CN116405520A - 互联互通智能处理服务系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及互联互通智能处理服务系统及方法，其包括终端模块，用于采集并上传终端数据，包括水质传感器、气象传感器、终端设备、网管；数据接入服务模块，包括用于将终端模块采集的数据上传的通道，通道包括TCP、UDP、MQTT、COAP和/或HTTP；注册中心，包括设备注册信息、物理模型、配置模型、状态管理模块、操作指令模块；在设备注册信息及应用服务注册，完成对应信息的存储与登记；通过数据接入服务模块传输用户注册信息的认证、交互会话及用户权利鉴定；本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及互联互通智能处理服务系统及方法。
背景技术
物联网通过PLC传感物联技术、软件技术构架的适应行业应用的物联网应用服务平台。物联网服务平台的服务是可以复用方式为行业提供服务，极大地降低行业物联网应用的门槛。在广泛的行业应用中，具有大量的物联需求，例如产线流转，机械检测，碳中和检测等等。物联网服务平台就是要面向行业应用，实现行业监管的数字化和智能化。平台强调网络化的物联网管理服务，实现实时在线监测和集中管理，充分利用各种成熟稳定的网络手段，构成快速、高效、集中、分布的覆盖各级行业应用范围的集中监测监管服务应用，每天24小时不间断地随时提供监测监管服务。
发明内容
本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种互联互通智能处理服务系统及方法，通过各种传感器设备采集、监控物体状态信息，并通过多样的网络连接手段将物体状态信息与互联网连通，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理，本发明向下支持连接海量设备，采集设备数据上云；向上提供云端API，服务端可通过调用云端API将指令下发至设备端，实现远程控制。本发明基于物联网、网络通信、云计算、工业大数据以及信息安全技术等工业互联网技术的智能化感知、识别和管理的服务模式，通过自身业务与PLM、MES、ERP、数据中台的系统的结合创新点。兼容多种通信协议且易扩展，对边缘服务的管理采用docker容器化的管理方式具有易部署易管理的特点，可以有效的监控边缘的服务的状态，后端对设备的管理也是采用模型化设计通用性强易配置易管理，数据存储也是有多种方式，可以有更好的扩展性，满足不同业务场景的需求。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
本发明包括
终端模块，用于采集并上传终端数据，包括水质传感器、气象传感器、终端设备、网管；
数据接入服务模块，包括用于将终端模块采集的数据上传的通道，通道包括TCP、UDP、MQTT、COAP和/或HTTP；
注册中心，包括设备注册信息、物理模型、配置模型、状态管理模块、操作指令模块；在设备注册信息及应用服务注册，完成对应信息的存储与登记；通过数据接入服务模块传输用户注册信息的认证、交互会话及用户权利鉴定；
消息总线，包括若干消息主题，接收数据接入服务模块的信息；
任务平台，包括定时执行任务、实时计算任务、离线计算任务及业务任务，任务平台与消息总线连接；
数据中心平台，包括数据索引、结构化数据库、文档数据库和/或内存数据库，用于接收任务平台与消息总线的信息，进行数据存储；
业务组件模块，包括系统管理模块、设备管理模块、触达管理模块、管理日志模块、应用监控模块、数据处理平台、轨迹算法模块和/或BI数据分析模块;业务组件模块调取或存储数据于数据中心平台；
注册中心具有应用服务注册，用于与业务组件模块数据传输；
第三方平台，与业务组件模块通讯连接；第三方平台包括APP终端、WEB网站、GIS系统、气象数据模块、OA系统和/或流媒体模块；
本发明执行流程，首先，初始化所有套接字，与指定IP和端口进行TCP连接，保存每一个连接的套接字ID于数据中心平台；然后执行三个策略；
策略一，首先，创建采集数据处理线程池，轮询任务队列；然后，判断是否有任务，如果无，继续轮询任务队列，如果有，则处理任务，根据采集到的数据的地址信息，处理数据并写入数据库；
