CN112311664A - 一种工业互联网数据交互方法、系统及工业网关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业互联网技术领域，具体涉及一种工业互联网数据交互方法、系统及工业网关。包括获取现场设备的现场总线协议数据，所述现场总线协议数据对应的现场总线协议已列入IEC61158现场总线标准；对现场总线协议数据进行协议转换，将其转换为指定协议类型的工业协议数据；对转换后的工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，生成访问数据；将访问数据通过设定的设备访问接口输出。本发明可以实现对工业现场设备交互数据的统一传输处理，解决因不同现场设备传输不同协议类型数据而造成的交互数据处理繁琐的问题，提高工业互联效率。

Description

一种工业互联网数据交互方法、系统及工业网关

技术领域

本发明涉及工业互联网技术领域，具体涉及一种工业互联网数据交互方法、系统及工业网关。

背景技术

工业互联网是全球工业系统与高级计算、分析、感应技术以及互联网连接融合的一种结果。工业互联网的本质是通过开放的、全球化的工业级网络平台把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接和融合起来，高效共享工业经济中的各种要素资源，从而通过自动化、智能化的生产方式降低成本、增加效率，帮助制造业延长产业链，推动制造业转型发展。

工业现场层设备之间的信息互联互通是工业互联网智能制造实施的重要前提，目前工业现场采用的测量和控制协议繁多，仅是列入IEC61158成为国际标准的工业现场协议就超过20种，造成工业现场被各个设备厂家利用人为的格式障碍分割成各自的势力范围，为用户扩容选型、数据集中、工业大数据分析等工作造成了相当大的困难，也阻碍了工业互联网的推广进程。因此，目前急需一种工业互联网领域统一、全流程互联互通的工业网关交互技术，以加快现场层智能化，推动工业互联网发展。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种工业互联网数据交互方法、系统及工业网关，其应用时，可以实现对工业现场设备交互数据的统一传输处理，解决因不同现场设备传输不同协议类型数据而造成的交互数据处理繁琐的问题，提高工业互联效率。

第一方面，本发明提供一种工业互联网数据交互方法，包括：

获取现场设备的现场总线协议数据，所述现场总线协议数据对应的现场总线协议已列入IEC61158现场总线标准；

对现场总线协议数据进行协议转换，将其转换为指定协议类型的工业协议数据；

对转换后的工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，生成访问数据；

将访问数据通过设定的设备访问接口输出。

基于上述技术内容，通过对现场设备的现场总线协议数据进行指定协议类型的协议转换，得到统一协议类型的工业协议数据，然后将工业协议数据描述附加上现场设备对应的设备描述信息，生成相应的访问数据，通过统一设定的设备访问接口输出到相应的外部应用端，以便后续对访问数据的处理可以映射到相应的现场设备，通过这样的方式就可以实现对工业现场设备交互数据的统一管理，解决因不同现场设备传输不同协议类型数据而造成的交互数据处理繁琐的问题，提高工业互联效率。

在一个可能的设计中，所述方法还包括：

通过设备访问接口获取反馈数据，所述反馈数据包含设备描述信息和业务应用数据，且所述业务应用数据的协议类型为指定协议类型；

根据设备描述信息对业务应用数据进行协议转换，使转换后的业务应用数据的总线协议类型匹配对应的现场设备；

将转换后的业务应用数据传输至对应的现场设备。

基于上述技术内容，通过统一设定的设备访问接口来获取与访问数据对应的反馈数据，根据反馈数据中的设备描述信息，将反馈数据所包含的业务应用数据通过协议的逆转换，来得到总线协议类型匹配与相应现场设备匹配的转换后业务应用数据，再传输至对应的现场设备，完成业务访问的反馈，以此高效完成对现场工业设备的工业互联数据响应。

