CN111954318A

CN111954318A - 一种设备互联的方法、装置及系统

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Publication number: CN111954318A
Application number: CN202010701666.5A
Authority: CN
Inventors: 傅仁轩
Original assignee: Guangdong College of Industry and Commerce
Current assignee: Guangdong College of Industry and Commerce
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2040-07-20
Also published as: CN111954318B

Abstract

本发明公开了一种设备互联的方法，步骤包括：响应设备互联指令，查找同一网络的附近设备；发现附近设备后，通过向同一网络的基站发送信令通知所述基站，与所述附近设备建立直接通信连接；确认建立直接通信连接后，与所述附近设备进行数据传输。本发明提供了一种设备互联的方法、装置及系统，能够使生产设备互联互通，从而实现生产系统网络化、智能化。

Description

一种设备互联的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，尤其是涉及一种设备互联的方法、装置及系统。

背景技术

随着计算机和互联网技术的高速发展、美国工业互联网、德国工业4.0及中国制造2025的实施，智能化是核心要素之一，传统制造业开始发生根本性改变，装备制造领域正面临一场深刻的技术变革，从数字制造向智能制造转型升级，已成为今后制造业发展的趋势。实现智能制造的重要前提之一就是设备的互联互通，实现传统工厂到智能工厂转变的关键是设备间的互联互通。

在工业现场、生产现场，尚有大量设备，如传感器、执行器、控制器、数字仪表、机床等，这些设备对实现自动化、网络化、智能化非常重要，可是这些设备，由于网络接口、通信接口或数据接口缺失，未接入生产过程监控系统，未能实现生产系统网络化、智能化；而且，在生产现场未接入控制系统的设备种类众多，地域分布广泛，通信链路多种多样，传输标准多样化，很难有一种通用的设备互联解决方案满足所有场景的需求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种设备互联的方法、装置及系统，能够使生产设备互联互通，从而实现生产系统网络化、智能化。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种设备互联的方法，步骤包括：

响应设备互联指令，查找同一网络的附近设备；

发现附近设备后，通过向同一网络的基站发送信令通知所述基站，与所述附近设备建立直接通信连接；

确认建立直接通信连接后，与所述附近设备进行数据传输。

作为优选方案，所述的设备互联的方法，还包括：

当完成数据传输并需要断开直接通信连接时，向所述基站发送信令以请求断开直接通信连接；

断开直接通信连接后，通知数据中心。

作为优选方案，在响应设备互联指令，查找同一网络的附近设备，之前还包括：

接收数据中心的指令并解析该指令；

若所述指令为读数据指令，则返回设备数据；

若所述指令为操作指令，则根据所述操作指令执行设备操作。

作为优选方案，若所述指令为读数据指令，则返回设备数据，具体为：

根据OPC协议设定事件触发条件；当所述事件触发条件满足时，向所述数据中心发送指令以建立数据连接；

建立数据连接后，向所述数据中心提供数据以实现数据读取和数据处理；

完成数据通信后，响应请求断开数据连接。

作为优选方案，所述接收数据中心的指令并解析该指令，还包括：

当接收到的是音视频数据时，将所述音视频数据转发至边缘计算设备进行信息处理，并等待所述边缘计算设备的反馈结果。

为了解决相同的技术问题，本发明实施例提供了一种设备互联的装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的设备互联的方法。

此外，本发明实施例提供了一种设备互联的系统，包括数据中心、通信设备以及至少一个如上所述的设备互联的装置；所述数据中心、所述设备互联的装置分别连接至所述通信设备。

作为优选方案，所述的设备互联的系统，还包括适配器；

所述适配器与不支持直接通信的互联设备连接，同时与所述数据中心通信连接，以实现所述互联设备与所述数据中心通信。

作为优选方案，所述的设备互联的系统，还包括边缘计算设备；

所述边缘计算设备与所述数据中心连接；

所述边缘计算设备与增强现实设备通信连接。

作为优选方案，所述通信设备包括路由器；所述路由器与具有网口的所述设备互联的装置连接。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明提供了一种设备互联的方法、装置及系统，在本发明技术方案中实现设备互联的设备、装置，包括传感器、产线设备、移动机器人等，这些设备、装置除了与数据中心进行通信，实现系统化控制外，设备与设备连接、装置与装置连接，形成设备互联网络，并且通过所述设备互联的方法，实现相互之间直接通信，使通信时延更低，通信效率更高，提高生产现场的设备通信速率，从而实现工业智能化。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种设备互联的方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例中的一种设备互联的方法的采用设备直通技术的通信过程示意图；

