CN114563946B - 一种网关与plc配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统 - Google Patents

一种网关与plc配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114563946B
CN114563946B CN202210455119.2A CN202210455119A CN114563946B CN 114563946 B CN114563946 B CN 114563946B CN 202210455119 A CN202210455119 A CN 202210455119A CN 114563946 B CN114563946 B CN 114563946B
Authority
CN
China
Prior art keywords
plc
gateway
time
instruction
quality factor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210455119.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114563946A (zh
Inventor
胥鸣
张奇
王继业
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Jisikaida Intelligent Technology Co ltd
Shenzhen Scada Control Technology Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Jisikaida Intelligent Technology Co ltd
Shenzhen Scada Control Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Jisikaida Intelligent Technology Co ltd, Shenzhen Scada Control Technology Co ltd filed Critical Shenzhen Jisikaida Intelligent Technology Co ltd
Priority to CN202210455119.2A priority Critical patent/CN114563946B/zh
Publication of CN114563946A publication Critical patent/CN114563946A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114563946B publication Critical patent/CN114563946B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric
    • G05B9/03—Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Abstract

本发明涉及工业控制领域，具体涉及一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统，其通过实时获取当前时刻的三元组；构建网络预测模型，以历史时刻的三元组为训练样本，并利用相空间重构对所述三元组进行标注，对所述网络预测模型进行训练，得到训练好的网络预测模型；将当前时刻的三元组，输入训练好的网络预测模型，输出网关与PLC的切换结果。即本发明能够实现网关与PLC的冗余控制，保证了工业监控冗余控制的稳定性。

Description

一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及工业控制领域，具体为一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统。
背景技术
工业控制网络主要采用可编程控制器(PLC，Programma ble LogicController)（下文简称为PLC控制器或PLC）对工业现场的诸如智能化仪器、仪表、执行机构等等的工业终端设备（下文简称为终端设备）进行控制和管理。但PLC的计算资源较少、开发接口调用方式固定，难以完成多协议开发，更无法实现强大且复杂的行业优化算法。
随着嵌入式计算机硬软件资源的飞速发展，使得基于嵌入式计算机开发的网关，已经从单纯的数据协议解析组包传输的专用设备，演进成为具有协议解析打包、数据采集、实时/历史处理、逻辑控制、就地显示、视频处理、多通信方式/多通道模式、多计算接口的新型设备——边缘计算网关，实际上已经具备替代传统的现场X86工控机的相关需求，因为工业级无风扇的特点，网关的稳定性好、可靠性高、价格更低、功耗更小，即为边缘计算网关，如图1所示，为边缘计算网关与PLC、工业终端设备连接的结构框图，其主要任务是：
1) 解析南向上行通信协议，获取来自现场的实时数据（包括来自PLC的数据）。
2) 重组数据，形成北向上行通信协议，送往北向监控系统。
3) 解析北向下行通信协议，获取来自北向监控系统的控制命令。
4) 重组数据，形成南向下行通信协议，送往南向现场设备。
上述中的边缘计算网关，主要是将北向下行的控制命令与南向上行的实时数据，导入在边缘计算网关中运行的优化算法，通过计算得出对应用现场的最优调整值，自行下发给南向受控设备（包括但不限于PLC），完成闭环控制流程。
因此，网关也能够同时执行更多的功能需求，是实现行业应用算法的理想载体，有能力成为现场智能控制的真正大脑。
