CN113468162B - 用于针对异常数据进行处理的方法、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例涉及一种用于针对异常数据进行处理的方法、设备和介质。根据该方法，基于所获取的与被控设备相关联的状态数据，确定工业控制系统是否发生异常；响应于确定工业控制系统发生异常，确定异常是否属于数据异常类型；响应于确定异常不属于数据异常类型，确定异常是否属于硬件异常类型；响应于确定异常不属于硬件异常类型，确定异常属于失控异常类型，失控异常类型指示边缘计算设备和云端服务器均无法对被控设备进行控制。由此，能够全面地确定整个工业控制系统的异常，从而确保整个系统的稳定性，进而避免因各种异常导致的各种生产事故。
Description
技术领域
本公开的实施例总体涉及控制领域，并且具体涉及用于针对工业控制系统的异常数据进行处理的方法、设备和介质。
背景技术
随着工业控制技术的发展，经常会使用物联网来对一个或多个工业设备进行控制。但是，控制现场往往非常复杂，工业控制系统（例如，基于物联网的控制系统）的整个控制链路经常会出现诸如传感器异常、通信异常、控制单元异常等各种风险，任一风险都可能导致重大生产事故。另外，基于物联网的工业控制系统中的各个部件往往分布在不同的位置，因此异常的排查更是非常困难。
由此，有必要提供一种用于对工业控制系统进行异常处理的技术，使得可以从各个维度对工业控制系统做全面的风险防范，以确保工业控制系统的稳定性，进而避免由控制异常导致的各种生产事故。
发明内容
针对上述问题，本公开提供了一种用于针对工业控制系统进行异常处理的方法和设备，使得能够全面地确定整个工业控制系统的异常，从而确保整个系统的稳定性，进而避免因各种异常导致的各种生产事故。
根据本公开的第一方面，提供了一种用于针对工业控制系统的异常数据进行处理的方法，所述工业控制系统包括被控设备、用于检测被控设备状态的传感器、网关、边缘计算设备以及云端服务器，所述被控设备以及所述传感器经由工业总线与所述网关连接，所述网关经由有线连接或无线连接与所述边缘计算设备进行数据交互，所述边缘计算设备经由无线网络与所述云端服务器连接，所述方法包括：基于所获取的与所述被控设备相关联的状态数据，确定所述工业控制系统是否发生异常，所述状态数据是基于所述传感器的采集数据确定的；响应于确定所述工业控制系统发生异常，确定所述异常是否属于数据异常类型，所述数据异常类型指示所述工业控制系统存在与数据采集、数据传输、数据处理和数据计算中的至少一项有关的异常；响应于确定所述异常不属于数据异常类型，确定所述异常是否属于硬件异常类型，所述硬件异常类型指示所述工业控制系统存在与硬件故障有关的异常；响应于确定所述异常不属于硬件异常类型，确定所述异常属于失控异常类型，所述失控异常类型指示所述边缘计算设备和所述云端服务器均无法对所述被控设备进行控制；以及响应于确定所述异常为失控异常类型，启动与所述被控设备相关联的设备控制器对所述被控设备的本地控制。
根据本公开的第二方面，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本公开的第一方面所述的方法。
在本公开的第三方面中，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行本公开的第一方面所述的方法。
在一些实施例中，所述方法还包括：响应于确定所述异常属于数据异常类型，确定所述工业控制系统中与所述异常相关联的部件；以及向与所述异常相关联的部件发送指令，以驱动所述部件处理所述异常。
在一些实施例中，所述方法还包括：响应于确定所述异常属于硬件异常类型，确定所述工业控制系统中与发生所述硬件故障的部件相关联的替换部件；生成切换指令，以切换成由所述替换部件执行与发生所述硬件故障的部件相关联的工作。
在一些实施例中，所述数据异常类型的异常包括以下中的至少一项：工业总线拥堵、无线通信干扰、报文异常、设备丢包、边缘计算设备宕机和数据噪音异常。
在一些实施例中，驱动所述部件处理所述异常包括：如果所述异常为工业总线拥堵，驱动所述被控设备或所述传感器执行断电重启；如果定所述异常为无线通信干扰，驱动所述网关对相应的无线通信进行信道调度；如果所述异常为报文异常，驱动所述网关滤除相应的报文；如果确定所述异常为设备丢包，驱动所述部件处理所述异常包括驱动所述被控设备或所述传感器重新发送相应的数据；如果所述异常为边缘计算设备宕机，驱动所述边缘计算设备重启主程序；或者如果所述异常为数据噪音异常，驱动所述云端服务器对相应的数据进行过滤，以滤除所述数据中的毛刺或不符合预定规范的数据点。