在一个可能的设计中，所述设备描述信息包含现场设备的设备名称、总线协议类型、设备地址、设备状态、设备描述文件和设备日志。

在一个可能的设计中，所述对转换后的工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，包括：

获取现场设备的基础信息，所述基础信息包括设备名称、总线协议类型、设备地址、设备状态、设备描述文件和设备日志；

利用预置的工业设备模型将现场设备的基础信息编辑为设定格式的设备描述信息，所述工业设备模型的表达式为Device＝(name，Protocol，address，state，EDD，journal)，其中name表示设备名称，Protocol表示总线协议类型，address表示设备地址，EDD表示设备描述文件、state表示设备状态、journal表示设备日志；

将设备描述信息与工业协议数据组合。

在一个可能的设计中，将访问数据通过设定的设备访问接口输出前，所述方法还包括：对访问数据进行密钥加密。

第二方面，本发明提供一种工业互联网数据交互系统，包括：

收发单元，用于获取现场设备的现场总线协议数据，所述现场总线协议数据对应的现场总线协议已列入IEC61158现场总线标准；

协议转换单元，用于对现场总线协议数据进行协议转换，将其转换为指定协议类型的工业协议数据；

设备描述单元，用于对转换后的工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，生成访问数据；

传输单元，用于将访问数据通过设定的设备访问接口输出。

在一个可能的设计中，所述传输单元还用于通过设备访问接口获取反馈数据，所述反馈数据包含设备描述信息和业务应用数据，且所述业务应用数据的协议类型为指定协议类型；

所述协议转换单元还用于根据设备描述信息对业务应用数据进行协议转换，使转换后的业务应用数据的总线协议类型匹配对应的现场设备；

所述收发单元还用于将转换后的业务应用数据传输至对应的现场设备。

第三方面，本发明提供一种工业网关，包括：

若干协议转换模块，分别用于接收不同协议类型的现场总线协议数据，并转换为指定协议类型的工业协议数据；

存储器，用于存储指令；

处理器，用于读取所述存储器中存储的指令，并根据指令对工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，生成访问数据；

设备访问接口，用于输出访问数据。

在一个可能的设计中，所述设备访问接口包括数据管理接口、日志管理接口、配置管理接口和安全管理接口。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述第一方面中任意一钟所述的方法。

第五方面，本发明提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行上述第一方面中任意一种所述的方法。

本发明的有益效果为：

本发明通过对现场设备的现场总线协议数据进行指定协议类型的协议转换，得到统一协议类型的工业协议数据，然后将工业协议数据描述附加上现场设备对应的设备描述信息，生成相应的访问数据，通过统一的设备访问接口输出到相应的外部应用端，以便后续对访问数据的处理可以映射到相应的现场设备，通过这样的方式就可以实现对工业现场设备交互数据的统一管理，解决因不同现场设备传输不同协议类型数据而造成的交互数据处理繁琐的问题，提高工业互联效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明的方法步骤框图；

图2为本发明的数据交互示意图；

图3为工业设备模型的构成示意图；

图4为本发明的系统结构示意图；

图5为本发明的工业网关结构示意图；

图6为工业网关的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元，并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本发明的描述中，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”，“相邻”对“直接相邻”等等)。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1：

本实施例提供一种工业互联网数据交互方法，如图1至图2所示，包括以下步骤：

S101.获取现场设备的现场总线协议数据，所述现场总线协议数据对应的现场总线协议已列入IEC61158现场总线标准。

具体实施时，获取的现场总线协议数据的协议类型包括Modbus、PROFINET、EhterCAT、CAN等列入IEC61158现场总线标准的现场总线协议。

S102.对现场总线协议数据进行协议转换，将其转换为指定协议类型的工业协议数据。

具体实施时，可按照现场总线协议数据的协议类型将现场总线协议数据转换成一种统一协议类型的工业协议数据，便于实现与传统工业控制协议的兼容互通。协议转换表达式为Protocol＝(bus_ts，bus_tu，trans_t，speed)，其中，bus_ts表示原总线类型；bus_tu表示所使用的统一协议类型；trans_t表示传输模式，包括全双工、半双工等；speed表示总线通信速率。