而目前如何实现边缘计算网关和PLC的合理配合控制的冗余机制，从而提升控制的可靠性，使其能够既考虑现场应用的现状、需求和未来发展，又发挥各自优势，已经成为工业控制研究的新的方向。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统，所采用的技术方案具体如下：
本发明提供的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法的技术方案，包括如下步骤：
实时获取当前时刻的三元组；
构建网络预测模型，以历史时刻的三元组为训练样本，并利用相空间重构对所述训练样本进行标注，对所述网络预测模型进行训练，得到训练好的网络预测模型；
将当前时刻的三元组，输入训练好的网络预测模型，输出网关与PLC的切换结果；
其中，当前时刻的三元组和历史时刻的三元组的获取过程为：获取PLC控制回环时间、网关回环时间以及全局回环时间，所述全局回环时间为PLC控制回环时间与所述网关回环时间中较大的时间；分别记录网关和PLC待处理的指令队列长度，进而获取全局的指令队列长度，所述全局的指令队列长度为两指令队列长度中较大的指令队列长度，其中，指令队列长度为接收缓冲区的数据包长度；
根据所述PLC控制回环时间以及PLC待处理的指令队列长度，得到PLC指令质量因子，根据所述网关回环时间以及网关待处理的指令队列长度，得到网关指令质量因子，根据全局回环时间以及全局的指令队列长度，得到全局指令质量因子，将PLC指令质量因子、网关指令质量因子以及全局指令质量因子构成三元组。
优选地，所述对训练样本进行标注的过程为：
利用相空间重构分别对所述历史时刻的三元组中的指令质量因子进行跟踪，得到设定时间窗口的跟踪指标，基于所述跟踪指标，获取该跟踪指标在t时刻的标准差；基于所述标准差，得到各指令质量因子对应的冗余系数，进而得到联合冗余系数三元组，按照设定准则对联合冗余系数三元组进行判断，确定网关与PLC的切换时间窗口，对联合冗余系数三元组进行是否切换标注，其中切换标注为真，不切换标注为假。
优选地，三元组中的网关指令质量因子的冗余系数为
Figure 493450DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为第t-T时刻对应的标准差，
Figure 124414DEST_PATH_IMAGE004
为第t时刻对应的标准差，T为时间长度。
优选地，所述设定准则为：
设定准则一：若网关指令质量因子的冗余系数和PLC指令质量因子的冗余系数中任意一方连续大于另一方N次，则此时进行网关和PLC的切换，N大于等于2；
设定准则二：当全局指令质量因子的冗余系数连续上升M次，则确认网关和PLC的切换，反之全局指令质量因子的冗余系数不稳定，则无需进行切换，M大于等于2。
优选地，当同时满足所述设定准则时，即存在一个切换时间窗口，根据所述联合冗余系数三元组，在
Figure DEST_PATH_IMAGE005
的时间长度内进行切换。
优选地，所述网络预测模型为TCN网络。
本发明还提供了一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制系统的技术方案，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储在存储器中的用于实现上述的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法的技术方案。
本发明的有益效果：
本发明通过实时获取当前时刻的三元组；构建网络预测模型，以历史时刻的三元组为训练样本，并利用相空间重构对训练样本进行标注，对所述网络预测模型进行训练，得到训练好的网络预测模型；将当前时刻的三元组，输入训练好的网络预测模型，输出网关与PLC的切换结果，能够实现网关与PLC的切换控制。
同时，基于父相空间的指标和PLC及网关代表的子相空间指标计算当前工业控制的冗余度和超控方，进而通过TCN网络直接确定超控方的时间窗口，实现更可靠的双机指令冗余度监控方法。
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和优点，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的介绍，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它附图。
图1是现有的边缘计算网关与PLC连接控制的结构框图；
图2是本发明的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法的方法实施例的流程图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的方案，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
本发明针对的是基于边缘计算网关与PLC的控制，由于PLC的内部中断情况不同，网关的队列缓存、非实时操作系统的抢占操作都会造成延迟，从而产生不稳定因素，从而提出了一种PLC和网关协同工作的冗余控制方式，可以最小化不稳定因素，能够观测网关、PLC工作的实时情况，实时计算当前工业控制的冗余度和超控方，从而确定是否进行网关和PLC的切换控制，提升整个系统控制的可靠性。
具体地，请参阅图2所示，本发明提供的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1，实时获取当前时刻的三元组。
本实施例中获取三元组的过程为：