策略二，首先，建立一个定时采集线程,轮询所有节点，根据每个节点的设置，间隔采集时间，异步轮询所有节点,进行采集数据；然后，轮询节点配置信息；其次，判断定时时间是否到，如果未到，继续轮询节点配置信息；如果到，异步发送相应采集命令；
策略三，首先，建立一个数据采集线程，在该线程中建立select网络监听模型，监听所有节点；然后，轮询节点套接字；其次，判断节点是否有数据；如果无，继续轮询节点套接字；如果有，将该任务加入线程池。
本发明主要创造点在于：在工业互联网以及智能制造背景下，使用各种传感器设备和网络，实时监控硬件，传感器等设备的数据。传感器设备可通过网络组件连接网关，再通过网关将其连接到IOTs物联网平台，实现在云端展示和管理数据。本平台可以支持多种网络通信协议，如主流的opcua，mqtt，http，modbus等协议。服务器开发语言基于java主流的分布式框架spring cloud alibaba设计开发。数据存储也才用多种形式的方式可以自由的配置，如redis的高速缓存，mysql基础配置数据，mongodb和hbase存储历史的业务数据。产品设计采用了，产品分类->产品->设备->设备属性的模型化设计，具有通用性强可适配度高等特点。边缘服务和后台服务之间采用rabbitmq数据交互，边缘服务也是基于java语言开发，框架设计有扩展性强体积小性能优等优点，如后期添加新的通信协议只需实现指定的接口即可完成。采用采用OPCUA做为通信接口标准，访问工厂设备数据。
本发明优选的IOTs设备物联网系统的有益效果：使用各种传感器设备和通信网络，实时监控采集工厂中数据。传感器设备可通过传输协议连接网关，再通过网关将其连接到物联网平台，实现在云端展示和管理数据，大幅降低工业监造服务成本，提高工业生产管理效率。
本发明平台不用另外投入，降低了采购成本;由运营商做长期的技术支持和网络服务，用户只需在一个平台即可进行维护和管理。集中的平台建设使运营的集成费用大大降低，提高了招标的竞争力；集中的反控能及时处理内容；集中的网管模块，使每一个终端都处在可监控的状态，提高了整个系统的可维护性；统一设备接入,海量设备管理；通过TCP/UDP/MQTT/HTTP、TLS/DTLS、不同厂商、不同设备、不同报文、统一接入，统一管理；规则引擎，灵活的规则模型配置,支持多种规则模型以及自定义规则模型. 设备告警,场景联动,均由统一的规则引擎管理。数据权限控制，灵活的非侵入数据权限控制。可实现菜单、按钮、数据三维维度的数据权限控制。可控制单条数据的操作权限。
本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。
附图说明
图1是本发明的技术物力架构示意图。
图2是激活OPC UA服务器功能参考图。
图3是启用服务器证书参考图。
图4是证书认证参考图。
图5是访问参考图。
图6是设备物联网系统示意图。
图7是设备物联网整体架构示意图。
图8是本发明IOTs设备物联网系统流程图。
图9是优选物联网架构图。
图10是功能设计图。
图11是改善的产线图。
图12是PLC控制图。
实施方式
如图1-12所示，本实施例的互联互通智能处理服务系统及方法，
作为具体应用，
终端模块，包括
各实验室的流量传感器、温湿度传感器、门禁、视频信号及本地分布式节点；
水机组内设置的传感器和/或电信号采样模块，电信号采样包括电压、电流和/或电阻，用于监控控制柜，控制柜包括水循环、冷冻水控制柜和/或空压机；
数据接入服务模块，包括数据总线TCP/IP、UDP；
注册中心，包括设备注册信息、物理模型、配置模型、状态管理模块、操作指令模块；在设备注册信息及应用服务注册，完成对应信息的存储与登记；通过数据接入服务模块传输用户注册信息的认证、交互会话及用户权利鉴定；
消息总线，包括若干消息主题，接收数据接入服务模块的信息；
任务平台，用于试验记录、能力参数采集及运行状态数据采集；
数据中心平台、业务组件模块、注册中心位于本地服务器内；
第三方平台，包括移动设备、个人PC和/或投屏；
作为实施例，本发明提供了一种互联互通智能处理服务方法，包括以下步骤：
S1设备接入，利用通信协议连接设备，支持海量设备连接上云，实现设备与物联网平台之间稳定可靠地双向通信。
