CN109413188A

CN109413188A - 一种工业设备物联网管理系统及方法

Info

Publication number: CN109413188A
Application number: CN201811300041.7A
Authority: CN
Inventors: 吕峰
Original assignee: JINAN DALU ELECTROMECHANICAL CO Ltd
Current assignee: JINAN DALU ELECTROMECHANICAL CO Ltd
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2019-03-01

Abstract

本发明实施例公开了一种工业设备物联网管理系统，该系统包括数据采集子系统、数据传输及存储子系统、数据应用子系统。还公开了一种工业设备物联网管理方法。本发明的数据采集子系统将分散的主要设备的重要参数数据进行集中采集和汇总，实现数据的在线监测和参数分析，并将数据进行分类存储，与其他信息化系统有效衔接，方便客户对生产中的数据进行后期的数据分析，生产数据的追溯，减少人力资源需求，提高自动化水平和管理水平，基于数据的分析挖掘，改进控制精度和工艺水平，以达到提高生产效率、提高产品质量、优化生产工艺等目的。

Description

一种工业设备物联网管理系统及方法

技术领域

本发明涉及工业设备管理技术领域，具体地说是一种工业设备物联网管理系统及方法。

背景技术

工业设备物联网是将具有感知、监控能力的各类采集、控制传感器或控制器，以及移动通信、智能分析等技术不断融入到工业生产过程各个环节，从而大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段。

目前工业设备物联网取得了一定的成绩，但是现有的工业物联网数据庞大且分散，在对工业数据进行监测和分析时无法统一处理，在与信息化系统衔接时，没有统一的汇总以便客户进行后期数据分析与应用。

建立工业设备物联网，实现从“人工管理”到“智能管理”的跨越，将分散的主要设备的重要参数等数据进行集中采集和汇总，实现数据的在线监测和参数分析，并与其他信息化系统有效衔接，是我们不断追求的目标。

发明内容

本发明的目的在于一种工业设备物联网管理系统及方法，用于解决目前工业设备物联网数据分散、无法实现在线监测与分析、无法与其他信息化系统有效衔接的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种工业设备物联网管理系统，该系统包括数据采集子系统，用于采集工业设备的状态数据、运行参数及所处环境数据、管理数据，通过数据汇集设备进行数据集中汇集处理后，将数据集中传输给数据传输及存储子系统；和，

数据传输及存储子系统，通过网络系统将接收到的数据上传至数据中心；数据中心接收到数据后进行验证及分类处理，并将数据通过数据存储模块进行分类存储；和，

数据应用子系统，基于所采集数据进行应用。

结合第一方面，在第一方面第一种可能实现的方式中，所述的数据采集子系统包括各种感知终端，用于对各种工业设备的状态数据、运行参数及所处环境数据、管理数据进行采集；和，

数据汇集设备，与感知终端或工业设备相连，用于对数据进行接收或采集和初步处理。

结合第一方面，在第一方面第二种可能实现的方式中，所述的数据汇集设备包括数据验证模块一，用于对数据进行有效性和完整性验证；和，

数据转换模块，将验证后的数据转换成系统标准格式数据；和，

数据加密模块，用于对转换后的数据采用AES-128位算法进行加密。

结合第一方面，在第一方面第三种可能实现的方式中，所述的数据传输及存储子系统包括数据传输模块，用于通过网络对加密的数据进行安全传输至数据中心；和，

数据验证模块二，用于对加密的数据进行解密，并对解密后的数据进行MD5校验，验证数据的完整性；和，

数据分类处理模块，对验证后的数据按照数据类型进行分类，并根据不同的数据包组合形式对数据进行数据包组合，发送给数据存储模块；和，

数据存储模块，接收数据分类处理模块发送的数据，根据数据类型将数据分类存储至对应的数据库。

结合第一方面，在第一方面第四种可能实现的方式中，所述的数据类型包括设备数据、环境数据、管理数据和其他数据；

所述的数据库包括分析实时数据库，用于存放设备数据和环境数据；关系数据库，用于存放管理数据；非结构化数据库，用于存放其他数据；

所述的数据包组合形式包括“设备ID-时间戳-值”，用于对设备数据进行数据包组合；

“管理类别代码-数据包”，用于对管理数据进行数据包组合；

“参数ID-时间戳-值”，用于对环境数据进行数据包组合。

结合第一方面，在第一方面第五种可能实现的方式中，所述的数据应用子系统包括智能设备管理模块，用于提供基于物联网的设备管理，包括设备信息管理、可视化设备管理、设备在线监控、设备运行状态分析、专家诊断系统以及设备优化；和，