1）获取PLC控制回环时间、网关回环时间以及全局回环时间，所述全局回环时间为PLC控制回环时间与所述网关回环时间中较大的时间；分别记录网关和PLC待处理的指令队列长度，进而获取全局的指令队列长度，所述全局的指令队列长度为两指令队列长度中较大的指令队列长度，其中，指令队列长度为接收缓冲区的数据包长度。
本实施例中，网关回环时间为自收到远程指令到发送设备指令，再到发回远程终端的时间，即控制指令的RTT，其记录频率为5Hz。全局回环时间取决于两者RTT的最大值。
本实施例中，分别记录网关和PLC待处理的指令队列长度，其中，指令队列长度为接受缓冲区的数据包长度，该长度能够表示一方负载较大时的指令队列长度；一般的指令队列长度是一个较低的定值，该值可以保证指令是可以按照一定批量连续处理，从而减少系统中断或处理器缓存的上下文切换时间，保证更高的处理效率。然后记录全局的指令队列长度，其值取决于两者指令队列长度中的最大值，且在进行指令队列长度获取时，其记录频率为5Hz。
2）根据所述PLC控制回环时间以及PLC待处理的指令队列长度，得到PLC指令质量因子，根据所述网关回环时间以及网关待处理的指令队列长度，得到网关指令质量因子，根据全局回环时间以及全局的指令队列长度，得到全局指令质量因子，将PLC指令质量因子、网关指令质量因子以及全局指令质量因子构成三元组。
其中，本实施例中以PLC为例，计算PLC指令质量因子：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 421403DEST_PATH_IMAGE008
为t时刻的PLC控制回环时间归一化数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为t-1时刻的PLC控制回环时间归一化数据，
Figure 638757DEST_PATH_IMAGE010
为t时刻的PLC待处理的指令队列长度归一化数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为t时刻的PLC待处理的指令队列长度归一化数据。
本实施例中，采用上述计算PLC指令质量因子的公式，计算网关指令质量因子和全局指令质量因子。
其中，三元组中的任意一个指令质量因子的物理含义，包括：
同步性：当前一时刻和当前时刻的RTT任意时刻较大时，意味着同步性下降。
负载情况：当指令队列长度增长时，Q的线性预测值变大，反之变小，从而修正同步性的悲观预测。
因此，基于同步性的分析和负载情况的修正可以代表当前网关或PLC乃至整个系统的指令质量好坏，该指令质量因子无量纲。
基于上述三个指令质量因子构建三元组
Figure 49010DEST_PATH_IMAGE012
。
需要说明的是，上述数据在Redis数据库中存储，并基于下述方法实时分析。鉴于本发明分析的时段是围绕运行时的，为了避免Redis数据库长时间累积数据，实施者可以考虑控制Redis数据库自动删除2小时前的数据。
步骤2，构建网络预测模型，以历史时刻的三元组为训练样本，并利用相空间重构对训练样本进行标注，对所述网络预测模型进行训练，得到训练好的网络预测模型。
其中，本实施例中的训练样本的标注的过程为：
利用相空间重构分别对历史时刻的三元组中的质量因子进行跟踪，得到设定时间窗口的跟踪指标，基于所述跟踪指标，获取该跟踪指标在t时刻的标准差；基于所述标准差，得到各质量因子对应的冗余系数，进而得到联合冗余系数三元组，按照设定准则对联合冗余系数三元组进行判断，确定网关与PLC的切换时间窗口，对联合冗余系数三元组进行是否切换标注，其中切换标注为真，不切换标注为假。
需要说明的是，上述中的历史时刻的三元组的获取方法与当前时刻的三元组的获取方法相同，区别仅在于，前者是历史采集的历史数据，后者是采集的当前实时数据；因此，对于具体的获取方法，此处不再过多赘述。
上述训练样本的标注是借助于相空间重构的方法进行的标注，其由于控制系统的指令质量是基于控制程序的内容变化而变化的，具有一定的系统周期性和惯性，且整个控制系统在长期工作的情况下是按照程序不同，各方负载不同而演变的。此种演变，其根源是控制系统内部的PLC由于内部中断、网关由于多模态负载而引起的非线性相互作用，出现混沌往往也是因为非线性机制的作用。
需要说明的是，系统有无混沌取决于系统中是否存在混沌吸引子，而控制系统的波动是由PLC的负载、网关的负载因素同时影响下产生的。由于混沌系统状态在相空间中总是收敛于一定的吸引子，因此引入相空间方法对指令质量进行相空间重构，基于跟踪函数进行网关和PLC的冗余系数的分析：
本发明对全局指令质量因子、网关指令质量因子以及PLC指令质量因子进行处理，基于指令通信的过程构建分析时域，从而构造一种全局系统和子系统关系的相空间三元组，使得PLC负载、网关负载、全局负载被表示到三个具备所有可能状态的空间，从而构建相空间三元组。
以网关指令质量因子为例，做如下处理：
在网关工作时，由于上述数据已经在Redis数据库中存储。
在t＝0时刻，已经存在记录网关指令质量因子v在N’次采集的过程中的滑动窗口，已经得到该时刻的窗口内网关指令质量因子v的变化过程：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，其中N’为滑动窗口的长度。
首先，利用互信息法选取延迟时间参数τ，利用虚假邻近点法选取嵌入维数参数m，相空间重构的方式为：
Figure 842086DEST_PATH_IMAGE014
…
Figure DEST_PATH_IMAGE015
…
Figure 95213DEST_PATH_IMAGE016
。
从而重构t=0时，网关指令质量因子变化的相空间，并将该相空间作为参考相空间
Figure DEST_PATH_IMAGE017
。
并滑动该窗口更新数据，更新t时刻窗口内网关指令质量因子v的变化过程
Figure 631105DEST_PATH_IMAGE018
，采用与参考相空间
