CN206302432U - 一种云控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于控制系统技术领域，具体涉及一种分布式云计算工业自动控制系统；具体技术方案为：一种云控制系统，包括云控制器接口单元，云控制接口单元包括多个信号输入通道和信号输出通道，信号输入通道包括云控制器和传感器，云控制器的信号输入端与传感器连接，云控制器的信号输出端与云控制接口单元连接，信号输出通道包括路由器和多个管理员模块，云控制器接口单元的信号输出端与路由器连接，路由器与多个管理员模块连接，多个传感器将信号传输给对应的云控制器，多个云控制器对信号处理后传输给云控制器接口单元，云控制器接口单元对信号处理后，通过以太网输送给对应的管理员模块，云控制器还与LoRa传感设备和本地服务器连接。

Description

一种云控制系统

技术领域

本实用新型属于控制系统技术领域，具体涉及一种云管理工业自动控制系统。

背景技术

当前，工业自动化控制技术发展如火如荼，日新月异，经过几十年的发展，我国产生了大量的自动化设备生产商，大批的制造企业采用了全自动生产线，包括机器人等，有些技术甚至已经处于国际领先水平。但是，和发达国家相比，我国的工业自动化控制平均水平依然薄弱，主要体现在各行业分布不均衡、专利和原创技术较少，山寨抄袭、同质化较严重，用户体验差。

拿智慧水务来说，我国有着广阔江河湖海，遍布大江南北的水利工程，密布的城市供水管网，在自然灾害预警、科学灌溉、农业气象预报、管网控制等方面，需要大量的传感器和控制器，但我国信息化管理水平远远落后，无法大量提供适合的设备，普遍存在依靠肉眼、历史经验来推测控制，造成控制偏差大、效率低下。

具体缺点如下：一、现有控制系统大多不能接入互联网实现远程与本地的协调控制，不能实现大范围系统性管理控制；二、控制方式单一，自动化水平低；三、控制器对传感器种类兼容性差，部分设备出于商业目的，不公开接口和通信协议；四、控制链路安全性差，容易遭到非法入侵破坏；五、因信号线通信质量限制，控制距离近、范围小，需部署大量的控制才能解决集群控制问题。

实用新型内容

为解决现有技术存在的技术问题，本实用新型以4G、LoRa无线和有线以太网为基础，以本地服务器和云控制器接口单元为控制后台，多层加密认证的安全通道为通信链路，适用于江河湖海、供水、排水、污水处理厂、灌溉等系统的检测和控制，适用于多个检测项目，可广泛应用于云管理工业的自动控制系统。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种云控制系统，包括云控制器接口单元，云控制器接口单元包括多个信号输入通道和信号输出通道，信号输入通道包括云控制器和传感器，云控制器的信号输入端与传感器连接，云控制器的信号输出端与云控制器接口单元连接，多个云控制器与LoRa传感设备连接，多个云控制器还与本地服务器连接，信号输出通道包括路由器、以太网模块和多个管理员模块，云控制器接口单元的信号输出端与路由器连接，路由器与多个管理员模块连接。

多个传感器将信号传输给对应的云控制器，多个云控制器对信号处理后传输给云控制器接口单元，云控制器接口单元对信号处理后，通过路由器和以太网输送给对应的管理员模块。云控制器还与LoRa传感设备和本地服务器连接，以实现多种控制模式。

云控制器接口单元包括包括PCB板和安装在PCB板上的处理器，PCB板上装有LoRa收发器，LoRa收发器通过SPI总线与处理器连接，LoRa收发器上连有射频天线，LoRa收发器与LoRa节点之间通过无线信号进行数据传输，LoRa节点通过无线将信号传输给LoRa收发器，LoRa收发器将信号传输给处理器进行处理，采用低功耗、远距离的LoRa通信技术，实现远距离大范围的采集控制。

PCB板上装有多个六路模拟输入模块，多个六路模拟输入模块与处理器连接，六路模拟输入模块与处理器进行信号传输，集成modbus、T188常用协议，对于未包含在内的通信协议，可根据实际需要通过云平台进行远程动态安装。

PCB板上装有指示灯，指示灯与处理器连接，指示灯用于指示处理器的运行状态，可以直观地显示整个系统的运行稳定性。

PCB板上装有RS232接口，RS232接口与处理器连接,RS232为一种串行物理接口，此种接口应用范围广泛、价格便宜、编程容易，通信速度快，保证了数据的正常传输。