网络协同合作模块，用于提供包括应用数据接口、业务协作数据互通工具；和，

个性化定制模块，用以提供包括个性化开发工具、建模工具；和，

服务组件库，用于提供数据应用的组件，包括提供给用户建立设备管理知识库的知识库组件，用于提供常用的设备状态分析模型的数据模型组件，用于对数据进行展示并提供展示模板的可视化组件，用于提供常用的数据分析算法的算法组件。

结合第一方面，在第一方面第六种可能实现的方式中，所述的设备信息管理用于对设备基础信息进行管理，设备基础信息包括设备名称、编号、出厂日期、生产厂家、购置时间、安装时间、使用寿命、安装位置、设备参数信息以及设备的备品备件、维修保养记录、巡检记录；

所述的可视化设备管理包括对系统所监测设备的基本信息、安装管理、巡检维护管理、设备建模、音视频信息进行可视化管理；

所述的设备在线监控包括实时显示各种监测设备的信息，包括运行参数信息、环境数据信息、报警信息、负荷信息，并授权远程控制的设备发送控制指令进行远程控制设备；

所述的设备运行分析包括基于设备运行模型，对设备运行状态、设备效率、负荷、故障情况、维修检修费用进行对比分析；

所述的专家诊断系统包括基于专家库，对设备故障信息进行诊断分析，定位故障原因，并提供解决方案；

所述的设备优化包括对同类设备的参数、工况数据进行对比分析，结合预设的设备运行模型，进行设备运行优化。

本发明第二方面提供了一种工业设备物联网管理方法，该方法包括：

数据采集子系统采集工业设备的数据，通过数据汇集设备进行数据集中汇集处理；

数据传输及存储子系统将接收到的数据采集子系统传来的数据上传至数据中心；

数据中心接收到数据后进行验证及分类处理，并将数据通过数据存储模块进行分类存储；

数据应用子系统将数据进行应用。

结合第二方面，在第二方面第一种可能实现的方式中，所述数据汇集设备进行数据集中汇集处理具体包括以下方法：

将采集到的数据有效阈值与转换后的标准格式的数据进行对比，如果采集到的数据在有效阈值范围内，则执行下一步操作，否则，舍弃该数据，并继续采集数据；

根据校验码判断数据是否有效，如果与校验码对应一致，则执行下一步操作；

将数据通过AES-128位算法进行加密。

结合第二方面，在第二方面第二种可能实现的方式中，数据中心接收到数据后进行验证及分类处理，并将数据通过数据存储模块进行分类存储具体包括以下方法：

对已加密的数据进行解密；

对解密后的数据进行MD5校验，判断数据是否完整；

对完整的数据按照数据进行分类，分为设备数据、环境数据、管理数据、其他数据；

对分好类的数据进行数据包组合并存储。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明的数据采集子系统将分散的主要设备的重要参数数据进行集中采集和汇总，实现数据的在线监测和参数分析，并将数据进行分类存储，与其他信息化系统有效衔接，方便客户对生产中的数据进行后期的数据分析，生产数据的追溯，减少人力资源需求，提高自动化水平和管理水平，基于数据的分析挖掘，改进控制精度和工艺水平，以达到提高生产效率、提高产品质量、优化生产工艺等目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种工业设备物联网管理系统结构示意图；

图2为本发明实施例所应用的一种工业设备物联网管理方法流程示意图；

图3为本发明实施例所应用的数据汇集设备进行数据集中汇集处理方法流程示意图；

图4为本发明实施例所应用的数据中心对数据进行验证及分类处理处理方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种工业设备物联网管理系统，该系统包括数据采集子系统，用于采集工业设备的状态数据、运行参数及所处环境数据、管理数据，通过数据汇集设备进行数据集中汇集处理后，将数据集中传输给数据传输及存储子系统；和，数据传输及存储子系统，通过网络系统将接收到的数据上传至数据中心；数据中心接收到数据后进行验证及分类处理，并将数据通过数据存储模块进行分类存储；和，数据应用子系统，基于所采集数据进行应用。

数据采集子系统包括各种传感器、传感器网关、采集器、摄像头感知终端，用于对各种工业设备的状态数据、运行参数及所处环境数据、管理数据进行采集；和，数据汇集设备，与感知终端或工业设备相连，用于对数据进行接收或采集和初步处理。

