CN110320875B - 一种基于mqtt协议的pac云运维系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工控自动化相关技术领域，其公开了一种基于MQTT协议的PAC云运维系统，所述系统包括可编程自动化控制器、云平台及监控客户端，可编程自动化控制器用于对工业现场设备的状态信息进行监控及采集，并将采集到的数据传输给云平台；云平台用于分别与所述可编程自动化控制器及所述监控客户端进行信息交互；所述监控客户端用于自所述云平台获取数据，并基于所述数据对所述工业现场设备进行监控；所述可编程自动化控制器包括主站模块及从站模块，所述主站模块与所述从站模块之间通过CANopen总线进行通信；所述从站模块包括从站及GPRS模块，所述GPRS模块用于为所述从站提供联网功能。本发明降低了成本，提高了效率。

Description

一种基于MQTT协议的PAC云运维系统
技术领域
本发明属于工控自动化相关技术领域，更具体地，涉及一种基于MQTT协议的PAC云运维系统。
背景技术
工业企业现场都拥有许多价格昂贵、类别功能繁杂的各类设备，有些设备由于使用次数及频率有限，有的设备因生产工艺需隐蔽放置而不便查找等诸多因素，使设备长期处于不饱和运行或长期闲置状态，设备也因得不到充分合理利用，不仅不能最大程度上发挥设备的使用功能，创造价值为生产服务，而且大量闲置设备会产生有形和无形磨损，给固定资产管理和设备现场维护和检修人员增加了工作量。
目前，对工厂中的工业设备进行运行状态的监控，一般是在工厂现场进行监控，或是在工业设备的附近区域通过电脑进行监控，这种监控方式由于监控工作人员仅能监控一台工业设备，而无法同时监控多台工业设备，导致人力成本增加，工作效率低下。
在实际生产过程中，需要对现场设备进行监控，以实时获取现场设备的参数信息、状态信息等，并执行相应的操控管理。现阶段所采用的人工现场监控现场设备具有以下不足：
(1)无法针对每个项目、每个设备都采用人工现场实际处理的方式；
(2)人工现场处理的成本过高，导致生产能耗较高，工业生产效率较低；
(3)监测结果受人工主观因素影响；
(4)无法实现二十四小时的持续监控。
相应地，本领域存在着发展一种生产成本较低的基于MQTT协议的PAC云运维系统的技术需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于MQTT协议的PAC云运维系统，其基于现有工业现场设备的监控特点，研究及设计了一种生产成本较低的基于MQTT协议的PAC云运维系统。所述PAC云运维系统将PAC及MQTT协议相结合，能够实现数据实时采集并上传、下载，实现了工业现场远程运维，如此能够大大地降低了生产能耗及生产成本，提高了工业生产效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于MQTT协议的PAC云运维系统，所述云运维系统包括可编程自动化控制器、云平台及监控客户端，所述可编程自动化控制器用于对工业现场设备的状态信息进行监控及采集，并将采集到的数据传输给所述云平台，且用于接收来自所述云平台的数据；所述云平台用于分别与所述可编程自动化控制器及所述监控客户端进行信息交互，且其用于对接收到的数据进行监控、处理及存储；所述监控客户端用于自所述云平台获取数据，并基于所述数据对所述工业现场设备进行监控；
所述可编程自动化控制器包括主站模块及从站模块，所述主站模块与所述从站模块之间通过CANopen总线进行通信；所述从站模块包括从站及GPRS模块，所述从站与所述GPRS模块之间通过串口进行数据交互，所述GPRS模块用于为所述从站提供联网功能。
进一步地，所述从站用于自所述主站模块获取数据并进行处理，并经串口将处理后的数据发送给所述GPRS模块。
进一步地，所述云平台包括MQTT服务器，所述GPRS模块用于将接收到的信息发布到所述MQTT服务器的预定主题下；同时所述GPRS模块还用于将所述MQTT服务器的选定主题下的信息订阅到，并经串口发送给所述从站。
