CN111897296A - 一种基于5g通信的工业产线智能管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于5G通信的工业产线智能管理系统，属于5G通信技术领域，包括数据交互智能终端、5G无线数据终端以及云端服务器；本发明通过5G通信网络，利用自主设计开发的数据交互终端，最终将产线设备和云端服务器进行有机结合，实现对工业产线的智能化管理；高速率、低延时的5G网络使工业产线组网更加灵活，数据传输效率明显提升；云计算与人工智能技术使得产线设备质量保障有更高的提升；远程监控和云化调控使得产线的调测更便捷；智能维保极大缩短设备维保时间，对工业产线降本增效和产能优化有着重要的意义，具有非常广阔的市场前景。

Description

一种基于5G通信的工业产线智能管理系统
技术领域
本发明属于5G通信技术领域，具体涉及一种基于5G通信的工业产线智能管理系统。
背景技术
目前各大企业工业产线的智能管理技术还处于初步的“机器与机器之间的数据交互”，即通过现场工业设备的联网和底层数据采集来实现现场设备之间的互通互联，同时确保数据交互的准确性、完整性、可靠性和及时性，这些也是实现工业产线智能管理的基础。
但是随着设备类型越来越丰富、规模数量不断扩大、数据的交互处理越来越迅速，但是现有很多工业产线的自动化设备，诸如控制器、驱动器、传感器等大都来自于不同的设备制造商，并没有采用统一的通讯协议，这些都为构建工业产线的集中化智能管理系统带来技术“壁垒”。另外随着物联网、大数据、云计算、人工智能和5G通信等新一轮信息技术的发展，新的产业技术革命已经到来，构建工业产线的标准化、智能化的集中管理系统被提上日程。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于5G通信的工业产线智能管理系统，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于5G通信的工业产线智能管理系统，包括数据交互智能终端、5G无线数据终端以及云端服务器；其中，数据交互智能终端和5G无线数据终端通过千兆网线或WIFI进行连接，5G无线数据终端通过5G通信网络与云端服务器进行通信；
数据交互智能终端，被配置为用于完成工业产线设备底层数据和信息的采集，对采集的数据进行初步处理，然后将处理结果通过5G通信网络传输至云端服务器；以及对工业产线设备的控制参数的优化设置；
5G无线数据终端，被配置为用于通过5G通信网络与云端服务器进行通信，将工业产线的数据和信息传输至云端服务器；
云端服务器，被配置为用于对工业产线设备进行集中化智能管理。
优选地，数据交互智能终端，包括电源、CPU控制器、存储单元、CAN总线协议解析单元、Profibus-DP协议解析单元、Modbus协议解析单元、Arcnet协议解析单元以及以太网协议转换单元；
CAN总线协议解析单元包括CAN总线接口电路，Profibus-DP协议解析单元包括Profibus-DP接口电路，Modbus协议解析单元Modbus接口电路，Arcnet协议解析单元包括Arcnet接口电路，以太网协议转换单元包括以太网接口电路以及USB接口电路；CPU控制器分别与电源、存储单元、CAN总线接口电路、Profibus-DP接口电路、Modbus接口电路、Arcnet接口电路、以太网接口电路以及USB接口电路通过线路连接；
CAN总线协议解析单元、Profibus-DP协议解析单元、Modbus协议解析单元以及Arcnet协议解析单元，被配置为用于完成对接收到的数据帧按照协议进行数据包拆封，提取用户需要的数据内容；
以太网协议转换单元，被配置为用于对协议解析单元接收的数据内容进行协议封装，以及对CPU控制器发送给各工业产线设备的数据进行协议转换，转换为对应的协议模式。
优选地，工业产线设备，包括CAN总线设备、Profibus-DP总线设备、Modbus总线设备以及Arcnet协议设备；CAN总线设备上设置有CAN总线接口，Profibus-DP总线设备上设置有Profibus-DP总线接口，Modbus总线设备上设置有Modbus总线接口，Arcnet协议设备上设置有Arcnet协议接口。
优选地，CAN总线设备为传感器，Profibus-DP总线设备为驱动器，Modbus总线设备为控制器，Arcnet协议设备为执行机构。
优选地，数据交互智能终端的具体工作过程如下：
数据交互智能终端程序初始化，等待接收云服务器命令；数据交互智能终端接收到命令，判断云服务器是读操作还是写操作；若是读操作，则首先判断接收数据属于何种协议，根据对应协议格式进行数据拆封，提取有效数据再通过以太网协议发送给云服务器；若是写操作，则首先根据以太网协议拆封数据，提取有效数据，再根据该数据的目标设备协议格式进行数据封装，再将封装好的数据发送到目标设备；完成此次命令操作后，返回继续等待下次命令本发明所带来的有益技术效果：
本发明创新主要是通过5G通信、云计算和数据采集技术的有机结合，以工业产线的各种自动化控制设备作为底层数据基础，以5G通信做作为网络通道，形成从云端服务器到工业产线各类设备的集中智能化管理技术，突破了原先产线管理单一化、数据处理简单化、数据通讯协议差异化等技术“壁垒”。另外，本技术还可以利用机器学习和人工智能从而实现用户对工业产线优化生产流程的调控、产线设备的智能维保等功能，为工业产线的稳定可靠运行提供完整的解决方案，能够有效提升工业产线的智能管理水平，具有广泛的应用空间。
附图说明
图1为基于5G通信的工业产线智能管理系统结构示意图。
图2为数据交互智能终端的工作原理图。
图3为数据交互终端的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
