CN114397837A - 工业无线测控系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业无线测控系统及控制方法，该测控系统包括：系统侧和现场侧：控制端，设置在系统侧；无线网关，设置在现场侧，与所述控制端采用双线以太网有线连接，由所述控制端向所述无线网关供电和数据交换；以及无线仪表，设置在现场侧，与所述无线网关通过无线连接。通过将设置在现场侧的无线网关与系统侧的控制端采用双线以太网有线连接，既能对无线网关供电，又能进行数据交换，保障在现场侧的无线网关长期稳定运行，可以减少不必要的中继设备，减少网络复杂性。

Description

工业无线测控系统及控制方法

技术领域

本发明涉及无线技术领域，尤其涉及一种工业无线测控系统及控制方法。

背景技术

无线技术是降低工业测控系统成本、扩展应用范畴的革命性技术，通过无线技术传递信息具有低成本、易使用、灵活度高等优点，更加适合应用在高温、高噪声、偏远地区等不适宜工人操作的环境下，能够大幅提高生产效率。

在实际应用中，无线网关由于需要持续与现场的无线仪表传输数据属于高功耗设备，采用电池供电使用时间无法达到要求，需要采用外部供电。工业现场的现场侧通常占据很大的面积或空间，系统侧与现场侧往往距离比较远，而某些环境下在现场侧供电往往是比较困难的，因此往往将无线网关部署在系统侧。

但是，无线网关的无线覆盖范围是有限的，无线仪表的分布又具有随机性、不均匀性的特性，所以通常会采用如网格(mesh)网络解决全覆盖的问题。当现场侧与系统侧距离较远时，采用网格(mesh)网络在现场侧与系统侧之间会增加数量较多的纯无线中继设备。虽然可以解决网络覆盖问题，但又带来了在现场侧对中继的供电问题。

上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种工业无线测控系统及控制方法，旨在解决现有技术中存在无法mesh网络中继带来的成本和供电的问题。

(二)技术方案

为了解决上述问题，第一方面，本发明提供了一种工业无线测控系统，所述系统包括系统侧和现场侧，所述系统的设备包括：

控制端，设置在系统侧；

无线网关，设置在现场侧，与所述控制端采用双线以太网有线连接，由所述控制端向所述无线网关供电和数据交换；以及

无线仪表，设置在现场侧，与所述无线网关通过无线连接。

在本发明的一种示例性实施例中，所述控制端包括：

上位机，具有控制界面；以及

冗余部署的双线以太网交换机，与所述上位机通信，所述冗余部署的双线以太网交换机包括至少两个双线以太网交换机。

在本发明的一种示例性实施例中，所述双线以太网同时支持有线以太网和双线以太网。

在本发明的一种示例性实施例中，所述无线网关采用冗余部署方式进行布设。

在本发明的一种示例性实施例中，所述无线仪表包括无线传感器和/或无线执行器。

在本发明的一种示例性实施例中，所述无线传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器、液位传感器、粒子传感器和接近传感器其中至少之一或组合。

在本发明的一种示例性实施例中，所述无线网关和所述无线仪表均支持无线协议。

在本发明的一种示例性实施例中，所述无线协议为无线Hart协议。

在本发明的一种示例性实施例中，所述系统侧和所述现场侧的距离为小于或等于1000米。

第二方面，本发明还提供了一种实工业无线测控系统的控制方法，用于以上所述的工业无线测控系统，所述工业无线测控系统包括系统侧和现场侧，所述方法包括：

所述系统侧获取控制数据，并通过双线以太网交换机发送给现场侧的无线网关；

所述无线网关将所述控制数据发送给对应的无线仪表；

所述现场侧的无线仪表获取的采集数据上报给所述无线网关；

所述无线网关通过双线以太网交换机将所述采集数据上传给所述系统侧。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的工业无线测控系统及控制方法，通过将设置在现场侧的无线网关与系统侧的控制端采用双线以太网有线连接，既能对无线网关供电，又能进行数据交换，保障在现场侧的无线网关长期稳定运行，可以减少不必要的中继设备，减少网络复杂性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种工业无线测控系统的组成示意图；

图2为本发明实施例中提供的工业无线测控系统的网络拓扑图；

图3为本发明另一实施例中还提供一种工业无线测控系统的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数据量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明各实施例中涉及的物理设备解释如下：

控制端：在系统侧设置的上位机软件和设备，是用户、管理者与工业无线网络交互的平台，可以是安装有控制和监控软件的设备。

无线网关：提供控制端和工业无线网络的接口，提供工业无线网络与其它网络的接口，也可提供其它网络与工业无线网络的接口设备。

无线仪表：安装在现场侧的传感器或控制器等设备。

在一相关实施例中，传统的网格(mesh)网络倾向于通过同时多个消耗大量功率的无线中继桥接的方式，将无线仪表数据传递给无线网关。通常这些无线中继采用电池供电，但使用时间小于无线仪表。将工业无线网关部署在能够提供外部供电的系统侧，然后再用无线中继桥接连接现场的无线仪表。但是这种方法无线中继的供电仍是问题，而且网格(mesh)网络在实际应用中，还会经常出现与网络建立时间(对于网格的每次改变)、吞吐量可预测性(或缺乏可预测性)、冗余和复杂性相关的问题。

基于上述问题，本发明提供的工业无线系统，不需要使用无线中继，解决了使用无线中继所带来的使用寿命、可维护、实施复杂等的问题。

图1为本发明一个实施例提供的一种工业无线测控系统的组成示意图图，如图1所示，所述测控系统100包括系统侧110和现场侧120，所述系统的设备包括：控制端101、无线网关102和无线仪表103；

其中控制端101设置在系统侧110；无线网关102设置在现场侧120，与所述控制端101采用双线以太网有线连接，由所述控制端101向所述无线网关102供电和数据交换；无线仪表103设置在现场侧120，与所述无线网关102通过无线连接。

基于上述实施例提供的测控系统，通过将设置在现场侧的无线网关与系统侧的控制端采用双线以太网有线连接，既能对无线网关供电，又能进行数据交换，保障在现场侧的无线网关长期稳定运行，可以减少不必要的中继设备，减少网络复杂性。通过冗余双线以太网技术将无线网关部署到现场侧，无线网关可在现场持续运行，不受电池寿命的影响，并且通过最多可达1000米的双线以太网代替无线中继，同样可以解决传统无线网络路径重绘的复杂性的问题。

以下对图1所示的测控系统为例进行详细介绍：

首先，从系统侧来看，作为控制端，包括上位机和双线以太网交换机，上位机安装有控制和监控软件，具有控制界面，便于显示和操作。还有，系统侧的双线以太网交换机为冗余部署的双线以太网交换机，与所述上位机通信，所述冗余部署的双线以太网交换机包括至少两个双线以太网交换机。

其次，从现场侧来看，作为被控端，包括无线网关和无线仪表，无线网关与所述控制端采用双线以太网有线连接，由所述控制端向所述无线网关供电和数据交换，具体为通过双线以太网连接双线以太网交换机和无线网关；无线仪表与所述无线网关通过无线连接。

在本发明的一种示例性实施例中，用于连接双线以太网交换机和无线网关的双线以太网，同时支持有线以太网和双线以太网。

在本发明的一种示例性实施例中，系统侧的所述无线网关采用冗余部署方式进行布设，双线以太网交换机和无线网关都是冗余设置的，因此连接双线以太网交换机和无线网关的双线以太网也需要冗余设置。

在本发明的一种示例性实施例中，所述无线仪表包括无线传感器和/或无线执行器。

在本发明的一种示例性实施例中，所述无线传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器、液位传感器、粒子传感器和接近传感器其中至少之一或组合。

在本发明的一种示例性实施例中，所述无线网关和所述无线仪表均支持无线协议，所述无线协议可以为无线Hart协议，以能够实现现场复杂环境下无线网关和无线仪表之间能够进行无线通信，来进行数据交换。

在本发明的一种示例性实施例中，所述系统侧和所述现场侧的距离为小于或等于1000米，具体设置具体可以根据实际场景下需求进行选择。

上述工业无线测控系统可以根据需要在石化、化工等企业的工业现场进行实施和应用，图2为本发明实施例中提供的工业无线测控系统的网络拓扑图，以下对图2所示的测控系统为例进行详细介绍：

如图2所示，该工业无线测控系统在系统侧包括控制和监控软件(即上位机)和冗余设置的双线以太网交换机(以2个为例)，现场侧包括无线网关和多个无线传感器(图中以3个为例)。

其中控制和监控系统中的双线以太网交换机，需要同时支持有线以太网和双线以太网，确保控制和监控软件和无线网关可以进行数据交换。控制和监控系统需要部署冗余的双线以太网交换机。

其中无线网关需要支持冗余的双线以太网，用以保障无线网关与控制和监控系统的通讯冗余，并保障供电的冗余。无线网关可冗余部署，实现设备冗余提高可靠性。

其中无线仪表包括各种无线传感器和无线执行器，诸如温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器、液位传感器、粒子传感器和接近传感器，以及控制其他设备(包括传感器、阀门、开关等)的控制器。