进一步地，所述云平台还包括数据平台，所述MQTT服务器用于对来自所述GPRS模块及所述监控客户端的数据进行汇总，所述数据平台用于对所述MQTT服务器采集的数据进行处理及存储。
进一步地，所述监控客户端采用MQTT测试工具MQTTBox。
进一步地，工作时，所述主站模块采集所述工业现场设备的数据，并将采集到的数据写入第一过程数据缓存区中，所述从站模块利用CANopen总线协议在所述第一过程数据缓存区中读取到数据帧，并对读取的数据进行存储和合并处理，当存储数据到达预定数量后，所述从站模块将存储的数据发布到所述MQTT服务器下的topic/test主题下，所述数据平台订阅到数据，并对订阅到的数据进行存储。
进一步地，所述主站模块包括主站及电源板，所述主站用于对所述工业现场设备的状态信息进行实时监控及采集，并将采集到的数据发送给所述从站模块，同时接收来自所述从站模块的数据；所述电源板的引脚与所述主站的引脚相连接，以为所述主站提供电源和网口。
进一步地，所述主站为BeagleBone Black主站。
进一步地，所述可编程自动化控制器是基于Beremiz开源软件开发的IEC61131-3开发环境进行设计的。
进一步地，所述PAC云运维系统双向互通信息。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的基于MQTT协议的PAC云运维系统主要具有以下有益效果：
1.所述主站模块与所述从站模块之间通过CANopen总线进行通信，保证了从站模块与主站模块通信的强实时性。同时解决了BeagleBone Black主站模块在工业现场使用时不能联网而无法将数据上传到云平台的问题，使用从站模块弥补了这一问题，提高了适用性，降低了成本。
2.所述云运维系统将PAC及MQTT相结合，实现了数据实时采集并上传、下载、工业现场的运程运维，如此大大地降低了生产能耗以及生产成本，提高了工业生产效率。
3.所述云平台还包括数据平台，所述数据平台用于对所述MQTT服务器采集的数据进行处理及存储，弥补了MQTT服务器不具备数据信息的存储功能的缺陷。
4.所述可编程自动化控制器是基于Beremiz开源软件开发的IEC61131-3开发环境进行设计的，使得从站模块实现数据处理功能，此开发环境开发方便灵活，用户可以根据需求进行定制化开发，可以适应不同的应用场景。
5.所述运维系统使用模块化的设计方式，灵活性较好，方便根据用户需求进行自主设计。
附图说明
图1是本发明提供的基于MQTT协议的PAC云运维系统的结构示意图；
图2是图1中的基于MQTT协议的PAC云运维系统涉及的主站到MQTT服务器的信息上传的工作流程图；
图3是图1中的基于MQTT协议的PAC云运维系统涉及的MQTT服务器到主站的信息传输的工作流程图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-主站模块，101-主站，102-电源板，2-从站模块，201-从站，202-GPRS模块，3-云平台，301-MQTT服务器，302-数据平台，4-监控客户端，5-工业现场设备。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1、图2及图3，本发明提供的基于MQTT协议的PAC云运维系统，所述PAC云运维系统包括主站模块1、从站模块2、云平台3及监控客户端4，所述主站模块1及所述从站模块2分别设置在工业现场设备5上。所述主站模块1通过CANopen现场总线与所述从站模块2进行通信，所述从站模块2与所述云平台3之间能进行信息交互，所述云平台3与所述监控客户端4之间能进行信息交互。本实施方式中，所述主站模块1及所述从站模块2组成PAC(可编程自动化控制器)；所述云平台3位于云端。
所述主站模块1通过网线连接于所述从站模块2，其与所述从站模块2之间通过CANopen总线进行通信。所述主站模块1包括主站101及电源板102，所述主站101用于对所述工业现场设备5的状态信息进行实时监控及采集，并将采集的到的数据发送给所述从站模块2，同时接受来自所述从站模块2的数据。所述电源板102的引脚与所述主站101的引脚相连接，以为所述主站101提供电源和网口。本实施方式中，所述主站101采用BeagleBoneBlack，其处理器型号为BeagleBone Black；所述主站模块1通过所述主站101与所述从站模块2进行数据的交互。