基于5G通信的工业产线智能管理系统组成如图1所示，本发明基于5G通信的工业产线智能管理系统主要是由数据交互智能终端、5G CPE(5G无线数据终端)以及云端服务器三大部分组成；其中，数据交互智能终端和5G无线数据终端通过千兆网线或WIFI进行连接，5G无线数据终端通过5G通信网络与云端服务器进行通信。
数据交互智能终端作为本发明的核心部分，主要是完成工业产线设备底层数据采集、对采集的数据进行初步处理，最终统一以以太网协议格式通过5G通信网络发给云端服务器以及对工业产线本地设备控制参数的优化设置等。考虑到工业产线设备的数据通信协议的差异性，对目前产线使用较多的以太网协议、CAN总线协议、Profibus-DP协议、Modbus协议以及Arcnet协议等之间进行转换的可行性、转换方法、转换类型以及不同设备标识等问题进行分析和研究，最终设计出数据交互智能终端，实现了不同协议与以太网协议之间的转换功能。数据交互智能终端具体的工作原理如图2所示。
数据交互智能终端主要包括主程序、CAN总线协议解析、Profibus-DP协议解析、Modbus协议解析、Arcnet协议解析以及最终以太网协议的转换等。各协议解析部分主要是完成对接收到的数据帧按照协议进行数据包拆封，提取用户需要的数据内容。以太网协议的转换主要是对各协议接收的数据内容进行协议封装和对产线控制器发送给各总线设备的数据进行协议转换，转换为对应的协议模式。具体工作流程如图3所示。
其具体的工作过程如以下步骤：
步骤1：数据交互智能终端程序初始化，等待接收云服务器命令。
步骤2：数据交互智能终端接收到命令，判断云服务器是读操作还是写操作。
步骤3：数据交互智能终端若是读操作，则首先判断接收数据属于何种协议，根据对应协议格式进行数据拆封，提取有效数据再通过以太网协议发送给云服务器；数据交互智能终端若是写操作，则首先根据以太网协议拆封数据，提取有效数据，再根据该数据的目标设备协议格式进行数据封装，再将封装好的数据发送到目标设备。
步骤4：完成此次命令操作后，返回继续等待下次命令。
本发明通过5G通信网络，利用自主设计开发的数据交互终端，最终将产线设备和云端服务器进行有机结合，实现对工业产线的智能化管理。高速率、低延时的5G网络使工业产线组网更加灵活，数据传输效率明显提升；云计算与人工智能技术使得产线设备质量保障有更高的提升；远程监控和云化调控使得产线的调测更便捷；智能维保极大缩短设备维保时间，对工业产线降本增效和产能优化有着重要的意义，具有非常广阔的市场前景。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于5G通信的工业产线智能管理系统，其特征在于：包括数据交互智能终端、5G无线数据终端以及云端服务器；其中，数据交互智能终端和5G无线数据终端通过千兆网线或WIFI进行连接，5G无线数据终端通过5G通信网络与云端服务器进行通信；
数据交互智能终端，被配置为用于完成工业产线设备底层数据和信息的采集，对采集的数据进行初步处理，然后将处理结果通过5G通信网络传输至云端服务器；以及对工业产线设备的控制参数的优化设置；
5G无线数据终端，被配置为用于通过5G通信网络与云端服务器进行通信，将工业产线的数据和信息传输至云端服务器；
云端服务器，被配置为用于对工业产线设备进行集中化智能管理。
2.根据权利要求1所述的基于5G通信的工业产线智能管理系统，其特征在于：数据交互智能终端，包括电源、CPU控制器、存储单元、CAN总线协议解析单元、Profibus-DP协议解析单元、Modbus协议解析单元、Arcnet协议解析单元以及以太网协议转换单元；
CAN总线协议解析单元包括CAN总线接口电路，Profibus-DP协议解析单元包括Profibus-DP接口电路，Modbus协议解析单元Modbus接口电路，Arcnet协议解析单元包括Arcnet接口电路，以太网协议转换单元包括以太网接口电路以及USB接口电路；CPU控制器分别与电源、存储单元、CAN总线接口电路、Profibus-DP接口电路、Modbus接口电路、Arcnet接口电路、以太网接口电路以及USB接口电路通过线路连接；
CAN总线协议解析单元、Profibus-DP协议解析单元、Modbus协议解析单元以及Arcnet协议解析单元，被配置为用于完成对接收到的数据帧按照协议进行数据包拆封，提取用户需要的数据内容；
以太网协议转换单元，被配置为用于对协议解析单元接收的数据内容进行协议封装，以及对CPU控制器发送给各工业产线设备的数据进行协议转换，转换为对应的协议模式。
3.根据权利要求1所述的基于5G通信的工业产线智能管理系统，其特征在于：工业产线设备，包括CAN总线设备、Profibus-DP总线设备、Modbus总线设备以及Arcnet协议设备；CAN总线设备上设置有CAN总线接口，Profibus-DP总线设备上设置有Profibus-DP总线接口，Modbus总线设备上设置有Modbus总线接口，Arcnet协议设备上设置有Arcnet协议接口。
4.根据权利要求3所述的基于5G通信的工业产线智能管理系统，其特征在于：CAN总线设备为传感器，Profibus-DP总线设备为驱动器，Modbus总线设备为控制器，Arcnet协议设备为执行机构。
5.根据权利要求1所述的基于5G通信的工业产线智能管理系统，其特征在于：数据交互智能终端的具体工作过程如下：
数据交互智能终端程序初始化，等待接收云服务器命令；数据交互智能终端接收到命令，判断云服务器是读操作还是写操作；若是读操作，则首先判断接收数据属于何种协议，根据对应协议格式进行数据拆封，提取有效数据再通过以太网协议发送给云服务器；若是写操作，则首先根据以太网协议拆封数据，提取有效数据，再根据该数据的目标设备协议格式进行数据封装，再将封装好的数据发送到目标设备；完成此次命令操作后，返回继续等待下次命令。
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