在一些实施例中，所述硬件异常类型的异常包括所述边缘计算机由于硬件故障而无法正常工作，并且确定所述工业控制系统中与发生所述硬件故障的部件相关联的替换部件包括：如果所述异常为所述边缘计算设备由于硬件故障而无法正常工作，确定所述云端服务器为所述边缘计算设备的替换部件。
在一些实施例中，所述硬件异常类型的异常还包括以下中的至少一项：所述传感器由于硬件故障而无法正常工作、所述网关的基站由于硬件故障而无法正常工作和所述边缘计算设备的电源由于硬件故障而无法正常工作。
在一些实施例中，确定所述工业控制系统中与发生所述硬件故障的部件相关联的替换部件还包括：如果所述异常为所述传感器由于硬件故障而无法正常工作，确定与所述传感器相关联的备用传感器为所述传感器的替换部件；如果所述异常为所述网关的基站由于硬件故障而无法正常工作，确定所述网关的另一个基站为所述基站的替换部件；或者如果所述异常为所述边缘计算设备的电源由于硬件故障而无法正常工作，确定与所述边缘计算设备相关联的不间断供电电源为所述边缘计算设备的电源的替换部件。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标注表示相同或相似的元素。
图1示出了用于实现根据本发明的实施例的用于针对工业控制系统的异常数据进行处理的方法的系统100的示意图。
图2示出了根据本公开的实施例的工业控制系统200的示意图。
图3示出了根据本公开的实施例的工业控制系统300的示意图。
图4示出了根据本公开的实施例的双模网关400的示意图。
图5示出了根据本公开的实施例的用于针对工业控制系统的异常数据进行处理的方法500的流程图。
图6示出了根据本公开的实施例的用于处理数据类型的异常的方法600的流程图。
图7示出了根据本公开的实施例的用于处理硬件类型的异常的方法700的流程图。
图8示出了根据本公开的实施例的电子设备800的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
工业控制系统（例如，基于物联网的工业工业控制系统）可包括云端服务器、边缘计算设备（例如，边缘服务器）、网关（诸如，物联网关）、被控设备和传感器，下面将结合图2对这种工业控制系统作更详细的描述。工业控制系统经常为由于各种原因而发生各种各样的异常，例如传感器或被控设备可能会由于硬件损坏或软件异常而导致其无法正常工作，或者会由于通信异常而使被控设备处于失控状态。网关可能会由于工业总线读取异常而导致被控设备或传感器无法正常上传或下达数据等。边缘计算设备可能会发生硬件异常或供电异常（例如，突发断电）等。云端服务器可能会发生数据处理异常、边缘OTA失败等。
当前，通常利用报警机制来对这些异常进行处理，即在发现工业控制系统中的任一设备发生异常之后，通过报警的方式来通知相关工作人员对这种异常进行处理。然而，一旦这种报警机制发生失效，相关工作人员就无法及时收到异常报警，而只有在出现生产事故时，才能感知到异常的发生。当前，也会在工业控制系统中增加备用传感器机制，即在某个传感器发生故障时，使用相应的备用传感器来接手该传感器的工作。然而，当工业链路的其他环节（诸如，通讯层、控制算法层等）出现问题时，仍无法及时有效地解决这些问题，从而无法杜绝控制异常风险，进而造成重大生产事故的发生。
为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的示例实施例提出了一种用于针对工业控制系统的异常数据进行处理的方法，所述工业控制系统包括被控设备、用于检测被控设备状态的传感器、网关、边缘计算设备以及云端服务器，所述被控设备以及所述传感器经由工业总线与所述网关连接，所述网关经由有线连接或无线连接与所述边缘计算设备进行数据交互，所述边缘计算设备经由无线网络与所述云端服务器连接，所述方法包括：基于所获取的与所述被控设备相关联的状态数据，确定所述工业控制系统是否发生异常，所述状态数据是基于所述传感器的采集数据确定的；响应于确定所述工业控制系统发生异常，确定所述异常是否属于数据异常类型，所述数据异常类型指示所述工业控制系统存在与数据采集、数据传输、数据处理和数据计算中的至少一项有关的异常；响应于确定所述异常不属于数据异常类型，确定所述异常是否属于硬件异常类型，所述硬件异常类型指示所述工业控制系统存在与硬件故障有关的异常；响应于确定所述异常不属于硬件异常类型，确定所述异常属于失控异常类型，所述失控异常类型指示所述边缘计算设备和所述云端服务器均无法对所述被控设备进行控制；以及响应于确定所述异常为失控异常类型，启动与所述被控设备相关联的设备控制器对所述被控设备的本地控制。