Figure 223761DEST_PATH_IMAGE017
相同的延迟时间τ和嵌入维数m，重构t时刻网关指令质量因子v在N’次采集的过程中的滑动窗口的相空间
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，且在后续记录过程中，以上述相同方式重构当前的相空间
Figure 668298DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
…
Figure DEST_PATH_IMAGE023
…
Figure 503661DEST_PATH_IMAGE024
。
至此，得到实时变化的相空间
Figure 938185DEST_PATH_IMAGE019
。
对于t时刻相空间中的某一个向量
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，在参考相空间中寻找
Figure 509981DEST_PATH_IMAGE026
个与其距离最近的向量
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，其中
Figure 434791DEST_PATH_IMAGE028
。
基于上述处理方法，以滑动窗口的形式更新数据点v（网关指令质量因子）。
其次，以一段新的时间窗口T为观察时间，获取跟踪函数，具体如下：
对于网关指令质量因子变化的相空间，有：
Figure 865773DEST_PATH_IMAGE030
Figure 838408DEST_PATH_IMAGE032
Figure DEST_PATH_IMAGE033
的跟踪函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE035
计算所有
Figure 592606DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
。
然后，利用t时刻相空间中所有向量对应的所有跟踪函数，计算t时刻相空间的跟踪指标：
Figure DEST_PATH_IMAGE039
其中，设计相空间权值
Figure 422022DEST_PATH_IMAGE040
，是通过计算
Figure DEST_PATH_IMAGE041
与向量
Figure 223188DEST_PATH_IMAGE042
的距离，最远的距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE043
。
最后，设置第二个时间窗口，长度为T’，获取
Figure 530673DEST_PATH_IMAGE044
在时间窗口内的变化，计算
Figure DEST_PATH_IMAGE045
,共T’个跟踪指标在t时刻的标准差
Figure 342640DEST_PATH_IMAGE004
。
基于上述获取的标准差，在此处计算网关的冗余系数
Figure 811798DEST_PATH_IMAGE046
：
Figure 686214DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为第t-T时刻对应的标准差，
Figure 548121DEST_PATH_IMAGE004
为第t时刻对应的标准差，T为时间窗口的总个数。
上述实施例中是计算T个时间窗口下，
Figure 89961DEST_PATH_IMAGE004
的最大和最小的比值，比值越小，意味着一段时间内的相空间跟踪指标变动越大，网关指令质量因子越不稳定，冗余度越低。
Figure 464442DEST_PATH_IMAGE046
能够考虑一段时间内标准差的最小值与最大值之比，当相空间中跟踪指标发生较大变化时，意味着当下T个时间窗口的跟踪指标是异动的，从而认为冗余系数较低。
同样地，计算PLC的冗余系数
Figure 826153DEST_PATH_IMAGE048
，和全局的冗余系数
Figure DEST_PATH_IMAGE049
，得到了此时相空间分析所产生的联合冗余系数三元组；后期的联合冗余系数三元组的更新是随着指令质量因子的三元组
Figure 724708DEST_PATH_IMAGE050
的更新而同时更新的。
需要说明的是，由于网关、PLC、以及整体的通信都是高可靠性的，因此指令质量因子的变化遵循正态分布假设，若分布出现偏离，则意味着通信抖动和负载抖动导致指令质量因子较低，因此计算冗余系数。
同时，本实施例中的联合冗余系数三元组J的变化有如下的含义：
1）
Figure 996420DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure 666436DEST_PATH_IMAGE048
在任一时刻都有一方较差。
2）
Figure 404192DEST_PATH_IMAGE049
在任一时刻都是
Figure 919487DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure 576864DEST_PATH_IMAGE048
的参考值。
3）
Figure 152202DEST_PATH_IMAGE049
的抖动受到全局的影响，当
Figure 754084DEST_PATH_IMAGE049
较小时，意味着此时是
Figure 463283DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure 834222DEST_PATH_IMAGE048
的可靠性较低，状态较差，不适合切换。
因此，基于上述获取的联合冗余系数三元组的含义，能够判断之前存在切换的时间窗口：
