CN115604013A - 一种工业数据交互平台及交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业数据交互平台及交互方法，包括数据层、服务层、应用层、展示层、基础层和执行层，采用B/S架构集中部署分布使用，并采用MVC的开发模式，参考SOA体系架构进行功能设计。本发明是对运行数据进行分析，利用TCP/IP协议转发系统中数据，从而对设备的状态、位置、传感器、告警以及性能等重要数据进行收集与分析，有效获取生产系统中的各个设备及模块的交互信息，提升系统中设备的通信效率，同时，为了实现工业数据的数据安全，通过对平台数据进行标准化整合与管理，采用模糊理论检索工业数据交互系统中的风险数据，根据检索结果后将风险数据剔除，保障工业数据交互系统中数据的安全交互支持。

Description

一种工业数据交互平台及交互方法

技术领域

本发明涉及工业数据技术领域，具体为一种工业数据交互平台及交互方法。

背景技术

工业互联网是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态，通过对人、机、物、系统等的全面连接，构建起覆盖全要素、全产业链、全价值链的全新工业制造体系，为工业数字化、网络化、智能化、绿色化发展提供了实现途径。工业互联网要实现上层管理软件与下层生产设备的互动，就必须实现上层管理信息系统与控制设备的组态软件之间的数据交换。

现有技术中，如中国专利申请为：CN112085393A的“一种用于工业生产的大数据交互方法”，该方法主体逻辑架构包括数据库、区块链数据、数据交互中心、子数据平台和数据单元，包括以下步骤：步骤S1，将工业生产环节中的仓储系统、安防系统、仪器仪表、设备参数、动力介质及生产工艺、原料配比等参数分别以时间轴为进行独立参数化整合并存储到寄存器，以寄存器作为变量并通过DTU透传进入所述子数据平台。此方法整合现有的安防系统、仪器仪表、设备参数、动力介质及生产工艺、原料配比等参数进入数据平台，实现无人化自动运行，采用了集约化的手段安全生产升级成本低。

但现有技术中，由于工业物联网所需设备的物理链路不同或者受到各种条件的制约，导致绝大多数据交互没有统一的数据标准，数据开放度低，现有的工业系统所产生的数据资源利用率差，降低了工业现场数据的实用价值，网络协议多样异构，互联互通困难，且随着虚拟化等技术的广泛使用，使得业务系统与网络结构变得越发复杂，运作时产生大量的数据，网络通道占用率明显下降，单位时间内网络安全实体识别系统的数据负载增大，产生安全风险问题，也增加了工业数据交互的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业数据交互平台及交互方法，以解决上述背景技术提出的由于工业物联网所需设备的物理链路不同或者受到各种条件的制约，导致绝大多数据交互没有统一的数据标准，数据开放度低，现有的工业系统所产生的数据资源利用率差，降低了工业现场数据的实用价值，网络协议多样异构，互联互通困难，且随着虚拟化等技术的广泛使用，使得业务系统与网络结构变得越发复杂，运作时产生大量的数据，网络通道占用率明显下降，单位时间内网络安全实体识别系统的数据负载增大，产生安全风险问题，也增加了工业数据交互难度的问题。

本发明能有效获取生产系统中的各个设备及模块的交互信息，提升系统中设备的通信效率，同时，对平台数据进行标准化整合与管理，保障工业数据交互系统中数据的安全交互支持，为系统梳理工业互联网平台，赋能制造业数字化转型的发展现状、应用场景、落地路径。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种工业数据交互方法，包括：数据层1中将通过采用模糊理论对数据交互系统中的风险数据进行检索，并将所述数据交互系统的数据层1中具有相似特征的数据进行模拟化操作，使样本数据的内散度最小化；

所述样本数据的内散度最小化，包括以下步骤：

S1、总体数据空间为G＝{g₁,g₂,…,g_n},包含安全数据S＝{s₁,s₂,…,s_a}和风险数据R＝{r₁,r₂,…,r_b}，对所述安全数据的聚类中心进行表示；其中，n、a、b分别为总体数据数量，安全数据数量和风险数据数量，且n＝a+b；

S2、根据如下公式计算针对第x个所述安全数据的离散度Lsx和针对第x个所述风险数据的离散度Lrx：

其中，所述P_x表示数据维度；所述s_x表示第x个安全数据，r_x表示第x个安全数据；

S3、根据获取的风险数据聚类中心将数据散度问题转化成目标函数；所述目标函数的公式如下：

S4、求取目标函数的最小值min{A}，作为最佳交互方案。

一种工业数据交互平台，包括数据层、服务层、应用层、展示层、基础层和执行层，采用B/S架构集中部署分布使用，并采用MVC的开发模式，参考SOA体系架构进行功能设计；