以此方式，能够从各个维度对工业控制系统做全面的风险防范，从而可以有效地避免由控制异常导致的生产事故。
在下文中，将结合附图更详细地描述本方案的具体示例。
图1示出了用于实现根据本发明的实施例的用于针对工业控制系统的异常数据进行处理的方法的系统100的示意图。如图1中所示，系统100包括计算设备110、网络120和工业控制系统130。计算设备110和工业控制系统130可以通过网络120（例如，因特网）进行数据交互。在本公开中，工业控制系统130可以是一般的工业控制系统或基于物联网的工业工业控制系统，其可用于对一个或多个被控设备进行控制，具体结构如下结合图2和3所述。计算设备110例如可以通过其上安装的工业控制系统异常监控程序与工业控制系统130中的各个部件进行通信，以向工业控制系统的130发送信息和/或从工业控制系统130接收信息。计算设备110基于来自工业控制系统130的数据执行相应的操作。计算设备110可以包括至少一个处理器112和与该至少一个处理器112耦合的至少一个存储器114，该存储器114中存储有可由该至少一个处理器112执行的指令116，该指令116在被该至少一个处理器112执行时执行如下所述的方法500的至少一部分。注意，在本文中，计算设备110可以是工业控制系统130的一部分或者可以独立于工业控制系统130。计算设备110的具体结构例如可以如下结合图8所述。
图2示出了根据本公开的实施例的工业控制系统200的示意图。工业控制系统200包括云端服务器210、边缘计算设备220、网关230、被控设备240和传感器250。被控设备240是工业控制系统中的被控对象，其可以是各种工业设备，例如在空压站边缘智能工业控制系统中，被控设备240可以为诸如空气压缩机、干燥机等。一个或多个传感器250与被控设备240连接，以用于检测被控设备240的状态，诸如运行状态、故障状态、压力、流量、温度等。例如，同样以空压站边缘智能工业控制系统为例，传感器250可以为母管压力传感器、母管流量计、温度传感器等，以分别用于测量被控设备240处的压力、流量和温度等工作状态。网关230（诸如，物联网关）是被控设备240和传感器250与边缘计算设备220之间的通信网关，其被配置成将来自被控设备240和传感器250的数据转发给边缘计算设备220，或者将来自边缘计算设备的数据转发给被控设备240。被控设备240和传感器250均经由工业总线（诸如，RS232总线或RS485总线）与网关230连接，以经由工业总线将数据发送给网关230进行转发，或者经由工业总线接收网关230转发过来的数据。网关230还经由有线连接或无线连接与边缘计算设备220进行数据交互，由此网关230可经由有线通信或无线通信与边缘计算设备进行通信。在一些实施例中，网关230经由一个或多个基站（诸如，4G或5G基站）（图中未示出）与边缘计算设备进行通信（诸如，4G或5G通信）。边缘计算设备220在靠近被控设备的网关边缘上提供服务，由此被称为边缘计算设备，其被配置成对来自被控设备或传感器的数据进行高速读取和实时处理，并将经预处理的数据转发给云端服务器进行进一步处理。例如，在前面提到的空压站边缘智能化工业控制系统中，边缘计算设备220被配置成对来自被控设备和传感器的数据进行实时的预处理，以实现被控设备的启停和加载卸载控制，从而在满足各用气车间的用气需求的情况下，实现能耗最优。边缘计算设备220经由无线网络（诸如，因特网）与云端服务器210连接。在一些实施例中，边缘计算设备220经由一个或多个基站（诸如，4G或5G基站）与云端服务器210进行通信（诸如，4G或5G通信）。云端服务器210被配置成对来自边缘计算设备220的数据进行计算密集型处理。在本公开中，被控设备240还与设备控制器（图中未示出）交互连接，该设备控制器可在边缘计算机设备220和云端服务器210都失效时实现对被控设备的本地控制，以免造成事故。设备控制器还可通过通信接口（例如，经由工业总线）与网关连接，使得该网关可以向设备控制器写入数据（例如，启动命令、相关的工作参数等），例如可通过Modbus RTU协议向设备控制器写入数据。