S2消息通信，支持通过功能配置规则，实现设备、服务器、物联网平台之间通信消息的同步、转化、过滤、存储等功能。
S3管理设备，对于海量设备实现智能化感知、识别和管理。
S4建立物模型，提供设备物模型，支持对于物模型的快速导入和导出。
S5处理产品信息，对于新建的产品信息进行查看、编辑等操作。
S6告警，处理规则引擎中场景联动规则触发的告警信息。
S7管理终端，用于系统内第三方平台的管理。
S8平台输出，可以查看以建立的平台输出列表，可以通过平台名称、分组名称、设备名称查询。
S9设置系统模块，用于管理员进行系统权限的分配和用户个人信息的修改。
本实施例优选采用OPC UA，是在传统OPC技术取得很大成功之后的又一个突破，让数据采集、信息模型化以及工厂底层与企业层面之间的通讯更加安全、可靠。在整体上使得在工厂的各个环节的横向与纵向数据实现了透明交互，并且，配置效率更高，程序与应用模块化更强，使得工厂组织更为便利，即使面对复杂的变化，也可以实现快速的切换。每次数据采集，都会记录时间，最终与设备OEE统计相关的时间将被用于实现生产运营效率的统计分析。本发明的设备物联网系统，采用OPC UA，与PLC控制器相互访问和配置机器的参数，基于OPC UA的信息模型开发，旨在提供相应的能力去连接MES与质量数据。
本发明附图2-5为参考图，其有无不影响本发明保护范围。本发明的PLC配置步骤：
首先，使用KepServer 作为OPC UA客户端与作为OPC UA服务器的CPU（CPU1512C-1PN）实现OPC UA通信；然后，创建一个T7-1500项目；其次，激活OPC UA服务器功能；再次，打开CPU的OPC UA选项，勾选激活OPC UA服务器，并启用SIMATIC服务器标准接口（按需设置最大连接数和端口号）。之后，启用服务器证书，并激活安全策略，并添加可信客户端。在后，启用用户身份认证，这里可以选择访客访问或者用户名访，这里在设置后在后面客户端用到；往后，在DB块必须勾选“可从OPC UA访问DB”，否则无法访问。
本发明还包括边缘计算通过OPCUA协议访问PLC控制器步骤：
首先，PLC通过java的Milo包实现OPCUA的连接，Milo的依赖包括：Client SDK，Server SDK；然后，OPC UA服务器支持三种认证方式，分别是匿名认证、用户认证和证书认证。其中匿名认证安全等级最低，访问不做任何校验。用户认证访问时，OPC UA客户端需要提供用户名及密码认证，只有用户名和密码正确才允许访问。而证书认证，首先需要将客户端公钥证书提供给OPC UA服务器。其次，客户端使用其公钥和私钥证书认证，认证成功后才能访问。
本发明后台引擎的技术架构划分为四层架构模块。
驱动层：用于提供标准或者私有协议连接物理设备的 SDK，负责南向设备的数据采集和指令控制，基于 SDK 可实现驱动的快速开发；
数据层：负责设备数据的收集和入库，并提供数据管理接口服务；
管理层：用于提供微服务注册中心、设备指令接口、设备注册与关联配对、数据管理中心，是所有微服务交互的核心部分，负责各类配置数据的管理，并对外提供接口服务；
应用层：用于提供规则引擎、数据开放、任务调度、报警与消息通知、日志管理等，具备对接第三方平台能力。
本发明具有以下优点：可伸缩：水平可伸缩的平台,构建使用领先的 SpringCloud 开源技术；容错：没有单点故障弱,集群中的每个节点是相同的；健壮和高效：单一服务器节点可以处理甚至数百成千上万的设备根据用例；可定制：添加新的设备协议,并注册到服务中心；跨平台：使用 Java 环境可异地、分布式多平台部署；自主可控：私有云、公有云、边缘部署；完善性：设备快速接入、注册、权限校验；安全：数据加密传输（MQTT驱动已实现数据加密传输）；多租户：命名空间，多租户化；云原生：Kubernetes；容器化：Docker。