首先，通过设置设定准则，判断网关和PLC是否进行切换控制，具体如下：
设定准则1：若
Figure 721406DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure 545006DEST_PATH_IMAGE048
中任意一方连续大于另一方N次，则认为此时可以切换，但需要结合
Figure 293781DEST_PATH_IMAGE049
的抖动来判断，N大于等于2。
设定准则2：若
Figure 519226DEST_PATH_IMAGE049
在此期间连续上升M次，则认为可以切换，反之
Figure 577312DEST_PATH_IMAGE049
若是不稳定，则无需进行切换，M大于等于2。
上述中的
Figure 153787DEST_PATH_IMAGE049
的不稳定，意味着PLC和网关都处于一种负载较大的情况，且
Figure 470368DEST_PATH_IMAGE049
在此期间不连续上升，也意味着通信过程中可能有队列因积压导致指令队列长度过长的问题。贸然切换一方面会引起通信的缓冲、同步的时间损失，进一步劣化通信时间。
其次，当同时满足上述两个设定准则时，即存在一个时间窗口，这样就可以基于此种联合冗余系数三元组的变化特征，在
Figure 284740DEST_PATH_IMAGE005
的时间长度内进行切换。
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE051
是两个设定准则同时满足时，前期最早满足任一设定准则的时间，当同时满足两个设定准则时，一定有一个设定准则率先满足，若时间窗口存在，则认为最早满足该准则时即可开启该时间窗口；其中∞是一种假设，该假设在设定准则1和设定准则2同时满足时适用，因此当任一准则无法满足时，则该时间窗口终止。
本实施例中的上述设定准则的设定，是由于PLC的自身延迟较大，又由于终端资源不足，可能在执行一些IO控制的时候出现响应慢的情况；而网关是一个综合的计算单元，其IO口主要受限于其他数据的传输、压缩和解压、加解密、人工智能计算等负载，因此也会出现一段时间的阻塞情况。
由相空间跟踪指标计算得来的冗余系数可以指明一段时间内是否出现严重的拥塞和响应时间不稳定的情况，因此可以通过连续N次出现一方冗余情况大于另一方时的切换时间窗口，其中N大于等于2。
需要说明的是，上述设定准则，只能事后判断，即一种后验机制，不能实时判断，因此需要构建一个深度神经网络预测切换的时间窗口。
因此，TCN可以学习三元组在同时满足两个准则之前的时间序列上的变化特征，从而预测是否可以进行切换，即允许切换的真假值。
基于该标注，构建TCN训练集：
其中TCN的输入是三元组，即输入三个通道的序列。
TCN的输出的为是否允许切换的真假值，当样本的某一时刻位于时间窗口中，则切换为真，反之不切换为假，即通过TCN能够预测合适的切换时间窗口。
本实施例中的TCN训练集训练TCN时，TCN的损失函数为交叉熵损失；由于训练TCN的方法是公知的，因此不再赘述。
步骤3，将当前时刻的三元组，输入训练好的网络预测模型，输出网关与PLC的切换结果。
本实施例中，将当前时刻的三元组输入到训练好的网络预测模型中，输出网关与PLC的切换结果，该切换结果为可以切换为真，无需切换为假。
进一步地，本发明还可以判断切换时间窗口出现的次数，即当确定的切换时间窗口的次数超过X次时，认为可以切换，从而预测冗余切换，进而保障设备控制的可靠性。
本发明还提供了一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制系统，包括处理器和存储器，其中处理器用于执行存储在存储器中的上述一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法的程序；由于上述实施例中已经对一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法进行了详细的介绍，此处不再进行过多赘述。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
实时获取当前时刻的三元组；
构建网络预测模型，以历史时刻的三元组为训练样本，并利用相空间重构对所述训练样本进行标注，对所述网络预测模型进行训练，得到训练好的网络预测模型；
将当前时刻的三元组，输入训练好的网络预测模型，输出网关与PLC的切换结果；
其中，当前时刻的三元组和历史时刻的三元组的获取过程为：获取PLC控制回环时间、网关回环时间以及全局回环时间，所述全局回环时间为PLC控制回环时间与所述网关回环时间中较大的时间；分别记录网关和PLC待处理的指令队列长度，进而获取全局的指令队列长度，所述全局的指令队列长度为两指令队列长度中较大的指令队列长度，其中，指令队列长度为接收缓冲区的数据包长度；
根据所述PLC控制回环时间以及PLC待处理的指令队列长度，得到PLC指令质量因子，根据所述网关回环时间以及网关待处理的指令队列长度，得到网关指令质量因子，根据全局回环时间以及全局的指令队列长度，得到全局指令质量因子，将PLC指令质量因子、网关指令质量因子以及全局指令质量因子构成三元组；
计算PLC指令质量因子：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为t时刻的PLC控制回环时间归一化数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为t-1时刻的PLC控制回环时间归一化数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为t时刻的PLC待处理的指令队列长度归一化数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为t时刻的PLC待处理的指令队列长度归一化数据；
