CN111901233A - 一种工业中继网关及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工业中继网关及其控制方法，包括：主控单元，用于调度和管理工业中继网关中的模块的运行；通讯模块，其连接到主控单元，用于实现主控单元与服务器之间的通信；工业WIFI模块，其连接到主控单元，用于对中继网关的参数配置；输出节点，与主控单元和终端设备相连接，用于传输终端设备的状态信息以及主控单元的控制信号；其中，主控单元中包括边缘处理模块，边缘处理模块连接到终端设备，用于进行设备协同任务。工业中继网关能够依据实时获取的设备信息进行调整进度，能够对关键设备的信息进行处理及快速响应，解决了远端需要与设备频繁通讯，才能获取所需信息，导致通讯数据量大，当设备较多时，反应速度降低的问题。

Description

一种工业中继网关及其控制方法

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，尤其涉及一种工业中继网关及其控制方法。

背景技术

随着人力成本及生产流程的标准化，工业领域自动化水平逐年提高，流程化的生产，往往被拆分成多个模块，分别由不同的设备协同完成。设备的协调需要调度系统的控制，为了更方便的调度和掌控生产，往往会将整个系统控制的服务器，设立在远端。生产设备之间组成局域网，将数据通过网关，转发给远端的工业生产调度系统，调度系统会根据设备的状态及生产流程，发送任务给设备。调度系统的响应速度，多设备协调能力，设备的运转率会直接决定了生产的效率。不难看出，整个自动化设备操作，都是建立在网络的基础上，然而实际生产环境较为复杂，不一定支持有线网络的布局，所以设计一款基于高速移动网络的工业中继网关显得尤为重要。

现有的网关仅是基于以太网通讯的，使用移动通讯接口单一，不能兼容多种设备的信息获取，如果要实现远端的任务调度，需要配置的通讯设备较多，为实现多个接口的数据交互，需要另外配置多个信号转换模块；而且网关只转发数据，不处理数据，设备较多时，数据交互会大大提高，信息量大，网络容易堵塞，稳定性下降，系统控制滞后严重。

发明内容

本发明实施例提供一种工业中继网关及其控制方法，用于解决现有技术网络容易堵塞，稳定性下降，系统控制滞后严重以及不能兼容多种设备的不同接口的技术问题。

本发明实施例提供了一种工业中继网关，包括：主控单元，用于调度和管理所述工业中继网关中的模块的运行；通讯模块，其连接到所述主控单元，用于实现主控单元与服务器之间的通信；工业WIFI模块，其连接到所述主控单元，用于对所述中继网关的参数配置；输出节点，与所述主控单元和终端设备相连接，用于传输所述终端设备的状态信息以及所述主控单元的控制信号；其中，主控单元中包括边缘处理模块，所述边缘处理模块连接到所述终端设备，用于进行设备协同任务。

在本发明的一些实施方式中，所述输出节点包括UART端口以及网口，所述UART端口为设备扩展口，用于连接非网络接口的终端设备；所述网口为设备连接口，用于连接支持网络连接的终端设备。

在本发明的一些实施方式中，所述主控单元还包括信息处理模块，所述信息处理模块连接到所述终端设备，用于解析所述服务器的信息，并发送至终端设备。

在本发明的一些实施方式中，所述主控单元还包括NXP1012A处理器。

在本发明的一些实施方式中，所述工业中继网关还包括电源模块，输入12V/3A，经过DC转DC电路，转换成5V及4.2V，用于对所述通讯模块及所述主控单元供电。

在本发明的一些实施方式中，所述通讯模块为5G工业模块MH500。

本发明实施例还提供了一种根据上述的工业中继网关的控制方法，所述控制方法包括：响应于服务器的设备协同请求，对接收到的服务器数据进行解析；将解析后的服务器数据转发至至少一个目标设备，并创建关键信息表以及任务进度表；响应于获取的所述至少一个目标设备的设备信息，判断所述设备信息中是否存在关键信息，其中，所述关键信息包括设备地址、设备类型、设备状态含义；若所述设备信息中存在关键信息，基于关键信息的变化对任务进度进行调整，并更新所述关键信息表以及任务进度表。

在本发明的一些实施方式中，在若所述设备信息中存在关键信息，基于关键信息的变化对任务进度进行调整，并更新所述关键信息表以及任务进度表之后，所述控制方法还包括：将更新后的所述关键信息表以及任务进度表发送至服务器。

在本发明的一些实施方式中，在响应于服务器的设备协同请求，对接收到的服务器数据进行解析之前，所述控制方法还包括：基于用户的配置信息，设定工作模式，其中，所述工作模式包括传输模式以及调整模式。

在本发明的一些实施方式中，在将解析后的服务器数据转发至至少一个目标设备，并创建关键信息表以及任务进度表之后，所述控制方法还包括：响应于获取的所述至少一个目标设备的设备信息，创建设备状态表；响应于接收的设备连接超时信号，对设备状态表进行更新，并发送至服务器。

本申请的工业中继网关及其控制方法，具有以下有益效果：

1、在服务器下达任务及流程之后，工业中继网关能够依据实时获取的设备信息进行调整进度，能够对关键设备的信息进行处理及快速响应，解决了远端需要与设备频繁通讯，才能获取所需信息，导致通讯数据量大，当设备较多时，反应速度降低的问题。

2、采用多种输出节点，能够兼容不同的终端设备，实现多种设备的通讯，解决了为实现多个接口的数据交互，需要另外配置多个信号转换模块的问题。

3、采用5G移动通讯网络连接广域网，高带宽，速率快，降低通讯延时率。

4、本申请的中继网关在识别到终端设备连接后，主动维护终端设备连接，解析并汇总所有设备信息，再发送给远端服务器，从而便于维护人员及时发现终端设备的故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为现有技术中的网关工作的连接框图；

图2为本发明一实施例提供的一种工业中继网关的结构框图；

图3为本发明一实施例提供的一种工业中继网关的主控单元的结构框图；

图4为本发明一实施例提供的一种工业中继网关的控制方法的流程图；

图5为本发明一实施例提供的一种工业中继网关的工作流程框图；

图6为本发明一具体实施例提供的工作框图；

图7为本发明一具体实施例提供的一种工业中继网关工作的连接框图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、主控单元；1001、边缘处理模块；1002、信息处理模块；11、通讯模块；12、工业WIFI模块；1301、UART端口；1302、网口；13、输出节点；14、电源模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了现有技术中的网关工作的连接框图。

发明人发现：传统网关仅是基于以太网通讯的，使用移动通讯接口单一，不能兼容多种设备的信息获取；如果要实现远端的任务调度，需要配置的通讯设备较多(如图1所示)为实现多个接口的数据交互，需要另外配置多个信号转换模块。因为网关只转发数据，不处理数据，设备较多时，数据交互会大大提高，信息量大，网络容易堵塞，稳定性下降，系统控制滞后严重。

请参阅图2，其示出了本申请的工业中继网关，工业中继网关包括：主控单元10，用于调度和管理工业中继网关中的模块的运行。

通讯模块11，其连接到主控单元10，用于实现主控单元10与服务器之间的通信，采用华为公司的5G工业模块MH5000，MH5000模块搭载华为5G通信芯片巴龙5000，下行速率可达2Gbps，上行速率可达230Mbps，支持非独立、独立组网模式，可以匹配中国5G网络，实现了5G移动通讯网络连接广域网，高带宽，速率快，降低通讯延时率。

工业WIFI模块12，其连接到主控单元10，用于对中继网关的参数配置，采用高通公司的工业及wifi方案，主控型号QCA9892，工作电压3.3V,支持2.4GHz与5GHz双频，支持空间复用，循环延迟分集(CDD)，低密度校验码(LDPC),比合并(MRC),空时分组码(STBC)，本设计中使用PCIE接口与主控建立数据通讯。

输出节点13，与主控单元10和终端设备相连接，用于传输终端设备的状态信息以及主控单元10的控制信号。

具体地，输出节点13包括UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter通用异步收发传输器)端口1301以及网口1302，UART端口1301为设备扩展口，用于连接非网络接口的终端设备；网口1302为设备连接口，用于连接支持网络连接的终端设备。这样，采用多种输出节点13，能够兼容不同的终端设备，实现多种设备的通讯，解决了为实现多个接口的数据交互，需要另外配置多个信号转换模块的问题。

具体地，工业中继网关还包括电源模块14，输入12V/3A，经过DC转DC电路，转换成5V及4.2V，用于对通讯模块11及主控单元10供电。

主控单元10还包括NXP1012A处理器。主频1GHz。最高支持2个2.5G bps以太网控制器，配备硬件包转发引擎，网络交换性能可达线速；同时可支持SATA3.0、PCIe2.0、USB3.0、UART、SD等功能接口，本设计中使用OpenWrt操作系统。

针对主控单元10的具体结构，请参阅图3，主控单元10中包括边缘处理模块1001，边缘处理模块1001连接到终端设备，用于进行设备协同任务。这样，在服务器下达任务及流程之后，边缘处理模块1001能够依据实时获取的设备信息进行调整进度，能够对关键设备的信息进行处理及快速响应，解决了远端需要与设备频繁通讯，才能获取所需信息，导致通讯数据量大，当设备较多时，反应速度降低的问题。

主控单元10还包括信息处理模块1002，信息处理模块1002连接到终端设备，用于解析服务器的信息，并发送至终端设备。这样，在识别到终端设备连接后，信息处理模块1002，主动维护终端设备连接，解析并汇总所有设备信息，再发送给远端服务器，从而便于维护人员及时发现终端设备的故障。

请参阅图4，其示出了本申请的工业中继网关的控制方法的流程图。

如图4所示，在步骤101中，响应于服务器的设备协同请求，对接收到的服务器数据进行解析；

在步骤102中，将解析后的服务器数据转发至至少一个目标设备，并创建关键信息表以及任务进度表；

在步骤103中，响应于获取的至少一个目标设备的设备信息，判断设备信息中是否存在关键信息，其中，关键信息包括设备地址、设备类型、设备状态含义；

在步骤104中，若设备信息中存在关键信息，基于关键信息的变化对任务进度进行调整，并更新关键信息表以及任务进度表。

在本实施例中，对于步骤101，工业中继网关响应于服务器的设备协同请求，对接收到的服务器数据进行解析。之后，对于步骤102，工业中继网关将解析后的服务器数据转发至至少一个目标设备，并创建关键信息表以及任务进度表。然后，对于步骤103，工业中继网关响应于获取的至少一个目标设备的设备信息，判断设备信息中是否存在关键信息，其中，关键信息包括设备地址、设备类型、设备状态含义。之后，对于步骤104，若设备信息中存在关键信息，工业中继网关基于关键信息的变化对任务进度进行调整，并更新关键信息表以及任务进度表。

本实施例的方法通过基于终端设备的关键信息的变化对任务进度进行调整，能够对终端设备的工作状况进行快速调整，解决了远端需要与设备频繁通讯，才能获取所需信息，导致通讯数据量大，当设备较多时，反应速度降低的问题。

具体地，在若设备信息中存在关键信息，基于关键信息的变化对任务进度进行调整，并更新关键信息表以及任务进度表之后，控制方法还包括：将更新后的关键信息表以及任务进度表发送至服务器。

在本发明的一些实施方式中，在响应于服务器的设备协同请求，对接收到的服务器数据进行解析之前，控制方法还包括：基于用户的配置信息，设定工作模式，其中，工作模式包括传输模式以及调整模式。

具体地，传输模式：通过网络接口连接，数据只转发，不处理，可以类比于传统的路由器。

调整模式：需要用户先进行网关基础数据配置，比如设置设备类型，设备连接方式，设备通讯速率等，启动后，中继网关依据配置的情况，进行识别信息和操作终端设备。

调整模式为在获取服务器的数据后，对数据进行解析，依据任务进度进行转发至目标终端设备，实时获取的设备信息后，能够对任务进度进行合理调整，使得终端设备快速响应。

在本发明的另一些实施方式中，在将解析后的服务器数据转发至至少一个目标设备，并创建关键信息表以及任务进度表之后，控制方法还包括：响应于获取的至少一个目标设备的设备信息，创建设备状态表；响应于接收的设备连接超时信号，对设备状态表进行更新，并发送至服务器。这样，设备状态信息表里面包含设备编号、设备运行情况以及设备故障情况等等，服务器下发任务时，会关联设备，对应的设备会有一些设备状态信息，在终端设备连接中断或故障导致连接超时时，通过将设备状态表发送至服务端，使得服务端重新调整任务进度，并且工作人员依据设备状态表是否更新的情况，进而直观的判断出终端设备是否发生故障。

在一个具体的应用场景中，如图6所示，以立体智能仓库为例，该仓库占用空间小，可对多类物品进行混合管理，配合自动出入库系统，可以实现无人化作业，灵活性高，不但提高空间利用率，也可以提高货品进出库效率。下图为主要设备连接示意图，远端服务器负责分配任务，中继网关负责区域内设备的监控及任务调度，条码扫描机负责对货品的识别，流水线负责货品的运输，AGV负责货品的转场，堆垛机器人负责将货品放入及取出。