环境数据包括影响设备运行的环境因素，主要包括设备所处的温度、湿度、压力、风速、光照，环境数据主要通过传感器或者专用测量设备进行测量和采集，并与数据汇集设备进行连接，由数据汇集设备进行集中采集和汇集。

管理数据包括对设备进行巡检、维护等管理手段的数据，管理数据一般通过巡检设备、巡更设备、维护设备(比如GPS设备、RFID设备、蓝牙设备)与数据汇集设备进行连接，进行集中数据采集和汇集。

其他数据包括视频数据，包括为保证设备正常运行或者优化运行工况的其他因素数据，包括视频信息、音频信息等，主要通过摄像头、音频捕捉设备等感知终端与数据汇集设备连接进行数据汇集上传。

工业设备如果具备数据输出接口，则直接通过设备的数据输出接口与数据汇集设备进行连接，由数据汇集设备进行数据接收或者采集；如果设备本身不具备数据输出接口，则需要增加传感器、计量器具等物联网感知终端测量设备状态和运行数据，并将物联网感知终端与数据汇集设备进行连接，由数据汇集设备进行集中数据采集和汇集。

数据汇集设备包括数据验证模块一，用于对数据进行有效性和完整性验证；和，数据转换模块，将验证后的数据转换成系统标准格式数据；和，数据加密模块，用于对转换后的数据采用AES-128位算法进行加密。

数据汇集设备需支持对电流信号、电压信号、MODBUS-RTU/TCP/ASCII、DLT、IEC60870-5-101/102/103/104、DNP03.0、CDT等标准、规约的解析，采集或者接收物联网感知终端上传的数据。

数据汇集设备可以根据安装位置、接入的设备类型等对不同信号类型、不同协议、不同测量类型的数据进行接收和解析。

数据汇集设备对解析的数据数据进行有效性和完整性验证，验证不通过的数据舍弃或者向物联网感知终端发送指令要求重新发送；对验证通过的数据进行数据转换成系统标准格式“设备ID-参数ID-时间-值”，并将数据加密后的发送到数据传输及存储子系统。

数据传输及存储子系统包括数据传输模块，用于通过网络对加密的数据进行安全传输至数据中心；和，数据验证模块二，用于对加密的数据进行解密，并对解密后的数据进行MD5校验，验证数据的完整性；和，数据分类处理模块，对验证后的数据按照数据类型进行分类，并根据不同的数据包组合形式对数据进行数据包组合，发送给数据存储模块；和，数据存储模块，接收数据分类处理模块发送的数据，根据数据类型将数据分类存储至对应的数据库。

数据库包括分析实时数据库，用于存放设备数据和环境数据；关系数据库，用于存放管理数据；非结构化数据库，用于存放其他数据。

数据包组合形式包括“设备ID-时间戳-值”，用于对设备数据进行数据包组合。“管理类别代码-数据包”，用于对管理数据进行数据包组合。“参数ID-时间戳-值”，用于对环境数据进行数据包组合。

数据传输包括通过私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统，指数据汇集设备向数据中心发送的数据通过网络系统传输到数据中心的过程，网络类型包括有线互联网，GPRS网络，3G/4G网络，VPN系统，专线，网络系统中需要采取必要的安全防护措施，比如防火墙、网闸、杀毒软件，通过网络系统传输的数据都是经过加密的数据。

数据应用子系统包括智能设备管理模块，用于提供基于物联网的设备管理，包括设备信息管理、可视化设备管理、设备在线监控、设备运行状态分析、专家诊断系统以及设备优化；和，网络协同合作模块，用于提供包括应用数据接口、业务协作数据互通工具；和，个性化定制模块，用以提供包括个性化开发工具、建模工具；和，服务组件库，用于提供数据应用的组件，包括提供给用户建立设备管理知识库的知识库组件，用于提供常用的设备状态分析模型的数据模型组件，用于对数据进行展示并提供展示模板的可视化组件，用于提供常用的数据分析算法的算法组件。

设备信息管理是设备基础信息管理，设备基础信息包括设备名称、编号、出厂日期、生产厂家、购置时间、安装时间、使用寿命、安装位置、设备参数信息以及设备的备品备件、维修保养记录、巡检记录等。