在实际应用过程中，边缘计算设备220经常会由于各种原因而失效，从而导致整个工业控制系统无法正常工作。在本申请的一些实施例中，可采用如图3所示的工业控制系统300的架构。如图3所示，工业控制系统300包括云端服务器310、边缘计算设备320、网关330、被控设备340和传感器350，其与图2所示的工业控制系统200基本上类似，只是网关330除了经由有线连接或无线连接与边缘计算设备320连接之外，还经由无线连接与云端服务器310连接，由此包括两条通信和控制链路，第一条为网关330-边缘计算设备320-云端服务器310，第二条为网关330-云端服务器310。这两条链路的通信和控制方法彼此独立，互不影响。在一些实施例中，边缘计算设备320的控制算法侧重于控制的节能效果，云端服务器310的控制算法则侧重于控制的工艺最低要求和安全保障。在正常情况下，以边缘计算设备320为主要控制设备，以接收边缘计算设备320对被控设备340的精细化控制，而当边缘计算设备320失效时（例如，在空压站边缘智能工业控制系统中，当管网压力下降到工艺下限值之下时，边缘计算设备320的控制将失效），则可指令云端服务器接手对被控设备340的控制，从而触发云端服务器310的工艺最低要求（在以上示例中，可例如为保证空压机的最低运行压力），使得云端控制算法参与控制，从而保证整个工业控制系统的安全，以防造成损失。
在一些实施例中，网关300可以是如图4所示的双模网关400（诸如，双模物联网关）。该双模网关400包括工业通信模块402、边缘计算模块404、边缘通信模块406和云端通信模块408。工业通信模块402被配置成使得网关400可以经由工业总线（诸如，RS232总线或RS485总线）与被控设备（例如，被控设备340）和传感器（例如，被控设备350）进行通信。边缘计算模块404被配置成对接收到的数据进行一些简单的处理，例如识别被控设备的当前运行状态等。边缘通信模块406被配置成使得网关400可以经由一个或多个基站与边缘计算设备（例如，边缘计算设备320）进行4G或5G通信。在一些实施例中，边缘通信模块406为LoRa（远距离无线电，Long Range Radio）通信模块，从而使得网关400经由一个或多个基站与边缘计算设备进行LoRa通信 。云端通信模块408被配置成使得网关400可以经由一个或多个基站与云端服务器（例如，云端服务器310）进行4G或5G通信。在一些实施例中，云端通信模块408为CAT1通信模块，从而使得网关400经由一个或多个基站与云端服务器进行CAT1通信。
虽然为了简要的目的，在图2和3中仅示出了一个边缘计算设备220或320、一个网关230或330、一个被控设备240或340以及一个传感器250或350，但是应了解，在实际应用中，工业控制系统可根据实际需求包括多个边缘计算设备220或320、多个网关230或330、多个被控设备240或340以及多个传感器250或350。
图5示出了根据本公开的实施例的用于针对控制系统的异常数据进行处理的方法500的流程图。方法500可由如图1所示的计算设备110执行，也可以在图8所示的电子设备800处执行。应当理解的，方法500还可以包括未示出的附加框和/或可以省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。应了解，在本公开中，图5所述的方法可针对如图2所示的工业控制系统200的异常数据进行处理，也可以针对如图3所示的工业控制系统300的异常数据进行处理，或者也可以针对之前已知的或待开发的工业控制系统的异常数据进行处理。
在步骤502，计算设备110基于所获取的与被控设备相关联的状态数据，确定工业控制系统是否发生异常，该状态数据是基于传感器的采集数据确定的。
在一些实施例中，状态数据可指示被控设备的运行状态、能耗状态、在线状态等，这些状态数据可例如由计算设备110基于各个传感器采集到的数据计算得到。