其中，网关指令质量因子和全局指令质量因子按照PLC指令质量因子的公式的方法进行计算；
所述对训练样本进行标注的过程为：
利用相空间重构分别对所述历史时刻的三元组中的指令质量因子进行跟踪，得到设定时间窗口的跟踪指标，基于所述跟踪指标，获取该跟踪指标在t时刻的标准差；基于所述标准差，得到各指令质量因子对应的冗余系数，进而得到联合冗余系数三元组，按照设定准则对联合冗余系数三元组进行判断，确定网关与PLC的切换时间窗口，对联合冗余系数三元组进行是否切换标注，其中切换标注为真，不切换标注为假；
三元组中的网关指令质量因子的冗余系数为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为第t-T时刻对应的标准差，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为第t时刻对应的标准差，T为时间长度；
同样地，按照计算网关指令质量因子的冗余系数的公式的方法计算PLC的冗余系数
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，和全局的冗余系数
Figure DEST_PATH_IMAGE020
。
2.根据权利要求1所述的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法，其特征在于，所述设定准则为：
设定准则一：若网关指令质量因子的冗余系数和PLC指令质量因子的冗余系数中任意一方连续大于另一方N次，则此时进行网关和PLC的切换，N大于等于2；
设定准则二：当全局指令质量因子的冗余系数连续上升M次，则确认网关和PLC的切换，反之全局指令质量因子的冗余系数不稳定，则无需进行切换，M大于等于2。
3.根据权利要求2所述的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法，其特征在于，当同时满足所述设定准则时，即存在一个切换时间窗口，根据所述联合冗余系数三元组，在
Figure DEST_PATH_IMAGE022
的时间长度内进行切换。
4.根据权利要求1所述的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法，其特征在于，所述网络预测模型为TCN网络。
5.一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制系统，包括处理器和存储器，其特征在于，所述处理器用于执行存储在存储器中的用于实现如权利要求1-4中任一项所述的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法的程序。
CN202210455119.2A 2022-04-28 2022-04-28 一种网关与plc配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统 Active CN114563946B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210455119.2A CN114563946B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种网关与plc配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210455119.2A CN114563946B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种网关与plc配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114563946A CN114563946A (zh) 2022-05-31
CN114563946B true CN114563946B (zh) 2022-07-15

Family

ID=81720825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210455119.2A Active CN114563946B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种网关与plc配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114563946B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115356980B (zh) * 2022-08-25 2023-06-27 合肥吉斯凯达控制技术有限公司 一种利用边缘计算网关对既有自控系统的改造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3715970A1 (en) * 2019-03-29 2020-09-30 Honeywell International Inc. Redundant controllers or input-output gateways without dedicated hardware
CN112650048A (zh) * 2021-01-21 2021-04-13 杭州康吉森自动化科技有限公司 一种工业网关冗余系统和控制方法
CN112737936A (zh) * 2020-12-31 2021-04-30 青岛鹏海软件有限公司 一种用于设备预维护的边缘计算网关