本发明的设备接入协议有协议提供商 (ProtocolSupportProvider): 用于创建协议包实例,在发布协议时,将使用此接口的实现类来创建协议包实例；协议支持(ProtocolSupport) : 用于解析设备和平台通信报文的插件,同时还对接入协议进行一些描述,如: 接入说明,需要的配置信息,默认物模型等；编解码 (DeviceMessageCodec): 对设备上报的数据进行解码,翻译为平台定义的统一的设备消息(DeviceMessage).以及将平台下发的消息(指令)DeviceMessage,编码为设备支持的报文；设备操作器(DeviceOperator): 对一个设备实例的操作接口,可通过此接口获取、设置配置信息,获取物模型等操作；设备会话(DeviceSession): 一个设备的连接会话信息,如: TCP,MQTT连接；设备消息 (DeviceMessage): 平台统一定义的设备消息,如:属性上报(ReportPropertyMessage),功能调用(FunctionInvokeMessage)等，设备原始消息(EncodedMessage): 设备端原始的消息,如: MQTT(MqttMessage),HTTP(HttpExchangeMessage)等。
本发明可以实现连接工厂的电表智能化生产线，生产线共有四台PLC设备，本次通过部署远端的边缘服务来连接PLC设备，来实现数据的实时获取和设备的反向控制。四台PLC设备负责不同的工艺流程，来料，IQC检验，SMT，耐压等。
如图12，PLC设备分别来自汇川和西门子，都采用的OPCUA的协议。OPC UA 是一个新的工业软件接口规范，其目的在于提出一个企业制造模型的统一对象和架构定义，具有跨平台、增强命名空间、支持复杂数据内置、大量通用服务等新特点。在关键工序中，JB(校表)连接两个汇川PLC设备，FG(包装)连接两个西门子PLC设备。本发明对于PLC设定如下：
PLC1 控制的工艺：模块安装，尾单模式，设备状态，扫码位置
PLC2 控制的工艺：设备状态，安装位置状态，扫码位置状态，RFID，CCD状态
PLC3 控制的工艺：耐压，初调，复校，OQC
PLC4 控制的工艺：螺丝机，铅封，刻录，合格证工艺，载波测试，CCD状态，不良分流扫码，屏显状态，贴标扫码。
本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一列举。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种互联互通智能处理服务系统，其特征在于：包括终端模块，用于采集并上传终端数据，包括水质传感器、气象传感器、终端设备、网管；
数据接入服务模块，包括用于将终端模块采集的数据上传的通道，通道包括TCP、UDP、MQTT、COAP和/或HTTP；
注册中心，包括设备注册信息、物理模型、配置模型、状态管理模块、操作指令模块；在设备注册信息及应用服务注册，完成对应信息的存储与登记；通过数据接入服务模块传输用户注册信息的认证、交互会话及用户权利鉴定；
消息总线，包括若干消息主题，接收数据接入服务模块的信息；
任务平台，包括定时执行任务、实时计算任务、离线计算任务及业务任务，任务平台与消息总线连接；
数据中心平台，包括数据索引、结构化数据库、文档数据库和/或内存数据库，用于接收任务平台与消息总线的信息，进行数据存储；
业务组件模块，包括系统管理模块、设备管理模块、触达管理模块、管理日志模块、应用监控模块、数据处理平台、轨迹算法模块和/或BI数据分析模块；业务组件模块调取或存储数据于数据中心平台；
注册中心具有应用服务注册，用于与业务组件模块数据传输；
第三方平台，与业务组件模块通讯连接；第三方平台包括APP终端、WEB网站、GIS系统、气象数据模块、OA系统和/或流媒体模。
2.一种互联互通智能处理服务方法，其特征在于：首先，初始化所有套接字，与指定IP和端口进行TCP连接，保存每一个连接的套接字ID于数据中心平台；然后执行三个策略；
策略一，首先，创建采集数据处理线程池，轮询任务队列；然后，判断是否有任务，如果无，继续轮询任务队列，如果有，则处理任务，根据采集到的数据的地址信息，处理数据并写入数据库；
策略二，首先，建立一个定时采集线程,轮询所有节点，根据每个节点的设置，间隔采集时间，异步轮询所有节点,进行采集数据；然后，轮询节点配置信息；其次，判断定时时间是否到，如果未到，继续轮询节点配置信息；如果到，异步发送相应采集命令；
策略三，首先，建立一个数据采集线程，在该线程中建立select网络监听模型，监听所有节点；然后，轮询节点套接字；其次，判断节点是否有数据；如果无，继续轮询节点套接字；如果有，将该任务加入线程池。
