CN116032712A - 一种基于n2n技术的工业设备远程维护系统及方法 - Google Patents

一种基于n2n技术的工业设备远程维护系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于N2N技术的工业设备远程维护系统及方法，所述系统包括：运行有远程维护模块的上位机和运行有本地维护模块的下位机；所述上位机和所述下位机通过以太网连接，所述下位机与现场设备连接；所述上位机用于通过虚拟局域网对所述下位机进行监控以进行现场设备的监控和维护。本发明通过虚拟局域网实现上位机与下位机的连接进而实现现场设备的远程维护，避免了现场设备的数据信息的泄露。

Description

一种基于N2N技术的工业设备远程维护系统及方法
技术领域
本发明涉及设备维护技术领域，特别是涉及一种基于N2N技术的工业设备远程维护系统及方法。
背景技术
在工业物联的网关设备部署完成之后，维护反而成为了一件棘手的事情，存在因为一个数据点配置的出错，需要费时费力的去现场重新配置和部署，然而使用远程控制的方式，容易造成现场设备的信息泄露。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于N2N技术的工业设备远程维护系统及方法，以避免通过远程控制对现场设备进行维护的过程中的信息泄露。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于N2N技术的工业设备远程维护系统，所述系统包括：运行有远程维护模块的上位机和运行有本地维护模块的下位机；
所述上位机和所述下位机通过以太网连接，所述下位机与现场设备连接；
所述上位机用于通过虚拟局域网对所述下位机进行监控以进行现场设备的监控和维护。
可选的，所述下位机上配置有第一LAN接口、第一WIFI模块、第一WAN接口和第一移动通信网络模块；
所述第一LAN接口，用于当所述上位机和所述下位机处于同一局域网时，进行所述下位机与所述上位机的连接，或所述下位机与所述上位机所在的局域网的交换机连接；
所述WIFI模块接口，用于当所述上位机和所述下位机处于不同的局域网时，进行所述下位机与所述下位机所处的局域网的交换机连接；
所述WAN接口，用于当所述上位机和所述下位机处于不同的局域网时，进行下位机与广域网的连接；
所述移动通信网络模块，当所述下位机所在的环境不具备局域网或广域网的直接连接条件时，通过移动通信网络进行所述下位机与广域网的连接。
可选的，所述上位机上配置有第二LAN接口、第二WIFI模块、第二WAN接口和第二移动通信网络模块；
所述第二LAN接口，用于当所述上位机和所述下位机处于同一局域网时，进行所述下位机与所述上位机的连接，进行所述上位机与所述下位机所在的局域网的交换机连接；
所述第二WIFI模块接口，用于当所述上位机和所述下位机处于不同的局域网时，进行所述上位机与所述上位机所处的局域网的交换机连接；
所述第二WAN接口，用于当所述上位机和所述下位机处于不同的局域网时，进行上位机与广域网的连接；
所述第二移动通信网络模块，当所述上位机所在的环境不具备局域网或广域网的直接连接条件时，通过移动通信网络进行所述上位机与广域网的连接。
可选的，所述本地维护模块包括第一主控子模块、第一EMQTT客户端子模块和第一N2N客户端子模块；
所述第一EMQTT客户端子模块用于接收所述上位机发送的控制指令，并将所述控制指令发送给所述第一主控子模块，所述第一主控子模块用于当接收到所述控制指令时，获取所述下位机的硬件配置信息，控制所述第一N2N客户端子模块生成所述下位机的虚拟网卡信息，并将所述硬件配置信息和所述虚拟网卡信息打包成配置信息发布给所述第一EMQTT客户端子模块，所述第一EMQTT客户端子模块用于将所述配置信息通过EMQTT服务器发送给上位机；
所述第一主控子模块还用于获取现场设备的运行状态数据，并将所述运行状态数据通过虚拟局域网发送给所述上位机；
所述第一主控子模块还用于基于上位机发送的维护方案对现场设备进行维护。
可选的，所述第一主控子模块包括：主控单元、数据采集单元和数据存储单元；
所述主控单元用于虚拟局域网构建过程及远程维护过程的控制；
所述数据采集单元用于接收现场设备的实时数据；
所述数据存储单元用于将数据采集模块传来的实时数据进行转换使不同现场设备的实时数据的结构一致，并对转换后的实时数据进行存储。
可选的，所述远程维护模块包括：第二主控子模块、第二EMQTT客户端子模块和第二N2N客户端子模块；