CN113037620A (zh) * 2021-01-20 2021-06-25 厦门市智联信通物联网科技有限公司 一种智能边缘计算网关
CN113448282A (zh) * 2021-06-01 2021-09-28 浙江捷创方舟数字技术有限公司 一种基于冗余控制系统的无线网络控制连接方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3715970A1 (en) * 2019-03-29 2020-09-30 Honeywell International Inc. Redundant controllers or input-output gateways without dedicated hardware
CN112737936A (zh) * 2020-12-31 2021-04-30 青岛鹏海软件有限公司 一种用于设备预维护的边缘计算网关
CN113037620A (zh) * 2021-01-20 2021-06-25 厦门市智联信通物联网科技有限公司 一种智能边缘计算网关
CN112650048A (zh) * 2021-01-21 2021-04-13 杭州康吉森自动化科技有限公司 一种工业网关冗余系统和控制方法
CN113448282A (zh) * 2021-06-01 2021-09-28 浙江捷创方舟数字技术有限公司 一种基于冗余控制系统的无线网络控制连接方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114563946A (zh) 2022-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gupta et al. Optimal LQG control across packet-dropping links
CN110764885B (zh) 一种多移动设备的dnn任务的拆分和卸载方法
Ling Bit-rate conditions to stabilize a continuous-time linear system with feedback dropouts
CN114563946B (zh) 一种网关与plc配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统
CN112260957B (zh) 一种时间感知整形器分级交叉流量调度系统
CN112637806B (zh) 基于深度强化学习的变电站监测系统及其资源调度方法
CN112163668B (zh) 一种基于预测和云边协同的减少时间序列数据传输量方法
Li et al. Networked dual-mode adaptive horizon MPC for constrained nonlinear systems
CN114389959B (zh) 网络拥塞控制方法、装置、电子设备及存储介质
Hameed et al. Toward qos prediction based on temporal transformers for iot applications
CN113438155B (zh) 虚拟多链路的智能可靠的udp传输方法、装置和设备
Heydari et al. Robust event-triggered model predictive control of polytopic LPV systems: An input-to-state stability approach
US20200328954A1 (en) Adaptive adjustment of links per channel based on network metrics
CN110611599A (zh) 一种网络控制系统及其控制方法
Skarin et al. An assisting model predictive controller approach to control over the cloud
Odema et al. Testudo: Collaborative intelligence for latency-critical autonomous systems
GB2461516A (en) A method of predicting traffic in a wireless network
CN115668868A (zh) 与公共计算云交互的本地计算云
Tian et al. Predictive control compensation strategy for time delay in networked control systems
Li et al. A Genetic Algorithm Based Adaptive Offloading Scheme for Domain Generalization in VEC
CN111935667B (zh) 用于分组预测控制系统的功率分配方法
Ibarra et al. Observers And Predictors For Wireless Time-Sensitive Control Loops
Lin et al. Double-Machine-Learning-Based Resource Scheduling Method for Offloading Transfers
CN117792991B (zh) 一种路由器链路自动切换方法及多链路由器
CN117440135B (zh) 基于北斗卫星通信的图像传输方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant