CN111083047A - 一种基于物联网多协议通信的网关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于物联网多协议通信的网关，包括IOT协议转换模块，数据采集模块，边缘计算模块，集成接口模块，文件传输模块；实现了车间现场设备状态透明化，同时采集的设备数据可提供给其他系统使用和数据分析，便于进行工艺或质量优化。解决了服务器存储压力、运算压力大，有效解决了网络数据丢包问题和数据实时性问题，拥有多协议转换，安全防护，报文解析和边缘计算等优点。

Description

一种基于物联网多协议通信的网关
技术领域
本发明涉及一种工业智能网关。
背景技术
随着先进制造技术、新一代信息化技术的高速发展和不断融合，现代设备多是机、电、气、液一体化的高度复杂装备。其加工工况，工艺参数，故障特征，故障机理与传统的机械传动为主的设备有着本质的不同。设备的结构复杂性和智能化水平越来越高，对生产、工艺和维护人员的(计划排程、工艺改进、操作技术、保养维护、故障分析等)技术技能水平的要求也随之提高。设备的健康状态更是制约企业的质量、成本、安全、健康和环保等管理要素。
目前，制造企业管理人员多无法实时了解生产现场设备运行状态，只能通过口头通知、电话沟通等方式了解。针对于瓶颈工序，工艺人员缺乏设备实际加工数据的支撑，无法有效进行工艺优化。数控程序多通过移动介质传输，存在程序使用错误的风险。同时缺少程序使用记录，后期无法进行使用追溯。
少数制造企业实现了服务器直接采集的技术，但仍会面临服务器压力大，数据存储元件易损坏；网络负荷大，数据传输过程中易发生丢包问题；响应周期长，指令处理时效性差等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：本发明公开了一种基于物联网多协议通信的网关，实现了车间现场设备状态透明化，同时采集的设备数据可提供给其他系统使用和数据分析，便于进行工艺或质量优化。解决了服务器存储压力、运算压力大，有效解决了网络数据丢包问题和数据实时性问题，拥有多协议转换，安全防护，报文解析和边缘计算等优点。
本发明所采用的技术方案是：一种基于物联网多协议通信的网关，包括IOT协议转换模块，数据采集模块，边缘计算模块，集成接口模块，文件传输模块；
IOT协议转换模块：通过各种接口接入设备、传感器或PLC，实现协议解析形成标准协议；将边缘计算模块边缘计算的结果数据转换成标准MQ或ModBus发送协议；
数据采集模块：通过监听或透传IOT转换后的协议，获取点位信息并生成报文，传递给边缘计算模块；
边缘计算模块：根据安全防护技术设置的协议拦截规则，将从数据采集模块获得的报文信息，通过边缘计算，实现对数据处理与分析，拦截或过滤可疑或无效的数据，对有效数据进行本地存储；根据接口模块接受的数据指令，将相关数据进行提取与计算，形成结果数据以暗文方式传递给IOT协议转换模块；
集成接口模块：通过接口接收服务器发出的指令信息，传递给边缘计算模块获取数据结果，或者通过文件传输模块获取并存储数控程序；将转换后的数据以MQ或ModBus的方式推送给服务器；
文件传输模块：根据从集成接口模块获取的指令信息，将传输的文件信息进行存储；通过消息队列要求实现向数控设备的文件下发或服务器的文件回传；通过文件比对实现对文件下发或回传结果的校验。
一种基于物联网多协议通信的网关，还包括壳体，IOT协议转换模块，数据采集模块，边缘计算模块，集成接口模块，文件传输模块安装在壳体内，壳体四周设置多种接口。
壳体上设置的接口包括USB口、HDMI口、VGA口、RS-485口、网口、RS-232口和CF卡槽。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明采用协议解析技术，实现了对西门子、发那科、海德汉、三菱、华中、广数、NUM、马扎克等数控设备系统的快速协议解析，实现了对西门子、施耐德、欧姆龙、倍福等PLC的快速协议解析，实现了对温度、超声波、湿度、压力、称重、气体烟雾等传感器的快速协议解析问题，解决了车间管理人员无法实时了解设备运行状态问题，为工艺、质量改进提供有效数据支撑，具有快速获取采集点位和完整报文解析的优点。
(2)本发明采用存储中心和边缘计算技术，解决服务器存储压力和运算压力问题，具有数据快速解析、灵活处理分析的优势。可实现集合设备联网、数据采集、报文解析、边缘计算和端口转发于一体的嵌入式物联网服务，实时监控和分析设备的工况数据、工艺数据、故障数据和能耗数据等。同时具备数据安全防护功能，对可疑数控程序、疑似入侵行为进行检查、拦截和报警，仅放行白名单数据，防止生产设备和服务器遭受攻击。
(3)本发明内置安全中心，通过黑白名单和防火墙，防止不符合要求的数据信息传入或访问工业现场，避免工业现场受到攻击。具有安全防护的优势。
(4)本发明内置数据采集和文件传输功能，可同时进行设备数据采集和数控程序传输的工作，解决部分制造企业需要配置两个产品的问题，具有采集传输一体化的优势。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
如图1所示，一种基于物联网多协议通信的网关，包括IOT协议转换模块，数据采集模块，边缘计算模块，集成接口模块，文件传输模块，壳体；通过DV12V电源线与网关相连，为网关接通电源。
IOT协议转换模块：将通过串口、网口、USB口、SPI接口等方式接入网关的设备、传感器或PLC，实现协议解析形成标准协议。将边缘计算的结果数据转换成标准MQ或ModBus发送协议，推送给数据服务终端系统。
数据采集模块：通过监听或透传IOT转换后的协议，获取点位信息并生成报文，传递给边缘计算模块。点位信息如下表所示。
表1点位信息表
Figure BDA0002322564410000041
边缘计算模块：根据安全防护技术设置的协议拦截规则，将数据采集获得的报文信息，通过边缘计算，实现对数据处理与分析，拦截或过滤可疑或无效的数据，有效数据进行本地存储。根据接口模块接受的数据指令，将相关数据进行提取与计算，形成结果数据以暗文方式传递给IOT协议转换模块。
集成接口模块：通过接口模块接收服务器发出的指令信息，传递给边缘计算模块获取数据结果，或者通过文件传输模块获取并存储数控程序；将转换好的数据以MQ或ModBus等方式推送给服务器。
文件传输模块：根据集成接口获取的命令，可将传输的文件信息进行存储。通过消息队列要求实现向数控设备的文件下发或服务器的文件回传。通过文件比对技术实现对文件下发或回传结果的校验工作。
壳体：壳体四周设有4个USB口、2个HDMI口、1个VGA口、1个RS-485口、4个网口、6个RS-232口和1个CF卡槽。
服务器端向网关发送接收文件指令，文件传输模块将传输文件保存至网关中。根据服务器端发来的消息队列要求，实现向数控设备的文件下发工作。通过文件对比技术，保证下发文件的正确性。服务器端向网关发送回传文件指令，文件传输模块将设备使用程序文件回传给服务器终端。
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 (3)

1.一种基于物联网多协议通信的网关，其特征在于，包括IOT协议转换模块，数据采集模块，边缘计算模块，集成接口模块，文件传输模块；
IOT协议转换模块：通过各种接口接入设备、传感器或PLC，实现协议解析形成标准协议；将边缘计算模块边缘计算的结果数据转换成标准MQ或ModBus发送协议；
数据采集模块：通过监听或透传IOT转换后的协议，获取点位信息并生成报文，传递给边缘计算模块；
边缘计算模块：根据安全防护技术设置的协议拦截规则，将从数据采集模块获得的报文信息，通过边缘计算，实现对数据处理与分析，拦截或过滤可疑或无效的数据，对有效数据进行本地存储；根据接口模块接受的数据指令，将相关数据进行提取与计算，形成结果数据以暗文方式传递给IOT协议转换模块；
集成接口模块：通过接口接收服务器发出的指令信息，传递给边缘计算模块获取数据结果，或者通过文件传输模块获取并存储数控程序；将转换后的数据以MQ或ModBus的方式推送给服务器；
文件传输模块：根据从集成接口模块获取的指令信息，将传输的文件信息进行存储；通过消息队列要求实现向数控设备的文件下发或服务器的文件回传；通过文件比对实现对文件下发或回传结果的校验。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网多协议通信的网关，其特征在于，还包括壳体，IOT协议转换模块，数据采集模块，边缘计算模块，集成接口模块，文件传输模块安装在壳体内，壳体四周设置多种接口。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网多协议通信的网关，其特征在于，壳体上设置的接口包括USB口、HDMI口、VGA口、RS-485口、网口、RS-232口和CF卡槽。
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