所述数据层使用MySQL数据库，同时也支持Oracle、SQLServer关系型数据库，用于实时分析、过滤、分类存储各个数据源，所述数据源具体包括中控数据、工程数据、巡检数据、检测数据；

所述服务层用于通过对各个设备的采集位点，存储实时数据，并将其数据实时同步到所述数据层，并提供API接口；

所述应用层外接MAXINO、生产日报系统，用于通过所述API接口，同步各系统业务数据，在生产运营数据平台对各个系统的接入进行管理，可设置接入方式、安全管理；

所述展示层支持外接屏幕、手持终端接入，用于详细查看具体某一条记录中的操作详情，可展示报表、监控数据，以及设备、文档的数据；所述基础层包括所有接入系统的生产设备以及用于实时监测生产设备运行状态信息的传感器；所述执行层用于获取来自所述数据层的调控指令信息并对所述基础层中的生产设备进行运行状态调整。

优选的，所述服务层包括工程数据采集模块、中控数据采集模块、监测数据采集模块、巡检数据采集模块；所述工程数据采集模块用于实时采集系统中的生产运营数据，并同步系统业务数据；所述中控数据采集模块用于记录并采集系统中的调控指令数据；所述监测数据采集模块用于所有所述生产设备的现场数据实时采集管理；所述巡检数据采集模块用于对系统中所有接入设备的运行数据进行巡检式实时分析并过滤。

优选的，所述应用层包括三维可视化引擎、数据同步模块、异常数据处理模块、数据转发模块；所述三维可视化引擎用于输出系统运行模拟结果，以评估相应物理层输出的关键性能指标和通过三维实时构建物理系统展示其运行画面；所述数据同步模块用于利用TCP/IP协议转发系统中所述数据层中数据；所述异常数据处理模块用于在出现异常情况触发告警后，系统自动记录异常时间、异常内容、异常描述的详细情况，支持用户按照时间、内容等进行筛选查询，便于用户处理异常信息。

优选的，所述展示层包括查询模块和告警模块；

所述查询模块用于查看指定时间内的系统所记录的所有操作，并可按照时间、操作类型、操作人等条件进行筛选查询，日志结果中记录时间、操作人、操作类型、操作内容；所述告警模块用于通过所述展示层播报告警信息图案。

优选的，所述基础层还包括控制器和执行器，所述控制器用于根据被控对象和设定值的偏差来计算并生成所述执行器对设备的控制指令信息；所述执行器对设备发送控制指令信息。

优选的，所述服务层分别使用ETL、Flume/Kafka、Crawler/DPI数据驱动，进行离线收集、实时收集、互联网收集系统运行数据。

一种工业数据交互方法，包括：所述数据层中将通过采用模糊理论对数据交互系统中的风险数据进行检索，并将所述数据交互系统的数据层中具有相似特征的数据进行模拟化操作，使样本数据的内散度最小化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是对运行数据进行分析，利用TCP/IP协议转发系统中数据，从而对设备的状态、位置、传感器、告警以及性能等重要数据进行收集与分析，有效获取生产系统中的各个设备及模块的交互信息，提升系统中设备的通信效率，同时，为了实现工业数据的数据安全，通过对平台数据进行标准化整合与管理，采用模糊理论检索工业数据交互系统中的风险数据，根据检索结果后将风险数据剔除，保障工业数据交互系统中数据的安全交互支持。

附图说明

图1为本发明一种工业数据交互平台的系统框图。

图中：

1、数据层；2、服务层；20、工程数据采集模块；21、中控数据采集模块；22、监测数据采集模块；23、巡检数据采集模块；3、应用层；30、三维可视化引擎；31、数据同步模块；32、异常数据处理模块；33、数据转发模块；4、展示层；40、查询模块；41、告警模块；5、基础层；50、传感器；51、生产设备；52、控制器；53、执行器；6、执行层。

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，所描述的实施条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做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。

参照图1所示：一种工业数据交互平台，包括数据层1、服务层2、应用层3、展示层4、基础层5和执行层6，采用B/S架构集中部署分布使用，并采用MVC的开发模式，参考SOA体系架构进行功能设计；

数据层1使用MySQL数据库，同时也支持Oracle、SQLServer关系型数据库，用于实时分析、过滤、分类存储各个数据源，数据源具体包括中控数据、工程数据、巡检数据、检测数据；