货物入库流程的控制流程：

远端服务器，下发任务及AGV配送流程给中继网关，将物品放入库位A.其作业流程如下：

整个系统工作为入库状态

AGV到达传送带3

AGV启动滚轮将货品运送到传送带3

传送带3将物品送至传送带4

物品经过标签扫描器

推送器将物品推送至入库传送带

入库传送带运输物品到堆垛机器人端

堆垛机器人接收物品

堆垛机器人移动到目标位置

堆垛机器人将物品转移到立体仓库中

堆垛机器人就位传送带末端

中继网关分解任务，形成关键信息表及任务进度表。

需要设备协作的部分

标签扫描机在识别物品后，需要识别堆垛机器人位置，从而控制推送器将物品推送到对应的传送带

网关通过物品条码信息，告知堆垛机器人，物品的目标摆放位置

设备关键信息：

物品条码信息识别、堆垛机器人就绪、推送器目标到位、堆垛机器人已获取物品、堆垛机器人到位

服务器默认的任务进度：

物品条码信息识别、推送器目标到位、堆垛机器人就绪、堆垛机器人已获取物品、堆垛机器人到位

实际任务进度表更新：

当标签扫描机识别到物品后，数据发送给网关，

若堆垛机器人已就位传送带1，任务进度将保持默认推送器1目标到位，物品将推送至传送带1；若堆垛机器人只就位传送带2，网关将调整任务进度变更为推送器2目标到位信息，物品将推送至传送带2；若堆垛机器人都未就位，任务进度将保持默认推送器1目标到位，物品将被推送至传送带1，此时任务进度将切换到机器人就绪，当机器人就绪后，传送带1将启动。

任务进度将切换到堆垛机器人获取物品信息

堆垛机器人获取物品后，网关将发送目标摆放位置给堆垛机器人，进度将调整为机器人完成物品摆放

堆码机器人完成物品摆放后，进度将切换为堆垛机器人就绪信息

堆垛机器人就绪传送带后，该任务进度结束。

通过以上案例可知，实际作业期间，设备的协调操作频繁，相互关联的因数较多，一款具有边缘处理能力的中继网关，不但可以提供稳定的网络通讯，而且可以根据关键点信息优化资源的配置，保证生产的安全可靠。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种工业中继网关，其特征在于，包括：

主控单元，用于调度和管理所述工业中继网关中的模块的运行；

通讯模块，其连接到所述主控单元，用于实现主控单元与服务器之间的通信；

工业WIFI模块，其连接到所述主控单元，用于对所述中继网关的参数配置；

输出节点，与所述主控单元和终端设备相连接，用于传输所述终端设备的状态信息以及所述主控单元的控制信号；

其中，主控单元中包括边缘处理模块，所述边缘处理模块连接到所述终端设备，用于进行设备协同任务。

2.根据权利要求1所述的一种工业中继网关，其特征在于，所述输出节点包括UART端口以及网口，所述UART端口为设备扩展口，用于连接非网络接口的终端设备；

所述网口为设备连接口，用于连接支持网络连接的终端设备。

3.根据权利要求1所述的一种工业中继网关，其特征在于，所述主控单元还包括信息处理模块，所述信息处理模块连接到所述终端设备，用于解析所述服务器的信息，并发送至终端设备。

4.根据权利要求1所述的一种工业中继网关，其特征在于，所述主控单元还包括NXP1012A处理器。

5.根据权利要求1所述的一种工业中继网关，其特征在于，所述工业中继网关还包括电源模块，输入12V/3A，经过DC转DC电路，转换成5V及4.2V，用于对所述通讯模块及所述主控单元供电。

6.根据权利要求1所述的一种工业中继网关，其特征在于，所述通讯模块为5G工业模块MH500。

7.一种工业中继网关的控制方法，其特征在于，包括：

响应于服务器的设备协同请求，对接收到的服务器数据进行解析；

将解析后的服务器数据转发至至少一个目标设备，并创建关键信息表以及任务进度表；

响应于获取的所述至少一个目标设备的设备信息，判断所述设备信息中是否存在关键信息，其中，所述关键信息包括设备地址、设备类型、设备状态含义；

若所述设备信息中存在关键信息，基于关键信息的变化对任务进度进行调整，并更新所述关键信息表以及任务进度表。

8.根据权利要求7所述的一种工业中继网关的控制方法，其特征在于，在若所述设备信息中存在关键信息，基于关键信息的变化对任务进度进行调整，并更新所述关键信息表以及任务进度表之后，所述控制方法还包括：

将更新后的所述关键信息表以及任务进度表发送至服务器。

9.根据权利要求7所述的一种工业中继网关的控制方法，其特征在于，在响应于服务器的设备协同请求，对接收到的服务器数据进行解析之前，所述控制方法还包括：

基于用户的配置信息，设定工作模式，其中，所述工作模式包括传输模式以及调整模式。

10.根据权利要求7所述的一种工业中继网关的控制方法，其特征在于，在将解析后的服务器数据转发至至少一个目标设备，并创建关键信息表以及任务进度表之后，所述控制方法还包括：

响应于获取的所述至少一个目标设备的设备信息，创建设备状态表；

响应于接收的设备连接超时信号，对设备状态表进行更新，并发送至服务器。

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