在步骤504，响应于确定工业控制系统发生异常，确定该异常是否属于数据异常类型，数据异常类型指示工业控制系统存在与数据采集、数据传输、数据处理和数据计算中的至少一项有关的异常。如上所述的数据异常类型的异常是工业控制系统中发生频率最高的异常，这种异常如果不及时处理就会传递到工业控制系统的下一环节，从而造成整个系统的控制异常。因此，在本公开中，通过最先确定异常是否属于数据异常类型，使得数据异常能够得到快速而及时的容错处理，从而可避免相关的错误数据流向工业控制系统的下一环节而造成重大的安全事故。
在步骤506，响应于确定该异常不属于数据异常类型，确定该异常是否属于硬件异常类型，硬件异常类型指示所述工业控制系统存在与硬件故障有关的异常。如上所述的硬件异常类型的异常在工业控制系统中的发生频率也相对较高，但是低于数据异常类型的异常。在工业控制系统中，一旦发生了硬件异常类型的异常，就无法对相关的硬件进行恢复，进而容易造成整个工业控制系统的失效。因此，对硬件异常类型的异常进行及时的发现，并对这种异常进行及时处理也非常重要。
在一些实施例中，响应于确定该异常属于数据异常类型，则转至图6，以对该数据异常类型的异常进行处理。下文将结合图6对用于处理数据类型的异常的方法600作进一步更详细的描述。
在步骤508，响应于确定该异常不属于硬件异常类型，确定该异常属于失控异常类型，失控异常类型指示边缘计算设备和云端服务器均无法对所述被控设备进行控制。在工业控制系统中，发生如上所述的失控异常类型的异常的概率较低，因此在本公开的方案中，这种异常在数据异常类型和硬件异常类型之后进行判断。一旦发生失控异常类型的异常，被控设备就与边缘计算设备和云端服务器失联，从而不受边缘计算设备和云端服务器的远程控制，而是处于脱机运行状态。因此，也需要采取一定的措施来对这种异常进行适当的处理。
在一些实施例中，响应于确定该异常属于硬件异常类型，则转至图7，以对该硬件异常类型的异常进行处理。下文将结合图7对用于处理硬件类型的异常的方法700作进一步更详细的描述。
在步骤510，响应于确定该异常属于失控异常类型，启动与被控设备相关联的设备控制器对被控设备的本地控制。
在本公开中，网关可包括边缘计算模块，该边缘计算模块所实现的边缘计算与边缘计算设备的边缘计算不同，其仅进行简单的固定逻辑的计算。具体地，在本公开中，当边缘计算设备和云端服务器失联时，网关可通过该边缘计算识别被控设备的当前运行状态，以在被控设备被识别为停机，但是根据实际使用，该被控设备应当运行的情况下，通过与被控设备相关联的设备控制器的通信接口向该设备控制器发送启动命令，并例如向其写入（例如，通过Modbus RTU方式向其写入）相关的参数（例如，对于空压站边缘智能工业控制系统，可包括用于恢复控制的加卸载压力参数等），从而实现对被控设备的本地控制，从而保证被控设备的正常运行。在一些实施例中，在启动本地设备控制器对被控设备的本地控制之后，也可同时在指令在云端进行电话报警，使得相关的工作人员能够尽早知晓这一问题，并及时对该问题进行修复。
图6示出了根据本公开的实施例的用于处理数据类型的异常的方法600的流程图。方法600可由如图1所示的计算设备110执行，也可以在图8所示的电子设备800处执行。应当理解的，方法600还可以包括未示出的附加框和/或可以省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。
在步骤602，响应于确定该异常属于数据异常类型，确定工业控制系统中与该异常相关联的部件。
在步骤604，向与该异常相关联的部件发送指令，以驱动该部件处理所述异常。
在一些实施例中，以下异常可被认为属于数据异常类型。
（i）工业总线拥堵。具体地，在本公开中，工业总线拥堵指的是被控设备或传感器在经由工业总线与网关通信时受到了干扰，使得被控设备或传感器无法经由工业总线向网关发送数据。
在本公开中，如果所发生的异常为这种工业总线拥堵，则可驱动被控设备或传感器执行断电重启。
（ii）无线通信干扰。具体地，在本公开中，无线通信干扰指的是网关经由基站与边缘计算设备或云端服务器之间的无线通信（例如，以上提到的Lora通信）受到干扰。例如，如果网关经由某个基站向边缘计算设备或云端服务器发送出的数据的丢包率超过了预定阈值，则可认为发生了无线通信干扰。