服务层2分别使用ETL、Flume/Kafka、Crawler/DPI数据驱动，进行离线收集、实时收集、互联网收集系统运行数据，服务层2用于通过对各个设备的采集位点，存储实时数据，并将其数据实时同步到数据层1，并提供API接口；服务层2包括工程数据采集模块20、中控数据采集模块21、监测数据采集模块22、巡检数据采集模块23；工程数据采集模块20用于实时采集系统中的生产运营数据，并同步系统业务数据；中控数据采集模块21用于记录并采集系统中的调控指令数据；监测数据采集模块22用于所有生产设备51的现场数据实时采集管理；巡检数据采集模块23用于对系统中所有接入设备的运行数据进行巡检式实时分析并过滤。

应用层3外接MAXINO、生产日报系统，用于通过API接口，同步各系统业务数据，在生产运营数据平台对各个系统的接入进行管理，可设置接入方式、安全管理；应用层3包括三维可视化引擎30、数据同步模块31、异常数据处理模块32、数据转发模块33；三维可视化引擎30用于输出系统运行模拟结果，以评估相应物理层输出的关键性能指标和通过三维实时构建物理系统展示其运行画面；数据同步模块31用于利用TCP/IP协议转发系统中数据层1中数据；异常数据处理模块32用于在出现异常情况触发告警后，系统自动记录异常时间、异常内容、异常描述的详细情况，支持用户按照时间、内容等进行筛选查询，便于用户处理异常信息。

一种工业数据交互平台，包括数据层1中将通过采用模糊理论对数据交互系统中的风险数据进行检索，并将数据交互系统的数据层1中具有相似特征的数据进行模拟化操作，使样本数据的内散度最小化。

一种工业数据交互方法，包括：数据层1中将通过采用模糊理论对数据交互系统中的风险数据进行检索，并将所述数据交互系统的数据层1中具有相似特征的数据进行模拟化操作，使样本数据的内散度最小化；

所述样本数据的内散度最小化，包括以下步骤：

S1、总体数据空间为G＝{g₁,g₂,…,g_n},包含安全数据S＝{s₁,s₂,…,s_a}和风险数据R＝{r₁,r₂,…,r_b}，对所述安全数据的聚类中心进行表示；其中，n、a、b分别为总体数据数量，安全数据数量和风险数据数量，且n＝a+b；

S2、根据如下公式计算针对第x个所述安全数据的离散度Lsx和针对第x个所述风险数据的离散度Lrx：

其中，所述P_x表示数据维度；所述s_x表示第x个安全数据，r_x表示第x个安全数据；

S3、根据获取的风险数据聚类中心将数据散度问题转化成目标函数；所述目标函数的公式如下：

S4、求取目标函数的最小值min{A}，作为最佳交互方案。

展示层4支持外接屏幕、手持终端接入，用于详细查看具体某一条记录中的操作详情，可展示报表、监控数据，以及设备、文档的数据；将需要访问的测试数据进行解析，判断测试数据的交互类型，再从Web界面用户属性中获取用户名、Web界面登录密码等信息，连续访问工业互联网中的测试数据，为实现数据交互整合创造良好的数据环境。展示层4包括查询模块40和告警模块41；查询模块40用于查看指定时间内的系统所记录的所有操作，并可按照时间、操作类型、操作人等条件进行筛选查询，日志结果中记录时间、操作人、操作类型、操作内容；告警模块41用于通过展示层4播报告警信息图案。

基础层5包括所有接入系统的生产设备51以及用于实时监测生产设备运行状态信息的传感器50；基础层5还包括控制器52和执行器53，控制器52用于根据被控对象和设定值的偏差来计算并生成执行器53对设备的控制指令信息；执行器53对设备发送控制指令信息执行层6用于获取来自数据层1的调控指令信息并对基础层5中的生产设备51进行运行状态调整。

本发明是根据系统中的设备对运行数据进行分析，利用TCP/IP协议转发系统中数据，从而对设备的状态、位置、传感器、告警以及性能等重要数据进行收集与分析，进而实现设备的远程控制、遇到故障能够及时预警、预防性维护以及相关性能的优化分析，有效获取生产系统中的各个设备及模块的交互信息，提升系统中设备的通信效率。同时，为了实现工业数据的数据安全，通过对平台数据进行标准化整合与管理，采用模糊理论检索工业数据交互系统中的风险数据，根据检索结果后将风险数据剔除，保障工业数据交互系统中数据的安全交互支持。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工业数据交互方法，其特征在于，包括：数据层(1)中将通过采用模糊理论对数据交互系统中的风险数据进行检索，并将所述数据交互系统的数据层(1)中具有相似特征的数据进行模拟化操作，使样本数据的内散度最小化；