S103.对转换后的工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，生成访问数据。

具体实施时，先获取现场设备的基础信息，所述基础信息包括设备名称、总线协议类型、设备地址、设备状态、设备描述文件和设备日志；然后利用预置的工业设备模型将现场设备的基础信息编辑为设定格式的设备描述信息，如图3所示，所述工业设备模型的表达式为Device＝(name，Protocol，address，state，EDD，journal)，其中name表示设备名称，Protocol表示总线协议类型，address表示设备地址，EDD表示设备描述文件、state表示设备状态、journal表示设备日志；最后将设备描述信息与工业协议数据组合。

S104.将访问数据通过设定的设备访问接口输出。

具体实施时，在将访问数据通过设定的设备访问接口输出前，还可以对访问数据进行密钥加密，提高数据传输的安全性。

通过对现场设备的现场总线协议数据进行指定协议类型的协议转换，得到统一协议类型的工业协议数据，然后将工业协议数据描述附加上现场设备对应的设备描述信息，生成相应的访问数据，通过统一设定的设备访问接口输出到相应的外部应用端，以便后续对访问数据的处理可以映射到相应的现场设备，通过这样的方式就可以实现对工业现场设备交互数据的统一管理，解决因不同现场设备传输不同协议类型数据而造成的交互数据处理繁琐的问题，提高工业互联效率。

在输出相应访问数据后，所述方法还包括：

S201.通过设备访问接口获取反馈数据，所述反馈数据包含设备描述信息和业务应用数据，且所述业务应用数据的协议类型为指定协议类型。

S202.根据设备描述信息对业务应用数据进行协议转换，使转换后的业务应用数据的总线协议类型匹配对应的现场设备；将接收到的统一协议类型的业务应用数据转换为现场设备对应的Modbus、PROFINET、CAN等总线协议数据，从而实现与传统工业控制协议的兼容互通。

S203.将转换后的业务应用数据传输至对应的现场设备。

通过统一设定的设备访问接口来获取与访问数据对应的反馈数据，根据反馈数据中的设备描述信息，将反馈数据所包含的业务应用数据通过协议的逆转换，来得到总线协议类型匹配与相应现场设备匹配的转换后业务应用数据，再传输至对应的现场设备，完成业务访问的反馈，以此高效完成对现场工业设备的工业互联数据响应。

实施例2：

本实施例提供供一种工业互联网数据交互系统，如图4所示，包括：

收发单元，用于获取现场设备的现场总线协议数据，所述现场总线协议数据对应的现场总线协议已列入IEC61158现场总线标准；

协议转换单元，用于对现场总线协议数据进行协议转换，将其转换为指定协议类型的工业协议数据；

设备描述单元，用于对转换后的工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，生成访问数据；

传输单元，用于将访问数据通过设定的设备访问接口输出。

在一个可能的设计中，所述传输单元还用于通过设备访问接口获取反馈数据，所述反馈数据包含设备描述信息和业务应用数据，且所述业务应用数据的协议类型为指定协议类型。

所述协议转换单元还用于根据设备描述信息对业务应用数据进行协议转换，使转换后的业务应用数据的总线协议类型匹配对应的现场设备。

所述收发单元还用于将转换后的业务应用数据传输至对应的现场设备。

实施例3：

本实施例提供一种工业网关，如图5所示，包括：

若干协议转换模块，分别用于接收不同协议类型的现场总线协议数据，并转换为指定协议类型的工业协议数据；

存储器，用于存储指令；

处理器，用于读取所述存储器中存储的指令，并根据指令对工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，生成访问数据；

设备访问接口，用于输出访问数据。

所述设备访问接口包括数据管理接口、日志管理接口、配置管理接口和安全管理接口，不同的功能接口用于传输不同的功能数据。

所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、闪存(Flash Memory)、先进先出存储器(First InputFirst Output，FIFO)和/或先进后出存储器(First In Last Out，FILO)等；所述处理器可以但不限于包括单片机、ARM处理器等。