所述第二EMQTT客户端子模块用于连接至EMQTT服务器，向EMQTT服务器订阅关于下位机的配置信息的主题，并通过所述EMQTT服务器向下位机发送控制指令；
所述第二EMQTT客户端子模块用于接收下位机发送的配置信息，并将所述配置信息发送给所述第二主控子模块，所述第二主控子模块用于将所述配置信息中的硬件配置信息展示给用户，并待用户确认无误后，根据所述配置信息中的虚拟网卡信息对所述上位机的虚拟网卡进行配置，并启动所述第二N2N客户端子模块，获得用于连接所述上位机和所述下位机的虚拟局域网；
所述第二主控子模块还用于基于下位机发送的运行状态数据确定维护方案，并将所述维护方案通过所述虚拟局域网发送给下位机。
可选的，所述根据所述配置信息中的虚拟网卡信息对所述上位机的虚拟网卡进行配置，具体包括：
对所述上位机的虚拟网卡进行配置，使上位机的虚拟网卡的IP与所述虚拟网卡信息中的下位机的虚拟网卡的IP的前三个网段一致，并使上位机的虚拟网卡的网络组名称、网络组密钥分别与虚拟网卡信息中的下位机的网络组名称、网络组密钥相同。
一种基于N2N技术的工业设备远程维护方法，所述方法基于上述的系统，所述方法包括如下步骤：
基于EMQTT技术和N2N技术构建用于连接上位机和下位机的虚拟局域网；
基于所述虚拟局域网，在上位机上进行与下位机连接的现场设备的监控与维护。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种基于N2N技术的工业设备远程维护系统及方法，所述系统包括：运行有远程维护模块的上位机和运行有本地维护模块的下位机；所述上位机和所述下位机通过以太网连接，所述下位机与现场设备连接；所述上位机用于通过虚拟局域网对所述下位机进行监控以进行现场设备的监控和维护。本发明通过虚拟局域网实现上位机与下位机的连接进而实现现场设备的远程维护，避免了现场设备的数据信息的泄露。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于N2N技术的工业设备远程维护系统的原理示意图。
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。
本发明的目的是提供一种基于N2N技术的工业设备远程维护系统及方法，以避免通过远程控制对现场设备进行维护的过程中的信息泄露。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本发明实施例1提供一种基于N2N技术的工业设备远程维护系统，包括：运行有远程维护模块的上位机和运行有本地维护模块的下位机；上位机和下位机通过以太网连接，下位机与现场设备连接；上位机用于通过虚拟局域网对下位机进行监控以进行现场设备的监控和维护。
如图1所示，前述的上位机为PC端，下位机为现实应用场景的网关，用于连接现场设备，现场设备示例性的包括PLC设备、智能仪表设备、OPC协议设备等。其中，下位机支持串口、以太网、Zibee网络等方式与现场设备进行通讯。同时，下位机上配置有第一LAN接口、第一WIFI模块、第一WAN接口和第一移动通信网络模块；第一LAN接口，用于当上位机和下位机处于同一局域网时，进行下位机与上位机的连接，或下位机与上位机所在的局域网的交换机连接；WIFI模块接口，用于当上位机和下位机处于不同的局域网时，进行下位机与下位机所处的局域网的交换机连接；WAN接口，用于当上位机和下位机处于不同的局域网时，进行下位机与广域网(该广域网为以太网)的连接；移动通信网络模块，当下位机所在的环境不具备局域网或广域网的直接连接条件时，通过移动通信网络(示例性的，包括移动运营商网络、联通运营商网络和电信运营商网络，该运营商网络为4G或5G)进行下位机与广域网(该广域网为以太网)的连接。
对应的，上位机上配置有第二LAN接口、第二WIFI模块、第二WAN接口和第二移动通信网络模块；第二LAN接口，用于当上位机和下位机处于同一局域网时，进行下位机与上位机的连接，进行上位机与下位机所在的局域网的交换机连接；第二WIFI模块接口，用于当上位机和下位机处于不同的局域网时，进行上位机与上位机所处的局域网的交换机连接；第二WAN接口，用于当上位机和下位机处于不同的局域网时，进行上位机与广域网的连接；第二移动通信网络模块，当上位机所在的环境不具备局域网或广域网的直接连接条件时，通过移动通信网络进行上位机与广域网的连接。
