操作申请表单进行核审，核审通过则将申请操作表单导入云平台数据库进行存储，同时提供接口；核审不通过则撤回申请操作表单；
第五步：智能移动端通过无线通讯方式经过接口查找并连接目标工业设备，并根据持久化数据，对目标工业设备进行通讯连接和操作控制。
在本发明中，当工作人员权限等级大于或等于目标工业设备权限等级时，返回目标工业设备IP地址，通讯连接成功；当工作人员权限等级小于目标工业设备权限等级时，不返回工业设备IP地址，通讯连接失败；
在本发明中，当超过可允许操作的时限，云平台自动关闭智能移动端与设备的通讯连接，继续操作时，需要再次提交操作申请表单；
在本发明中，对目标工业设备进行通讯连接和操作控制，主要有：登录云平台、工业设备管理、工业设备通讯连接、工业设备参数控制、实时数据监测、历史数据查询、可视化内容权限控制、可操作时限控制；
在登录云平台功能方面，现场工作人员输入自己的姓名、工号来实现登录；在工业设备管理功能方面，每台工业设备在云平台中设定唯一的ID编号。
在工业设备通讯连接功能方面，采用“Master-Slave”的主从式架构，工业设备控制器作为从站，也即响应服务器，智能移动端作为主站，也即请求客户端，两者利用ModbusTCP协议进行通讯，使用Jamod库，编写与工业设备控制器进行Modbus通讯的客户端程序，在西门子博途软件中为工业设备控制器配置成Modbus服务器模型，也即“MB_SERVER”；此外，工作人员需要填写操作申请表单，待审核通过后，可获取云平台数据库中设备IP地址数据表中的IP，从而实现两者间的通讯连接，其中的审核机制是指工作人员填的操作项目类型与本人的权限等级相符，给予通过，反之，不返回IP地址，通讯连接失败。
在工业设备参数控制、历史数据查询以及实时数据监测功能方面，三者的实现都是基于Modbus TCP传输协议，车间工作人员在智能移动端输入各个控制参数的值，工业设备控制器通过Modbus TCP协议读取参数值并写入至特定的保存寄存器、线圈或者输入寄存器，从而实现对设备参数的控制；智能移动端通过Modbus TCP协议去读取设备控制器输出寄存器的参数值，从而实现历史数据查询的功能，并利用Echart专业的JS库实现数据的可视化，同时借助于Ajax异步刷新技术，完成数据异步更新，从而达到实时数据监测的目的。
在可视化内容权限控制与可操作时限控制功能方面，智能移动端除了获取到服务端程序提供的IP地址之外，还包括权限等级、可操作时间值；将不同的控制参数，如设备调试控制参数、工艺参数等以权限等级为标准进行了模块化的封装，根据所获取的权限等级，调用相应的参数集合模块，便可实现操作与可视化内容的划分，并根据权限等级的不同，调用不同权限等级的参数集合模块，使得在终端界面上可视化的内容会有不同；精简化客户端界面，有利于关键工艺参数的保密；根据获取的可操作时间值，调取计时程序，时间减少至零时触发断开通讯连接。
在处理提交的操作申请表单的同时，根据表单中工号、姓名、操作项目类型等信息去数据库中查询此工号的权限等级是否匹配当前操作项目类型，校验成功表明审核通过；操作申请表单通过审核后，一方面会为客户端Restful API接口，使其获取到设备IP地址、权限等级以及操作时限等关键数据，另一方面将操作申请表单的信息存储至云服务器的数据库中，便是操作历史记录的追溯与管理；所述申请操作表单，具体包含，操作人员姓名、操作人工号、操作项目类型、操作内容、预计操作时间。
云平台中的MySQL关系型数据库中，包含了设备IP地址数据表、工作人员基本信息表、权限等级管理表、操作历史记录表。设备IP地址数据表主要是涉及设备ID编号与IP地址信息；工作人员基本信息表用于验证员工登录，主要是涉及姓名、工号、权限等级信息；权限等级管理表用于服务端程序对客户端提交的表单审核，主要涉及操作项目类型与权限等级信息；操作历史记录表用于存储申请表单中的操作人员姓名、操作人工号、操作项目类型、操作内容、预计操作时间等信息。
一种基于智能移动端的工业设备人机交互系统，如图2所示，包括：云平台、智能移动端、路由器模块、工业设备控制器、工业设备；
所述工业设备控制器与工业设备一对一连接，如工业设备控制器1与工业设备1连接，工业设备控制器2与工业设备2连接，工业设备控制器3与工业设备3连接，用于对工业设备的控制；
所述工业设备控制器通过网线与路由器模块连接；
所述智能移动端通过路由器模块发射的WiFi热点与工业设备控制器进行通信；
所述云平台通过无线网络与智能移动端进行通信，用于对数据的处理和存储。
进一步地，述数据存储采用MySQL关系型数据库，所述MySQL关系型数据库包含工业设备IP地址数据表、工作人员基本信息表、权限等级管理表、操作历史记录表；
进一步地，所述智能移动端采用智能手机或平板电脑；使得智能移动端与设备在同一局域网工作；
进一步地，所述路由器模块采用工业路由器；为数据传输提供高性能服务，考虑到车间设备过多，可以采集用交换机进行拓展；
进一步地，所述工业设备控制器采用西门子Smart200、Smart1200、Smart1500其中一种。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、工作人员通过智能移动端的人机交互客户端登录云平台；
S2、云平台对每个工作人员设置工作人员权限等级，云平台对每个工业设备设置工业设备IP地址、工业设备权限等级、可操作时限，并进行数据持久化，得到持久化数据；
S3、工作人员通过智能移动端在云平台选择需要进行操作的目标工业设备，并填写操作申请表单；
S4、提交操作申请表单至云平台，云平台对操作申请表单进行核审，核审通过则将申请操作表单导入云平台数据库进行存储，同时提供接口；核审不通过则撤回申请操作表单；
S5、智能移动端通过无线通讯方式经过接口查找并连接目标工业设备，并根据持久化数据，对目标工业设备进行通讯连接和操作控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，其特征在于，还包括：当工作人员权限等级大于或等于目标工业设备权限等级时，返回目标工业设备IP地址，通讯连接成功；当工作人员权限等级小于目标工业设备权限等级时，不返回工业设备IP地址，通讯连接失败。
3.根据权利要求1所述的一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，其特征在于，还包括：当超过可允许操作的时限，云平台自动关闭智能移动端与工业设备的通讯连接，继续操作时，需要再次提交操作申请表单。
4.根据权利要求1所述的一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，其特征在于，所述申请操作表单，具体包含，操作人员姓名、操作人工号、操作项目类型、操作内容、预计操作时间。
5.根据权利要求1所述的一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，其特征在于，所述对目标工业设备进行通讯连接和操作控制，主要有：登录云平台、工业设备管理、工业设备通讯连接、工业设备参数控制、实时数据监测、历史数据查询、可视化内容权限控制、可操作时限控制。
6.根据权利要求5所述的一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，其特征在于，所述工业设备通讯连接，采用近距离无线通信和IP地址管控结合方式，即当智能移动端向云平台提交操作申请表单，云平台进行审核，审核通过则获取目标工业设备的IP地址，智能移动端使用IP地址，通过近距离无线通讯协议与目标工业设备建立通讯连接。
7.根据权利要求5所述的一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，其特征在于，所述工业设备参数控制、所述实时数据监测、所述历史数据查询，都是经过工业传输协议实现，具体为工作人员在智能移动端输入工业设备控制参数的值，设备控制器通过读取工业设备控制参数的值并写入保存寄存器、线圈或输入寄存器，实现对工业设备参数控制；智能移动端通过读取工业设备控制器输出寄存器的参数值，实现历史数据查询，并利用可视化库实现数据可视化，同时借助Ajax异步刷新技术，完成数据异步更新，实现实时数据监测。
8.根据权利要求5所述的一种基于智能移动端的工业设备人机交互方法，其特征在于，所述可视化内容权限控制、所述可操作时限控制，在智能移动端获取云平台返回的工业设备权限等级、可操作时间值后，根据工业设备权限等级与工作人员权限等级进行比对，当工作人员权限等级大于等于工业设备权限等级，则通讯连接，否则通讯不能连接；当超过可操作时限，中断通讯连接。
9.一种基于智能移动端的工业设备人机交互系统，其特征在于，包括：云平台、智能移动端、路由器模块、工业设备控制器、工业设备；
所述工业设备控制器与工业设备一对一连接，用于对工业设备的控制；
所述工业设备控制器通过网线与路由器模块连接；
所述智能移动端通过路由器模块发射的WiFi热点与工业设备控制器进行通信；
所述云平台通过无线网络与智能移动端进行通信，用于对数据的处理和存储。
10.根据权利要求9所述的一种基于智能移动端的工业设备人机交互系统，其特征在于，所述智能移动端采用智能手机或平板电脑，所述智能移动端，安装有一可实现人机交互的客户端；所述路由器模块采用工业路由器；所述工业设备控制器采用西门子Smart200、Smart1200、Smart1500其中一种。
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