在本公开中，如果所发生的异常为这种无线通信干扰，则可驱动网关对相应的无线通信进行信道调度。例如指令网关切换到另一基站向边缘计算设备或云端服务器发送该数据。
（iii）报文异常。具体地，在本公开中，报文异常指的是被控设备或传感器所发出的报文存在异常，例如该报文无法识别或者该报文的长度异常（过长或过短）。
在本公开中，如果所发生的异常为报文异常，则可驱动网关滤除相应的报文，从而达到报文拦截的目的。
（iv）设备丢包。具体地，在本公开中，设备丢包指的是来自被控设备或传感器的数据由于网关与边缘计算设备或云端服务器之间的通信受到干扰而发生了丢包，或者边缘计算设备或云端服务器无法读出该数据。
在本公开中，如果所发生的异常为这种设备丢包，则可驱动被控设备或传感器重新发送相应的数据。
（v）边缘计算设备宕机。具体地，在本公开中，边缘计算设备宕机指的是边缘计算设备的主程序发生了异常，无法正常运行。在本公开中，边缘计算设备的主程序指的是边缘计算设备的用于对被控设备或传感器所发出的数据进行处理的程序。
在本公开中，如果发生的异常为这种边缘计算设备宕机，则可驱动边缘计算设备重启主程序，例如可以通过边缘计算设备的看门狗重启来重启其主程序。
（vi）数据噪音异常。具体地，在本公开中，数据噪音异常指的是云端服务器接收到的数据存在毛刺。
在本公开中，如果所发生的异常为这种数据噪音异常，可驱动云端服务器（例如，在进行云端数据清洗时）对相应的数据进行过滤，以滤除数据中的毛刺或者不符合规范的数据点。
图7示出了根据本公开的实施例的用于处理硬件类型的异常的方法700的流程图。方法700可由如图1所示的计算设备110执行，也可以在图8所示的电子设备800处执行。应当理解的，方法700还可以包括未示出的附加框和/或可以省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。
在步骤702，响应于确定该异常属于硬件异常类型，确定工业控制系统中与发生硬件故障的部件相关联的替换部件。
在步骤704，生成切换指令，以切换成由该替换部件执行与发生硬件故障的部件相关联的工作。
在一些实施例中，以下异常可被认为属于硬件异常类型。
（i）边缘计算设备由于硬件故障而无法正常工作。在本公开中，如果所发生的异常为这种异常，则在步骤702中可确定云端服务器为边缘计算设备的替换部件，进而可以生成并发送切换指令，以由云端服务器接替边缘计算设备对所述被控设备进行控制。在一些实施例中，如前面结合图3所描述的，工业控制系统中的网关除了经由有线连接或无线连接与边缘计算设备连接之外，还可经由无线连接与云端服务器连接，由此包括两条通信和控制链路，第一条链路为网关-边缘计算设备-云端服务器，第二条链路为网关-云端服务器。因此，在这样的实施例中，当边缘计算设备由于硬件故障而无法正常工作时，就可以指令云端服务器接替边缘计算设备对被控设备进行控制，从而触发云端服务器的工艺最低要求，使得云端控制算法参与控制，进而保证整个工业控制系统的安全，以防造成损失。
（ii）传感器由于硬件故障而无法正常工作。在本公开中，如果所发生的异常为这种异常，则在步骤702中可确定与由于硬件故障而无法正常工作的传感器相关联的备用传感器为相应的替换部件，进而可以生成并发送切换指令，以由该备用传感器来接替该传感器进行相应的感测工作。在本公开中，可为每一传感器都配备一个备用传感器，从而使得某一传感器发生硬件故障时，可以用其备用传感器来继续相关的工作。
（iii）网关的基站由于硬件故障而无法正常工作。在本公开中，如果所发生的异常为这种异常，则在步骤702中可确定网关的另一个基站为该基站的替换部件，进而可以生成并发送切换指令，以由该另一个基站来接替该基站完成相应的通信工作。
（iv）边缘计算设备的电源由于硬件故障而无法正常工作。在本公开中，如果所发生的异常为这种异常，则在步骤702中可确定与边缘计算设备相关联的不间断供电电源（ups）为边缘计算设备的电源的替换部件，进而可以生成并发送切换指令，以由该不间断供电电源来临时为边缘计算设备供电，并可发送远程报警信号。在一些是示例中，在边缘计算设备中除了设置常规的电源来为其供电之外，还可设置不间断供电电源，从而当该常规电源由于硬件故障而无法向边缘计算设备供电时，该不间断供电电源可以实现对边缘计算设备的临时供电，进而保证工业控制系统的控制工作不会因为这个原因而中断，从而造成可能的经济损失和安全事故。
通过以上技术方案，能够全方位地确保工业控制系统的稳定，从而有效避免控制异常导致的各种生产事故。
图8示出了可以用来实施本公开内容的实施例的示例电子设备800的示意性框图。例如，如图1所示的计算设备110可以由电子设备800来实施。如图所示，电子设备800包括中央处理单元（CPU）801，其可以根据存储在只读存储器（ROM）802中的计算机程序指令或者从存储单元808加载到随机存取存储器（RAM）803中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在随机存取存储器803中，还可存储电子设备800操作所需的各种程序和数据。中央处理单元801、只读存储器802以及随机存取存储器803通过总线804彼此相连。输入/输出（I/O）接口805也连接至总线804。
电子设备800中的多个部件连接至输入/输出接口805，包括：输入单元806，例如键盘、鼠标、麦克风等；输出单元807，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元808，例如磁盘、光盘等；以及通信单元809，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元809允许设备800通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
上文所描述的各个过程和处理，例如方法500、600和700，可由中央处理单元801执行。例如，在一些实施例中，方法500、600和700可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元808。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由只读存储器802和/或通信单元809而被载入和/或安装到设备800上。当计算机程序被加载到随机存取存储器803并由中央处理单元801执行时，可以执行上文描述的方法500、600和700的一个或多个动作。
本公开涉及方法、装置、系统、电子设备、计算机可读存储介质和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括用于执行本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、静态随机存取存储器（SRAM）、便携式压缩盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波（例如，通过光纤电缆的光脉冲）、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘计算设备。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构（ISA）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA）或可编程逻辑阵列（PLA），该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种用于针对工业控制系统的异常数据进行处理的方法，所述工业控制系统包括被控设备、用于检测被控设备状态的传感器、网关、边缘计算设备以及云端服务器，所述被控设备以及所述传感器经由工业总线与所述网关连接，所述网关经由有线连接或无线连接与所述边缘计算设备进行数据交互，所述边缘计算设备经由无线网络与所述云端服务器连接，并且所述网关还经由无线连接与所述云端服务器连接，使得所述工业控制系统包括两条通信和控制链路，第一条通信和控制链路为网关-边缘计算设备-云端服务器，第二条通信和控制链路为网关-云端服务器，以便在所述边缘计算设备失效时，指令所述云端服务器接替所述边缘计算设备对所述被控设备进行控制，其中所述两条通信和控制链路的通信和控制方法彼此独立、互不影响，并且其中所述边缘计算设备的控制算法侧重于控制的节能效果，所述云端服务器的控制算法则侧重于控制的工艺最低要求和安全保障，所述方法包括：
基于所获取的与所述被控设备相关联的状态数据，确定所述工业控制系统是否发生异常，所述状态数据是基于所述传感器的采集数据确定的；