基于上述硬件设备，本发明实施例首先构建虚拟局域网，然后基于该虚拟局域网进行远程维护，如图1所示，具体原理如下：
1、PC端通过EMQTT客户端连接至EMQTT服务器并订阅主题Topic/A(N2N与EMQTT都是成熟的软件，N2N:内网穿透软件，EMQTT:消息队列遥测传输协议，是一个基于EMQTT客户端的消息发布/订阅传输协议)，订阅主题是EMQTT默认自带的监听模式，启动EMQTT后，可以指定它对某个Topic进行监听,以接收传递的数据)；
2、等待网关的EMQTT客户端发布主题(Topic/A)到EMQTT服务器，EMQTT服务器将网关的配置信息分发到PC端的EMQTT客户端。配置信息：包含硬件配置信息和虚拟网卡信息；硬件配置信息包括网关名称，网关码，测点数，虚拟网卡信息包括网络组名称，网络组密钥，网关虚拟网卡IP，该配置信息用于网络桥接；
3、PC端获取到的配置信息去配置PC端的虚拟网卡使其与网关的虚拟网卡具有相同网段的IP，及相同的网络组名称，网络组密钥。示例性的如IP的掩码是255.255.255.0，最后一段不同即可，并且启动PC端的N2N客户端，从而PC端与网关成功构建虚拟局域网，建立数据传输通道，达到直接通信的目的。
4、远程操作网关(重新配置工程，协议选择，网关部署，下载程序，分析数据等操作)，实现远程对现场设备的监测和维护。
基于上述原理，运行于下位机上的本地维护模块具体包括：第一主控子模块、第一EMQTT客户端子模块和第一N2N客户端子模块；运行于上位机上的远程维护模块具体包括：第二主控子模块、第二EMQTT客户端子模块和第二N2N客户端子模块。
第二EMQTT客户端子模块用于连接至EMQTT服务器，向EMQTT服务器订阅关于下位机的配置信息的主题，并通过EMQTT服务器向下位机发送控制指令。
第一EMQTT客户端子模块用于接收控制指令，并将控制指令发送给第一主控子模块，第一主控子模块用于当接收到控制指令时，获取下位机的硬件配置信息，控制第一N2N客户端子模块生成下位机的虚拟网卡信息，并将硬件配置信息和虚拟网卡信息打包成配置信息发布给第一EMQTT客户端子模块，第一EMQTT客户端子模块用于将配置信息通过EMQTT服务器发送给第二EMQTT客户端。
第二EMQTT客户端子模块用于接收配置信息，并将配置信息发送给第二主控子模块，第二主控子模块用于将配置信息中的硬件配置信息展示给用户，并待用户确认无误后，根据配置信息中的虚拟网卡信息对上位机的虚拟网卡进行配置，并启动第二N2N客户端子模块，获得用于连接上位机和下位机的虚拟局域网。
第一主控子模块还用于获取现场设备的运行状态数据，并将运行状态数据通过虚拟局域网发送给上位机的第二主控子模块。
第二主控子模块还用于运行状态数据确定维护方案，并将维护方案通过虚拟局域网发送给下位机的第一主控子模块。
第一主控子模块还用于基于上位机发送的维护方案对现场设备进行维护。
实施例2
本发明实施例2提供一种基于N2N技术的工业设备远程维护方法，该方法基于实施例1的系统，包括如下步骤：
基于EMQTT技术和N2N技术构建用于连接上位机和下位机的虚拟局域网。
基于所述虚拟局域网，在上位机上进行与下位机连接的现场设备的监控与维护。
具体虚拟局域网的构建原理和方法于实施例1相同，在此不再赘述。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种基于N2N技术的工业设备远程维护系统及方法，所述系统包括：运行有远程维护模块的上位机和运行有本地维护模块的下位机；所述上位机和所述下位机通过以太网连接，所述下位机与现场设备连接；所述上位机用于通过虚拟局域网对所述下位机进行监控以进行现场设备的监控和维护。本发明通过虚拟局域网实现上位机与下位机的连接进而实现现场设备的远程维护，避免了现场设备的数据信息的泄露。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于N2N技术的工业设备远程维护系统，其特征在于，所述系统包括：运行有远程维护模块的上位机和运行有本地维护模块的下位机；
所述上位机和所述下位机通过以太网连接，所述下位机与现场设备连接；
所述上位机用于通过虚拟局域网对所述下位机进行监控以进行现场设备的监控和维护。
2.根据权利要求1所述的基于N2N技术的工业设备远程维护系统，其特征在于，所述下位机上配置有第一LAN接口、第一WIFI模块、第一WAN接口和第一移动通信网络模块；
所述第一LAN接口，用于当所述上位机和所述下位机处于同一局域网时，进行所述下位机与所述上位机的连接，或所述下位机与所述上位机所在的局域网的交换机连接；