可视化设备管理包括系统所监测设备的基本信息、安装管理、巡检维护管理、设备建模、音视频信息进行可视化管理，可以直观、真实、精确地展示设备形状、设备分布、设备运行状况，快速查看设备基本信息。

设备在线监控包括实时显示设备各种监测的信息，包括运行参数信息、环境数据信息、报警信息、负荷信息，并可以对授权远程控制的设备发送控制指令进行远程控制。

设备运行分析是基于设备运行模型，对设备运行状态、设备效率、负荷、故障情况、维修检修费用等进行对比分析。

专家诊断系统基于不断完善的专家库内容，对设备故障信息进行诊断分析，寻找故障原因，并提供建议性解决方案。

设备优化包括通过同类设备进行参数、工况等数据对比分析，结合设备运行模型，进行设备运行优化。

如图2所示，一种工业设备物联网管理方法，该方法包括：

S101、数据采集子系统采集工业设备的数据，通过数据汇集设备进行数据集中汇集处理；

S102、数据传输及存储子系统将接收到的数据采集子系统传来的数据上传至数据中心；

S103、数据中心接收到数据后进行验证及分类处理，并将数据通过数据存储模块进行分类存储；

S104、数据应用子系统将数据进行应用。

如图3所示，S101中数据汇集设备进行数据集中汇集处理具体包括以下方法：

S1011、将采集到的数据有效阈值与转换后的标准格式的数据进行对比，如果采集到的数据在有效阈值范围内，则执行下一步操作，否则，舍弃该数据，并继续采集数据；

S1012、根据校验码判断数据是否有效，如果与校验码对应一致，则执行下一步操作；

S1013、将数据通过AES-128位算法进行加密。

通过AES-128位算法进行加密具体包括以下过程：

首先数据汇集设备会通过TCP建立与数据验证模块一的连接，连接建立后由数据验证模块一生成动态AES密钥，密钥生成后以RSA加密AES密钥，并将加密后的密钥发送给数据汇集设备，数据汇集设备接收到AES密钥后进行解密，并且用解密后的密钥进行数据加密，加密使用AES-128位算法，加密后的数据发送到数据传输模块。

如图4所示，数据中心接收到数据后进行验证及分类处理，并将数据通过数据存储模块进行分类存储具体包括以下方法：

S1031、对已加密的数据进行解密；

S1032、对解密后的数据进行MD5校验，判断数据是否完整；

S1033、对完整的数据按照数据进行分类，分为设备数据、环境数据、管理数据、其他数据；

S1034、对分好类的数据进行数据包组合并存储。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种工业设备物联网管理系统，其特征是，该系统包括数据采集子系统，用于采集工业设备的状态数据、运行参数及所处环境数据、管理数据，通过数据汇集设备进行数据集中汇集处理后，将数据集中传输给数据传输及存储子系统；和，

数据应用子系统，基于所采集数据进行应用。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的数据采集子系统包括各种感知终端，用于对各种工业设备的状态数据、运行参数及所处环境数据、管理数据进行采集；和，

3.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的数据汇集设备包括数据验证模块一，用于对数据进行有效性和完整性验证；和，

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的数据传输及存储子系统包括数据传输模块，用于通过网络对加密的数据进行安全传输至数据中心；和，

5.根据权利要求4所述的系统，其特征是，所述的数据类型包括设备数据、环境数据、管理数据和其他数据；

“参数ID-时间戳-值”，用于对环境数据进行数据包组合。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的数据应用子系统包括智能设备管理模块，用于提供基于物联网的设备管理，包括设备信息管理、可视化设备管理、设备在线监控、设备运行状态分析、专家诊断系统以及设备优化；和，

7.根据权利要求6所述的系统，其特征是，所述的设备信息管理用于对设备基础信息进行管理，设备基础信息包括设备名称、编号、出厂日期、生产厂家、购置时间、安装时间、使用寿命、安装位置、设备参数信息以及设备的备品备件、维修保养记录、巡检记录；

8.一种工业设备物联网管理方法，利用权利要求1至7任意一项所述的系统，其特征是，该方法包括：

数据应用子系统将数据进行应用。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征是，所述数据汇集设备进行数据集中汇集处理具体包括以下方法：

将数据通过AES-128位算法进行加密。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征是，数据中心接收到数据后进行验证及分类处理，并将数据通过数据存储模块进行分类存储具体包括以下方法：

对已加密的数据进行解密；

对解密后的数据进行MD5校验，判断数据是否完整；

对分好类的数据进行数据包组合并存储。