所述样本数据的内散度最小化，包括以下步骤：

S1、总体数据空间为G＝{g₁,g₂,…,g_n},包含安全数据S＝{s₁,s₂,…,s_a}和风险数据R＝{r₁,r₂,…,r_b}，对所述安全数据的聚类中心进行表示；其中，n、a、b分别为总体数据数量，安全数据数量和风险数据数量，且n＝a+b；

S2、根据如下公式计算针对第x个所述安全数据的离散度Lsx和针对第x个所述风险数据的离散度Lrx：

其中，所述P_x表示数据维度；所述s_x表示第x个安全数据，r_x表示第x个安全数据；

S3、根据获取的风险数据聚类中心将数据散度问题转化成目标函数；所述目标函数的公式如下：

S4、求取目标函数的最小值min{A}，作为最佳交互方案。

2.一种工业数据交互平台，执行如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括数据层(1)、服务层(2)、应用层(3)、展示层(4)、基础层(5)和执行层(6)，采用B/S架构集中部署分布使用，并采用MVC的开发模式，参考SOA体系架构进行功能设计；

所述数据层(1)使用MySQL数据库，同时支持Oracle、SQLServer关系型数据库，用于实时分析、过滤、分类存储各个数据源，所述数据源具体包括中控数据、工程数据、巡检数据、检测数据；

所述服务层(2)用于通过对各个设备的采集位点，存储实时数据，并将其数据实时同步到所述数据层(1)，并提供API接口；

所述应用层(3)外接MAXINO、生产日报系统，用于通过所述API接口，同步各系统业务数据，在生产运营数据平台对各个系统的接入进行管理，可设置接入方式、安全管理；

所述展示层(4)支持外接屏幕、手持终端接入，用于详细查看具体某一条记录中的操作详情，可展示报表、监控数据，以及设备、文档的数据；所述基础层(5)包括所有接入系统的生产设备(51)以及用于实时监测生产设备运行状态信息的传感器(50)；所述执行层(6)用于获取来自所述数据层(1)的调控指令信息并对所述基础层(5)中的生产设备(51)进行运行状态调整。

3.根据权利要求2所述的一种工业数据交互平台，其特征在于，所述服务层(2)包括工程数据采集模块(20)、中控数据采集模块(21)、监测数据采集模块(22)、巡检数据采集模块(23)；所述工程数据采集模块(20)用于实时采集系统中的生产运营数据，并同步系统业务数据；所述中控数据采集模块(21)用于记录并采集系统中的调控指令数据；所述监测数据采集模块(22)用于所有所述生产设备(51)的现场数据实时采集管理；所述巡检数据采集模块(23)用于对系统中所有接入设备的运行数据进行巡检式实时分析并过滤。

4.根据权利要求3所述的一种工业数据交互平台，其特征在于，所述应用层(3)包括三维可视化引擎(30)、数据同步模块(31)、异常数据处理模块(32)、数据转发模块(33)；所述三维可视化引擎(30)用于输出系统运行模拟结果，以评估相应物理层输出的关键性能指标和通过三维实时构建物理系统展示其运行画面；所述数据同步模块(31)用于利用TCP/IP协议转发系统中所述数据层(1)中数据；所述异常数据处理模块(32)用于在出现异常情况触发告警后，系统自动记录异常时间、异常内容、异常描述的详细情况，支持用户按照时间、内容等进行筛选查询，便于用户处理异常信息。

5.根据权利要求4所述的一种工业数据交互平台，其特征在于，所述展示层(4)包括查询模块(40)和告警模块(41)；

所述查询模块(40)用于查看指定时间内的系统所记录的所有操作，并可按照时间、操作类型、操作人等条件进行筛选查询，日志结果中记录时间、操作人、操作类型、操作内容；所述告警模块(41)用于通过所述展示层(4)播报告警信息图案。

6.根据权利要求5所述的一种工业数据交互平台，其特征在于，所述基础层(5)还包括控制器(52)和执行器(53)，所述控制器(52)用于根据被控对象和设定值的偏差来计算并生成所述执行器(53)对设备的控制指令信息；所述执行器(53)对设备发送控制指令信息。

7.根据权利要求6所述的一种工业数据交互平台，其特征在于，所述服务层(2)分别使用ETL、Flume/Kafka、Crawler/DPI数据驱动，进行离线收集、实时收集、互联网收集系统运行数据。

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