图3是本发明实施例中的一种设备互联的方法的不采用设备直通技术的通信过程示意图；

图4是本发明实施例中的一种设备互联的方法的软件实现具体流程图；

图5是本发明实施例中的一种设备互联的系统的5G通信网络连接图；

图6是本发明实施例中的一种设备互联的方法的采用OPC工业标准实现设备互联互通的结构图；

图7是本发明实施例中的一种设备互联的方法的采用OPC工业标准实现设备互联互通的软件实现示意图；

图8是本发明实施例中的一种用于实现AR设备通信的设备互联的方法的软件实现具体流程图；

图9是本发明实施例中的一种设备互联的系统的连接关系示意图；

图10是本发明实施例中的一种设备互联的系统的包含网口设备的连接关系示意图；

图11是本发明实施例中的一种设备互联的系统的采用MTconnect协议实现设备互联互通的通信示意图；

图12是本发明实施例中的一种设备互联的系统的采用MTconnect协议实现设备互联互通的通信示意图；

图13是本发明实施例中的一种设备互联的系统的包括AR设备的通信组网连接关系示意图。

具体实施方式

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。

请参见图1，本发明提供一种示例性实施例，一种设备互联的方法，步骤包括：

S101、响应设备互联指令，查找同一网络的附近设备；

S102、发现附近设备后，通过向同一网络的基站发送信令通知所述基站，与所述附近设备建立直接通信连接；

S103、确认建立直接通信连接后，与所述附近设备进行数据传输。

请参见图2，可以理解的是，建立直接通信连接的设备，设备之间的通信不需要基站中转，只要两个设备建立连接，就可以直接在两个设备之间进行数据传输，进一步地提高了通信速率，降低了通信时延，为实现工厂的智能化提供了技术支持。

在本实施例中，设备之间需要建立直接通信连接时，先要查找、发现临近设备，被发现的设备在网络中必须是允许被发现；发现附近设备后，需要通信的两个设备都需要发送信令至基站，以通知基站；一方面，通过信令传输，使互联设备之间实现数据传输，同时互联设备仍处于基站的控制范围内；另一方面，互联设备仅通过信令与基站交互，有利于节省与基站通信的通信成本。

具体地，采用5G蜂窝网络的D2D(Device-to-Device，称为设备直通)技术，实现两个对等的设备之间直接进行数据通信，两个对等的设备是指同一网络、同一基站的设备。移动机器人在工厂能代替人从事危险或人所不及的环境下作业，在其工作区域移动的过程中，附近会有其他移动机器人、AGV车或智能设备，为满足多机器人之间的协同、无碰撞作业，机器人之间、机器人和附近智能设备之间需要实时进行数据通信，获取最新环境数据设备状态数据，实时做出下一步的操作指令。由此可知，设备除了与数据中心进行通信外，有些情况下需要设备与设备之间的直接通信，直接通信能使通信时延更低，通信效率更高，更有利于工业现场的设备通信，实现智能控制。

所述设备互联的方法，还包括：

断开直接通信连接后，通知数据中心。

请参见图3，断开直接连接的设备，设备之间的通信需要基站中转才能完成。可以理解的是，由于同一网络中存在多个互联设备，当完成数据传输并需要断开直接通信连接时，需要向基站请求断开连接并使断开连接的设备重新向基站传输数据，从而填补数据传输漏洞，提高系统安全性，另外，同时通知数据中心当前的连接状态，能够使数据中心根据连接状态制定相关控制指令，避免出现在未知设备之间的互联状态的情况下无效控制指令，同时有利于提高系统的控制力。

请参见图4，所述设备互联的方法，在响应设备互联指令，查找同一网络的附近设备，之前还包括：

接收数据中心的指令并解析该指令；

若所述指令为读数据指令，则返回设备数据；

请参见图5，在具体的实施例中，设备1，设备n，移动设备均为互联设备，所述移动设备指的是移动机器人、AGV车等移动设备，这些互联设备内嵌5G通信模组，具有5G通信功能，通过5G基站连接到数据中心，这些设备能采集现场环境数据和生产数据，实时分析生产状况，实现整条生产线的无人化和无线化。