如图6所示，所述工业网关在应用时，通过若干协议转换模块分别对接各现场设备总线，进行协议转换和工业设备模型映射，通过统一的设备访问接口将转换后的数据传输给其他相应的物联网网关。也用于将物联网网关反馈的相应业务应用数据通过相应的协议转换模块进行协议转换后传输给现场设备。物联网网关通过5G、WLAN、LTE等互联网络传输手段与应用层相应的功能端，如工业生产、交通运输、医疗健康等，进行数据传输交互，应用层相应的功能端负责对海量数据和信息进行分析、处理、决策以及提供定制化服务。

实施例4：

本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述实施例1中所述的工业互联网数据交互方法。其中，所述计算机可读存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(Memory Stick)等，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。

实施例5：

本实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行上述实施例1中所述的工业互联网数据交互方法。其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照实施例的方法、系统和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种工业互联网数据交互方法，其特征在于，包括：

获取现场设备的现场总线协议数据，所述现场总线协议数据对应的现场总线协议已列入IEC61158现场总线标准；

对现场总线协议数据进行协议转换，将其转换为指定协议类型的工业协议数据；

对转换后的工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，生成访问数据；

将访问数据通过设定的设备访问接口输出。

2.根据权利要求1所述的一种工业互联网数据交互方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过设备访问接口获取反馈数据，所述反馈数据包含设备描述信息和业务应用数据，且所述业务应用数据的协议类型为指定协议类型；

根据设备描述信息对业务应用数据进行协议转换，使转换后的业务应用数据的总线协议类型匹配对应的现场设备；

将转换后的业务应用数据传输至对应的现场设备。

3.根据权利要求1或2所述的一种工业互联网数据交互方法，其特征在于，所述设备描述信息包含现场设备的设备名称、总线协议类型、设备地址、设备状态、设备描述文件和设备日志。

4.根据权利要求3所述的一种工业互联网数据交互方法，其特征在于，所述对转换后的工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，包括：

获取现场设备的基础信息，所述基础信息包括设备名称、总线协议类型、设备地址、设备状态、设备描述文件和设备日志；

利用预置的工业设备模型将现场设备的基础信息编辑为设定格式的设备描述信息，所述工业设备模型的表达式为Device＝(name，Protocol，address，state，EDD，journal)，其中name表示设备名称，Protocol表示总线协议类型，address表示设备地址，EDD表示设备描述文件、state表示设备状态、journal表示设备日志；

将设备描述信息与工业协议数据组合。

5.根据权利要求1所述的一种工业互联网数据交互方法，其特征在于，将访问数据通过设定的设备访问接口输出前，所述方法还包括：对访问数据进行密钥加密。

6.一种工业互联网数据交互系统，其特征在于，包括：

收发单元，用于获取现场设备的现场总线协议数据，所述现场总线协议数据对应的现场总线协议已列入IEC61158现场总线标准；

协议转换单元，用于对现场总线协议数据进行协议转换，将其转换为指定协议类型的工业协议数据；

设备描述单元，用于对转换后的工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，生成访问数据；

传输单元，用于将访问数据通过设定的设备访问接口输出。

7.根据权利要求6所述的一种工业互联网数据交互系统，其特征在于，所述传输单元还用于通过设备访问接口获取反馈数据，所述反馈数据包含设备描述信息和业务应用数据，且所述业务应用数据的协议类型为指定协议类型；

所述协议转换单元还用于根据设备描述信息对业务应用数据进行协议转换，使转换后的业务应用数据的总线协议类型匹配对应的现场设备；

所述收发单元还用于将转换后的业务应用数据传输至对应的现场设备。

8.一种工业网关，其特征在于，包括：

若干协议转换模块，分别用于接收不同协议类型的现场总线协议数据，并转换为指定协议类型的工业协议数据；

存储器，用于存储指令；

处理器，用于读取所述存储器中存储的指令，并根据指令对工业协议数据进行设备描述，附加设定格式的设备描述信息，生成访问数据；

设备访问接口，用于输出访问数据。

9.据权利要求8所述的一种工业网关，其特征在于，所述设备访问接口包括数据管理接口、日志管理接口、配置管理接口和安全管理接口。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求1-5任意一项所述的方法。

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