所述WIFI模块接口，用于当所述上位机和所述下位机处于不同的局域网时，进行所述下位机与所述下位机所处的局域网的交换机连接；
所述WAN接口，用于当所述上位机和所述下位机处于不同的局域网时，进行下位机与广域网的连接；
所述移动通信网络模块，当所述下位机所在的环境不具备局域网或广域网的直接连接条件时，通过移动通信网络进行所述下位机与广域网的连接。
3.根据权利要求1所述的基于N2N技术的工业设备远程维护系统，其特征在于，所述上位机上配置有第二LAN接口、第二WIFI模块、第二WAN接口和第二移动通信网络模块；
所述第二LAN接口，用于当所述上位机和所述下位机处于同一局域网时，进行所述下位机与所述上位机的连接，进行所述上位机与所述下位机所在的局域网的交换机连接；
所述第二WIFI模块接口，用于当所述上位机和所述下位机处于不同的局域网时，进行所述上位机与所述上位机所处的局域网的交换机连接；
所述第二WAN接口，用于当所述上位机和所述下位机处于不同的局域网时，进行上位机与广域网的连接；
所述第二移动通信网络模块，当所述上位机所在的环境不具备局域网或广域网的直接连接条件时，通过移动通信网络进行所述上位机与广域网的连接。
4.根据权利要求1所述的基于N2N技术的工业设备远程维护系统，其特征在于，所述本地维护模块包括第一主控子模块、第一EMQTT客户端子模块和第一N2N客户端子模块；
所述第一EMQTT客户端子模块用于接收所述上位机发送的控制指令，并将所述控制指令发送给所述第一主控子模块，所述第一主控子模块用于当接收到所述控制指令时，获取所述下位机的硬件配置信息，控制所述第一N2N客户端子模块生成所述下位机的虚拟网卡信息，并将所述硬件配置信息和所述虚拟网卡信息打包成配置信息发布给所述第一EMQTT客户端子模块，所述第一EMQTT客户端子模块用于将所述配置信息通过EMQTT服务器发送给上位机；
所述第一主控子模块还用于获取现场设备的运行状态数据，并将所述运行状态数据通过虚拟局域网发送给所述上位机；
所述第一主控子模块还用于基于上位机发送的维护方案对现场设备进行维护。
5.根据权利要求4所述的基于N2N技术的工业设备远程维护系统，其特征在于，所述第一主控子模块包括：主控单元、数据采集单元和数据存储单元；
所述主控单元用于虚拟局域网构建过程及远程维护过程的控制；
所述数据采集单元用于接收现场设备的实时数据；
所述数据存储单元用于将数据采集模块传来的实时数据进行转换使不同现场设备的实时数据的结构一致，并对转换后的实时数据进行存储。
6.根据权利要求1所述的基于N2N技术的工业设备远程维护系统，其特征在于，所述远程维护模块包括：第二主控子模块、第二EMQTT客户端子模块和第二N2N客户端子模块；
所述第二EMQTT客户端子模块用于连接至EMQTT服务器，向EMQTT服务器订阅关于下位机的配置信息的主题，并通过所述EMQTT服务器向下位机发送控制指令；
所述第二EMQTT客户端子模块用于接收下位机发送的配置信息，并将所述配置信息发送给所述第二主控子模块，所述第二主控子模块用于将所述配置信息中的硬件配置信息展示给用户，并待用户确认无误后，根据所述配置信息中的虚拟网卡信息对所述上位机的虚拟网卡进行配置，并启动所述第二N2N客户端子模块，获得用于连接所述上位机和所述下位机的虚拟局域网；
所述第二主控子模块还用于基于下位机发送的运行状态数据确定维护方案，并将所述维护方案通过所述虚拟局域网发送给下位机。
7.根据权利要求6所述的基于N2N技术的工业设备远程维护系统，其特征在于，所述根据所述配置信息中的虚拟网卡信息对所述上位机的虚拟网卡进行配置，具体包括：
对所述上位机的虚拟网卡进行配置，使上位机的虚拟网卡的IP与所述虚拟网卡信息中的下位机的虚拟网卡的IP的前三个网段一致，并使上位机的虚拟网卡的网络组名称、网络组密钥分别与虚拟网卡信息中的下位机的网络组名称、网络组密钥相同。
8.一种基于N2N技术的工业设备远程维护方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-7任一项所述的系统，所述方法包括如下步骤：
基于EMQTT技术和N2N技术构建用于连接上位机和下位机的虚拟局域网；
基于所述虚拟局域网，在上位机上进行与下位机连接的现场设备的监控与维护。
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