其中无线网关和无线仪表需要支持各种工业无线协议，如无线Hart等。

综上所述，上述实施例提供的工业无线测控系统，控制和监控系统包含支持双线以太网供电的冗余交换机。控制和监控系统与无线网关之间采用冗余双线以太网进行数据传输，实现最大1000M的远距离通讯。无线网关采用冗余双线以太网供电，保障在现场侧的无线网关长期稳定运行。该系统实现无线网关的现场侧部署，减少不必要的中继设备，减少网络复杂性，通过将设置在现场侧的无线网关与系统侧的控制端采用双线以太网有线连接，既能对无线网关供电，又能进行数据交换，保障在现场侧的无线网关长期稳定运行。

与上述系统相对应的，图3为本发明另一实施例中还提供一种工业无线测控系统的控制方法的步骤流程图，如图3所示，包括以下步骤：

如图3所示，在步骤S31中，所述系统侧获取控制数据，并通过双线以太网交换机发送给现场侧的无线网关；

如图3所示，在步骤S32中，所述无线网关将所述控制数据发送给对应的无线仪表；

如图3所示，在步骤S33中，所述现场侧的无线仪表获取的采集数据上报给所述无线网关；

如图3所示，在步骤S34中，所述无线网关通过双线以太网交换机将所述采集数据上传给所述系统侧。

基于步骤S31和步骤S32，无线网关设置在现场侧，并与系统侧的控制端的双线以太网交换机通过冗余双线以太网有线连接，对现场侧的无线网关既能供电又能进行数据交换，将现场侧的控制数据传输给网关，进一步发送给相应的无线仪表，实现下行方向数据的传输；基于步骤S33和步骤S34，无线仪表实时或定期将检测的环境数据或设备数据等信息作为采集数据上报给无线网关，无线网关同样通过冗余双线以太网有线的方式将采集数据上传给双线以太网交换机，并在上位机对采集数据进行进一步的存储、分析和处理等，实现上行方向数据的传输。

通过上述方法，对于无线网关设置在现场侧的情况，通过将设置在现场侧的无线网关与系统侧的控制端采用双线以太网有线连接，既能对无线网关供电，又能进行数据交换，保障在现场侧的无线网关长期稳定运行，可以减少不必要的中继设备，减少网络复杂性。

需要说明的是，上述方法中的步骤编号并不限定为仅此一种特定的顺序，可以根据需要对部分步骤的顺序的进行调整。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种工业无线测控系统，其特征在于，所述系统包括系统侧和现场侧，所述系统的设备包括：

控制端，设置在系统侧；

无线网关，设置在现场侧，与所述控制端采用双线以太网有线连接，由所述控制端向所述无线网关供电和数据交换；以及

无线仪表，设置在现场侧，与所述无线网关通过无线连接。

2.根据权利要求1所述的工业无线测控系统，其特征在于，所述控制端包括：

上位机，具有控制界面；以及

冗余部署的双线以太网交换机，与所述上位机通信，所述冗余部署的双线以太网交换机包括至少两个双线以太网交换机。

3.根据权利要求1所述的工业无线测控系统，其特征在于，所述双线以太网同时支持有线以太网和双线以太网。

4.根据权利要求1所述的工业无线测控系统，其特征在于，所述无线网关采用冗余部署方式进行布设。

5.根据权利要求1所述的工业无线测控系统，其特征在于，所述无线仪表包括无线传感器和/或无线执行器。

6.根据权利要求5中所述的工业无线测控系统，其特征在于，所述无线传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器、液位传感器、粒子传感器和接近传感器其中至少之一或组合。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的工业无线测控系统，其特征在于，所述无线网关和所述无线仪表均支持无线协议。

8.根据权利要求7中所述的工业无线测控系统，其特征在于，所述无线协议为无线Hart协议。

9.根据权利要求1中所述的工业无线测控系统，其特征在于，所述系统侧和所述现场侧的距离为小于或等于1000米。

10.一种工业无线测控系统的控制方法，用于权利要求1-9中任一项所述的工业无线测控系统，所述工业无线测控系统包括系统侧和现场侧，其特征在于，所述方法包括：

所述系统侧获取控制数据，并通过双线以太网交换机发送给现场侧的无线网关；

所述无线网关将所述控制数据发送给对应的无线仪表；

所述现场侧的无线仪表获取的采集数据上报给所述无线网关；

所述无线网关通过双线以太网交换机将所述采集数据上传给所述系统侧。

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