所述从站模块2用于分别与所述主站模块1及所述云平台3进行信息交互，其包括从站201及GPRS模块202，所述从站201与所述GPRS模块202之间通过串口进行数据交互，所述从站201用于对数据进行采集及处理，并经串口发送给所述GPRS模块202；所述GPRS模块202用于将接收到的信息发布到所述云平台3的MQTT服务器301的预定主题下；同时所述GPRS模块202还用于将所述MQTT服务器301的某一主题下的信息订阅到，并经串口发送给所述从站201。所述从站201用于对来自所述主站模块1的数据进行处理，同时具备发布/订阅功能。所述GPRS模块202用于为所述从站201提供联网功能，使所述从站201能与所述云平台3进行信息交互。本实施方式中，所述从站模块2采用京微雅格公司研发的全可编程SoCCME-M7，其集成了ARM Cortex-M3 32位RISC内核、高性能FPGA和大量外设，处理性能优异，成本低廉，满足需求；所述从站201为CME-M7 484从站。
本实施方式中，所述从站模块2将CANopen从站协议、数据处理子模块以及MQTT协议移植到其ARM中，以能够实现通信和数据处理的功能，并具备消息发布/订阅的功能。
所述云平台3包括所述MQTT服务器301及数据平台302，所述MQTT服务器301用于对来自所述GPRS模块202的数据进行汇总，所述数据平台302用于对所述MQTT服务器301汇总的数据、信息和文件进行监控、处理及存储。本实施方式中，由于所述MQTT服务器301本身不具备数据信息的存储功能，因此设计了一个数据平台302对数据进行存储，该数据平台302利用python中的paho mqtt模块进行客户端搭建，可以根据实际需要对功能进行增删。
所述监控客户端4用于自所述MQTT服务器301获取数据，并根据获取的数据对所述工业现场设备5进行监控。本实施方式中，所述监控客户端4使用MQTT测试工具MQTTBox，其还可以采用MQTT.fx或者emqttd进行替换。
所述主站101及所述从站201进行设计时，对于所述主站101来说，使用基于beremiz开源平台开发的环境进行功能设计，选择数字量采集通道，选择数据读写的缓存区地址，编写Python脚本以实现文件读写的功能，获取数据，整个过程程序编写方便快捷，容易理解。对从站来说，使用C代码进行功能设计，并辅以基于beremiz开源平台开发环境编写的库，链接编译后通过串口下载到CME-M7的芯片中，实现CANopen协议和MQTT协议的功能、数据处理的功能及连接MQTT服务器的功能。
所述PAC云运维系统工作时，使用24v电源分别对所述主站模块1和所述从站模块2进行供电，使得整个PAC云运维系统开始工作。首先，所述主站模块1采集所述工业现场设备5的数据，并将采集到的数据写入过程数据缓存区0中，所述从站模块2利用CANopen总线协议在过程数据缓存区0中读取到数据帧，并对数据进行存储和合并处理，当存储数据到达一定数量后所述从站模块2将存储的数据发布到所述MQTT服务器301下的topic/test主题下，所述数据平台302订阅到数据，并对数据进行存储；所述监控客户端4可以订阅到数据，进而基于获取的数据对所述工业现场设备5进行监控。反过来，所述数据平台302可以将存储的数据进行处理并发送给所述主站模块1，具体地，所述从站模块2对topic/test/subscribe主题进行订阅，可以获取所述数据平台302发布的数据信息，所述从站模块2对数据信息进行处理后利用总线将数据写入过程数据缓存区1中，所述主站模块1会从过程数据缓存区1中读取数据，并利用Python脚本对读取的数据进行存储，由此所述PAC云运维系统实现双向互通。当使用者不适用该PAC云运维系统时，关闭电源即可。