3.根据权利要求2所述的互联互通智能处理服务方法，其特征在于：借助于权利要求1所述的系统。
4.根据权利要求3所述的互联互通智能处理服务方法，其特征在于：终端模块，包括
各实验室的流量传感器、温湿度传感器、门禁、视频信号及本地分布式节点；
水机组内设置的传感器和/或电信号采样模块，电信号采样包括电压、电流和/或电阻，用于监控控制柜，控制柜包括水循环、冷冻水控制柜和/或空压机；
数据接入服务模块，包括数据总线TCP/IP、UDP；
注册中心，包括设备注册信息、物理模型、配置模型、状态管理模块、操作指令模块；在设备注册信息及应用服务注册，完成对应信息的存储与登记；通过数据接入服务模块传输用户注册信息的认证、交互会话及用户权利鉴定；
消息总线，包括若干消息主题，接收数据接入服务模块的信息；
任务平台，用于试验记录、能力参数采集及运行状态数据采集；
数据中心平台、业务组件模块、注册中心位于本地服务器内；
第三方平台，包括移动设备、个人PC和/或投屏。
5.一种互联互通智能处理服务方法，其特征在于：包括
S1设备接入，利用通信协议连接设备，支持海量设备连接上云，实现设备与物联网平台之间稳定可靠地双向通信。
S2消息通信，支持通过功能配置规则，实现设备、服务器、物联网平台之间通信消息的同步、转化、过滤、存储等功能。
S3管理设备，对于海量设备实现智能化感知、识别和管理。
S4建立物模型，提供设备物模型，支持对于物模型的快速导入和导出。
S5处理产品信息，对于新建的产品信息进行查看、编辑等操作。
S6告警，处理规则引擎中场景联动规则触发的告警信息。
S7管理终端，用于系统内第三方平台的管理。
S8平台输出，可以查看以建立的平台输出列表，可以通过平台名称、分组名称、设备名称查询。
S9设置系统模块，用于管理员进行系统权限的分配和用户个人信息的修改。
6.根据权利要求5所述的互联互通智能处理服务系统的后台引擎，其特征在于：后台引擎包括
驱动层：用于提供标准或者私有协议连接物理设备的SDK，负责南向设备的数据采集和指令控制，基于SDK实现驱动开发；
数据层：负责设备数据的收集和入库，并提供数据管理接口服务；
管理层：用于提供微服务注册中心、设备指令接口、设备注册与关联配对、数据管理中心，负责各类配置数据的管理，并对外提供接口服务；
应用层：用于提供规则引擎、数据开放、任务调度、报警与消息通知、日志管理、对接第三方平台。
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| CN202310458073.4A CN116405520A (zh) | 2023-04-25 | 2023-04-25 | 互联互通智能处理服务系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116405520A true CN116405520A (zh) | 2023-07-07 |
Family
ID=87010539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310458073.4A Pending CN116405520A (zh) | 2023-04-25 | 2023-04-25 | 互联互通智能处理服务系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116405520A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117376534A (zh) * | 2023-12-07 | 2024-01-09 | 江西云眼视界科技股份有限公司 | 一种智能设备数据采集系统 |
-
2023
- 2023-04-25 CN CN202310458073.4A patent/CN116405520A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117376534A (zh) * | 2023-12-07 | 2024-01-09 | 江西云眼视界科技股份有限公司 | 一种智能设备数据采集系统 |
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