所述数据中心既能以主从方式读取各设备的数据，也可以随时接收设备发送的数据。如设备现场有报警情况发生时，能立即发送报警信息到数据中心，以便数据中心采取措施将损失降低到最小。数据中心也可以设置设备的工作参数，能根据生产现场的需要控制设备的工作方式、控制设备的开停。

若所述指令为读数据指令，则返回设备数据，具体为：

完成数据通信后，响应请求断开数据连接。

请参见图6，本实施例利用OPC实现数据双向通信，OPC(OLE for ProcessControl，用于过程控制的OLE)是一个工业标准，具有操作系统的设备可以通过OPC实现数据双向通信。互联设备端根据OPC协议编写OPC服务器程序，数据中心编写OPC客户端程序。

请参见图7，OPC服务器是数据的供应方法，负责提供数据源。OPC客户端是数据的使用方，对OPC服务器提供的数据按需要进行处理，按需要接通或断开与服务器的连接。

具体地，OPC服务器设置事件触发条件，当条件满足时，向客户端发送指令；OPC客户端接收到服务器的指令后，根据服务器的名称、IP地址找到服务器，向服务器发送建立连接请求；建立连接后，客户端读取服务器的数据、进行数据处理；完成数据通信后，OPC客户端请求与服务器断开连接。

请参见图8，本发明还提供一个具体实施例，所述设备互联的方法，所述接收数据中心的指令并解析该指令，还包括：

本实施例针对的互联设备为AR(Augmented Reality，即增强现实)设备，信息处理功能全部在MEC服务器完成。相对于传统的数据中心为集中式的大数据处理平台，MEC为边缘式的大数据处理平台。把传统数据中心分解成多种小型数据中心后放置到5G网络的边缘，即基站，通过5G终端与基站进行信息交互，使AR设备部分功能上移至边缘计算设备(MEC)进行处理。AR设备通过5G网络能实时获取现场环境数据、生产设备数据、以及故障处理指导等必要的信息，信息处理的工作全部在MEC服务器完成。MEC服务器缓存需要推送的AR音视频内容，通过深度包解析判断应用内容，确定推送AR内容并发送给用户。MEC技术通过内容本地化降低了通信时延，提升用户体验。

本发明提供一种示例性实施例，一种设备互联的装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的设备互联的方法。

请参见图9，本发明提供一种示例性实施例，一种设备互联的系统，包括数据中心、通信设备以及至少一个如上所述的设备互联的装置；

所述数据中心、所述设备互联的装置通过连接通信设备，接入设备互联通信网络。

所述数据中心由防火墙、交换机、通信服务器、数据库服务器及用户控制操作界面等组成，既可以接收各设备的数据，进行数据统计、分析、处理，形成各种报表用于指导生产，也能将控制信号发送到各设备，实现调节参数、控制设备的目的。

所述通信设备包括无线通信设备，主要是无线信号发射器、接收器；还包括有线通信设备，主要是数据终端、数据线等。

请参见图10，本发明提供一种优选实施例，所述通信设备包括路由器。所述路由器通过有线方式与具有网口的所述设备互联的装置连接。

具体地，具有网口的互联设备连接路由器，通过路由器接入数据中心。互联设备的网口为RJ45接口，并且通过通信协议实现设备互通。

本发明提供一种优选实施例，所述设备互联的系统，还包括适配器；

具体地，所述适配器为MTConnect适配器，所述MTConnect适配器与不支持MTConnect协议的互联设备连接，同时通过MTConnect代理与作为MTConnect客户端的数据中心通信连接。

请参见图11，MTconnect是美国机械制造技术协会(Association forManufacturing Technology)主导制订的数控设备互联通信协议。MTConnect代理是一种收集、处理和存储来自于设备或适配器的数据的软件，可以连接多个设备，并通过Http向客户端提供标准的XML文档格式的数据，客户端只需与MTConnect代理进行通信。

请参见图12，MTConnect客户端与MTConnect代理之间的通信具体为：MTConnect客户端向代理发送Http请求，MTConnect代理收到请求后并响应请求建立连接，进行数据通信，完成后断开连接。