响应于确定所述工业控制系统发生异常，确定所述异常是否属于数据异常类型，所述数据异常类型指示所述工业控制系统存在与数据采集、数据传输、数据处理和数据计算中的至少一项有关的异常；
响应于确定所述异常不属于数据异常类型，确定所述异常是否属于硬件异常类型，所述硬件异常类型指示所述工业控制系统存在与硬件故障有关的异常；
响应于确定所述异常不属于硬件异常类型，确定所述异常属于失控异常类型，所述失控异常类型指示所述边缘计算设备和所述云端服务器均无法对所述被控设备进行控制；以及
响应于确定所述异常属于失控异常类型，启动与所述被控设备相关联的设备控制器对所述被控设备的本地控制，所述设备控制器还通过通信接口与所述网关连接，使得在所述被控设备被识别为停机，但是根据实际使用，所述被控设备应当运行的情况下，所述网关能够通过所述通信接口向所述设备控制器发送启动命令以及相关的工作参数。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
响应于确定所述异常属于数据异常类型，确定所述工业控制系统中与所述异常相关联的部件；以及
向与所述异常相关联的部件发送指令，以驱动所述部件处理所述异常。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
响应于确定所述异常属于硬件异常类型，确定所述工业控制系统中与发生所述硬件故障的部件相关联的替换部件；以及
生成切换指令，以切换成由所述替换部件执行与发生所述硬件故障的部件相关联的工作。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述数据异常类型的异常包括以下中的至少一项：工业总线拥堵、无线通信干扰、报文异常、设备丢包、边缘计算设备宕机和数据噪音异常。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，驱动所述部件处理所述异常包括：
如果所述异常为工业总线拥堵，驱动所述被控设备或所述传感器执行断电重启；
如果定所述异常为无线通信干扰，驱动所述网关对相应的无线通信进行信道调度；
如果所述异常为报文异常，驱动所述网关滤除相应的报文；
如果确定所述异常为设备丢包，驱动所述部件处理所述异常包括驱动所述被控设备或所述传感器重新发送相应的数据；
如果所述异常为边缘计算设备宕机，驱动所述边缘计算设备重启主程序；或者
如果所述异常为数据噪音异常，驱动所述云端服务器对相应的数据进行过滤，以滤除所述数据中的毛刺或不符合预定规范的数据点。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述硬件异常类型的异常包括所述边缘计算设备由于硬件故障而无法正常工作，并且确定所述工业控制系统中与发生所述硬件故障的部件相关联的替换部件包括：
如果所述异常为所述边缘计算设备由于硬件故障而无法正常工作，确定所述云端服务器为所述边缘计算设备的替换部件。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述硬件异常类型的异常还包括以下中的至少一项：所述传感器由于硬件故障而无法正常工作、所述网关的基站由于硬件故障而无法正常工作和所述边缘计算设备的电源由于硬件故障而无法正常工作。
8.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述工业控制系统中与发生所述硬件故障的部件相关联的替换部件还包括：
如果所述异常为所述传感器由于硬件故障而无法正常工作，确定与所述传感器相关联的备用传感器为所述传感器的替换部件；
如果所述异常为所述网关的基站由于硬件故障而无法正常工作，确定所述网关的另一个基站为所述基站的替换部件；或者
如果所述异常为所述边缘计算设备的电源由于硬件故障而无法正常工作，确定与所述边缘计算设备相关联的不间断供电电源为所述边缘计算设备的电源的替换部件。
9.一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-8中任一项所述的方法。
10.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-8中任一项所述的方法。
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