本发明提供的基于MQTT协议的PAC云运维系统，所述PAC云运维系统将PAC与MQTT协议相结合，同时所述主站模块与所述从站模块之间通过CANopen总线进行通信，保证了从站模块与主站模块通信的强实时性，同时实现了实时数据采集并上传、下载，实现了工业现场远程运维，降低了成本，提高了工业生产效率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于MQTT协议的PAC云运维系统，其特征在于：
所述云运维系统包括可编程自动化控制器、云平台(3)及监控客户端(4)，所述可编程自动化控制器用于对工业现场设备(5)的状态信息进行监控及采集，并将采集到的数据传输给所述云平台(3)，且用于接收来自所述云平台(3)的数据；所述云平台(3)用于分别与所述可编程自动化控制器及所述监控客户端(4)进行信息交互，且其用于对接收到的数据进行监控、处理及存储；所述监控客户端(4)用于自所述云平台(3)获取数据，并基于所述数据对所述工业现场设备(5)进行监控；
所述可编程自动化控制器包括主站模块(1)及从站模块(2)，所述主站模块(1)与所述从站模块(2)之间通过CANopen总线进行通信；所述从站模块(2)包括从站(201)及GPRS模块(202)，所述从站(201)与所述GPRS模块(202)之间通过串口进行数据交互，所述GPRS模块(202)用于为所述从站(201)提供联网功能；
所述云平台(3)包括MQTT服务器(301)及数据平台(302)；
工作时，所述主站模块(1)采集所述工业现场设备(5)的数据，并将采集到的数据写入第一过程数据缓存区中，所述从站模块(2)利用CANopen总线协议在所述第一过程数据缓存区中读取到数据帧，并对读取的数据进行存储和合并处理，当存储数据到达预定数量后，所述从站模块(2)将存储的数据发布到所述MQTT服务器(301)下的topic/test主题下，所述数据平台(302)订阅到数据，并对订阅到的数据进行存储。
2.如权利要求1所述的基于MQTT协议的PAC云运维系统，其特征在于：所述从站(201)用于自所述主站模块(1)获取数据并进行处理，并经串口将处理后的数据发送给所述GPRS模块(202)。
3.如权利要求2所述的基于MQTT协议的PAC云运维系统，其特征在于：所述GPRS模块(202)用于将接收到的信息发布到所述MQTT服务器(301)的预定主题下；同时所述GPRS模块(202)还用于将所述MQTT服务器(301)的选定主题下的信息订阅到，并经串口发送给所述从站(201)。
4.如权利要求3所述的基于MQTT协议的PAC云运维系统，其特征在于：所述MQTT服务器(301)用于对来自所述GPRS模块(202)及所述监控客户端(4)的数据进行汇总，所述数据平台(302)用于对所述MQTT服务器(301)采集的数据进行处理及存储。
5.如权利要求4所述的基于MQTT协议的PAC云运维系统，其特征在于：所述监控客户端(4)采用MQTT测试工具MQTTBox。
6.如权利要求1-5任一项所述的基于MQTT协议的PAC云运维系统，其特征在于：所述主站模块(1)包括主站(101)及电源板(102)，所述主站(101)用于对所述工业现场设备(5)的状态信息进行实时监控及采集，并将采集到的数据发送给所述从站模块(2)，同时接收来自所述从站模块(2)的数据；所述电源板(102)的引脚与所述主站(101)的引脚相连接，以为所述主站(101)提供电源和网口。
7.如权利要求6所述的基于MQTT协议的PAC云运维系统，其特征在于：所述主站(101)为BeagleBone Black主站。
8.如权利要求1-5任一项所述的基于MQTT协议的PAC云运维系统，其特征在于：所述可编程自动化控制器是基于Beremiz开源软件开发的IEC61131-3开发环境进行设计的。
9.如权利要求1-5任一项所述的基于MQTT协议的PAC云运维系统，其特征在于：所述PAC云运维系统双向互通信息。
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GR01 Patent grant
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