可以理解的是，需要实现互联互通的生成设备包括数控机床、机械手、测量设备、刀具/卡具库等设备。对于不支持MTconnect协议的设备需要增加MTconnect适配器才能接入数据中心，所述MTconnect适配器将不支持MTconnect协议的设备的数据转换为符合MTConnect标准数据，并且适配器请求发送数据，MTConnect代理响应请求，建立连接并进行数据通信；若设备支持MTConnect协议，则设备请求发送数据，代理响应请求，建立连接并进行数据通信。

本发明提供一种优选实施例，所述设备互联的系统，还包括边缘计算设备；

所述边缘计算设备与所述数据中心连接；

所述边缘计算设备与增强现实设备通信连接。

增强现实设备，即AR(Augmented Reality)设备。具体地，所述边缘设备连接至5G基站，并且所述AR设备与5G终端连接，所述5G终端与所述5G基站通信连接。

请参见图13，利用AR技术指导生产装配、远程维护等工作时，为使操作者方便开展工作，需要AR设备具有很高的灵活性和轻便性。利用MEC(Multi-access Edge Computing，多接入边缘计算)技术将AR设备信息处理功能“上移”到MEC服务器，数据中心的部分功能“下沉”到更接近AR设备的无线接入网侧的MEC服务器，这样AR设备仅仅具备连接和显示的功能。

在本实施例中，所述AR设备内部无通信模块，有线连接5G终端进行通信。所述边缘计算设备，指的是边缘式的大数据处理平台MEC，能够把传统数据中心分解成多种小型数据中心后放置到5G网络的边缘，即基站，通过5G终端与基站进行信息交互，使AR设备部分功能上移至边缘计算设备(MEC)进行处理。

AR(Augmented Reality，即增强现实)设备需要传输大量视频、语音等信息，5G提供大宽带、低时延、大连接的网络，网速是4G的100倍、数据传输的时延小于1毫秒，这样的传输速度能有效解决AR内容，尤其是8K及以上超高清内容的传输问题。

利用AR设备，对生产任务进行分步指引，指导工作人员手动装配过程、远程维护等，AR远程指导维修能实现即时通信、手动标注、位置标注、顺序标注、文字标注、实物识别、操作演示、静止观察等功能。将操作指令以可视化方式进行展示，规范员工作业操作，减少安全事故的发生,大大提高了工作效率。

通过设备互联互通能实现以下目标：实时采集生产进度、设备状态等现场信息，建立生产过程数据库，提高生产效率；采用机器人及自动化设备实现生产过程自动化，减少人员成本；生产过程实现实时控制，故障预警和过程可视化，保证生产正常进行，减少意外停机事件；使用在线检测技术，实现工序在线检测、成品在线检测，以及检测数据自动上传，依据实时采集的过程数据，建立产品质量追溯系统，降低产品不合格率；实现面向产品设计、成型、加工、装配、检测、设备安全保障、服务等各环节的动态优化与整合，提高企业的智能化水平，提升企业的管理水平、生产效率和产品质量。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种设备互联的方法，其特征在于，步骤包括：

响应设备互联指令，查找同一网络的附近设备；

确认建立直接通信连接后，与所述附近设备进行数据传输。

2.如权利要求1所述的设备互联的方法，其特征在于，还包括：

断开直接通信连接后，通知数据中心。

3.如权利要求1所述的设备互联的方法，其特征在于，在响应设备互联指令，查找同一网络的附近设备，之前还包括：

接收数据中心的指令并解析该指令；

若所述指令为读数据指令，则返回设备数据；

4.如权利要求3所述的设备互联的方法，其特征在于，若所述指令为读数据指令，则返回设备数据，具体为：

完成数据通信后，响应请求断开数据连接。

5.如权利要求3所述的设备互联的方法，其特征在于，所述接收数据中心的指令并解析该指令，还包括：

6.一种设备互联的装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述的设备互联的方法。

7.一种设备互联的系统，其特征在于，包括数据中心、通信设备以及至少一个如权利要求6所述的设备互联的装置；所述数据中心、所述设备互联的装置分别连接至所述通信设备。

8.如权利要求7所述的设备互联的系统，其特征在于，还包括适配器；

9.如权利要求7所述的设备互联的系统，其特征在于，还包括边缘计算设备；

所述边缘计算设备与所述数据中心连接；

所述边缘计算设备与增强现实设备通信连接。

10.如权利要求7所述的设备互联的系统，其特征在于，所述通信设备包括路由器；所述路由器与具有网口的所述设备互联的装置连接。