PCB板上装有I2C接口，I2C接口与处理器连接,I2C接口用于连接I2C总线，I2C总线是两线式串行总线，接口线少，控制方式简单，器件封装迅速，通信速率高。

PCB板上装有实时通信模块，实时通信模块与处理器连接，实时通信模块可以将处理器的数据传输出去。

PCB板上装有RS485接口，RS485接口通过UART总线与处理器连接，RS485接口接入的是半双工网络，一般为两线制，多采用屏蔽双绞线传输，接线方式为拓扑结构，在低速、短距离、无干扰的场合可采用普通双绞线，在高速、长线传输时，则必须采用阻抗匹配的专用线缆。

PCB板上装有PWM接口，PWM接口与处理器连接，PWM接口是脉冲宽度调制接口，是通过控制总线来实现的模拟控制方式。

PCB板上装置电源模块，电源模块与处理器连接，电源模块为一节3000mAh高能电池，可连续使用5-10年，解决了野外传感器供电的难题。

作为一种通信线路，实时通信模块为4G通信模块，4G通信模块通过USB总线与处理器连接，随着我国光纤线路提速扩容，网速也在不断加快，为大量信息实时传输铺平了道路，4G网络覆盖范围不断加大，为郊外的无线通信提供了保障。

作为另一种通信线路，实时通信模块为以太网通信模块。

PCB板上还装有CAN总线模块，CAN总线模块与处理器连接,CAN总线是一种现场总线，属于总线式串行通信网络，可广泛应用在工业测控和工业自动化领域。

PCB板上开有四个螺纹孔，通过自攻螺丝穿装在PCB板上来定位。

PCB板上还布置有USB通信接口，USB通信接口与处理器连接,USB通信接口为外扩接口，用于规范电脑和外部设备的连接和通讯，通用性更好。

本实用新型与现有技术相比，具体体现如下：

一、本系统基于云计算、大数据的远程本地协调控制系统，联通信息孤岛，实现精细化、数字化、系统化管理。

二、本系统利用云平台大数据不断分析建立新控制模型，优化控制器控制方案，提高系统稳定性，提高效率。

三、本系统集成常用通信接口，通过云平台动态加载驱动支持，可兼容市面上大多数传感器，摆脱使用特定设备的依赖性，更加灵活地安装新设备。

四、本系统采用3层AES加密，实现数据链路安全，防止外界有意无意的破坏。

五、本系统采用低功耗、远距离的LoRa通信技术，实现远距离大范围的采集控制。

附图说明

图1为本实用新型的控制简图。

图2为本实用新型的控制原理图。

图3为本实用新型的结构示意图。

图中，1为云控制器接口单元，2为信号输入通道，3为信号输出通道，4为云控制器，5为传感器，6为LoRa传感设备，7为本地服务器，8为路由器，9为以太网模块，10为管理员模块，11为PCB板，12为处理器，13为LoRa收发器，14为SPI总线，15为USB通信接口，16为LoRa节点，17为六路模拟输入模块，18为指示灯，19为RS232接口，20为RS485接口，21为I2C接口，22为实时通信模块，23为PWM接口，24为电源模块，25为4G通信模块，26为以太网通信模块，27为CAN总线模块，28为螺纹孔。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-3所示，一种云控制系统，包括云控制器接口单元1，云控制器接口单元1包括多个信号输入通道2和信号输出通道3，信号输入通道2包括云控制器4和传感器5，云控制器4的信号输入端与传感器5连接，云控制器4的信号输出端与云控制器接口单元1连接，多个云控制器4与LoRa传感设备6连接，多个云控制器4还与本地服务器7连接，信号输出通道3包括路由器8、以太网模块9和多个管理员模块10，云控制器接口单元1的信号输出端与路由器8连接，路由器8与多个管理员模块10连接。

采用云平台大数据的管理平台后，管理人员可在任何联网的终端远程查看、管理设备，自动存储所有系统数据，数据库定时自动/手动、本地/远程备份，远程更新系统；更换或安装新设备后，利用网络远程自动安装驱动和协议栈，实现对不同传感器5的兼容；云控制器1不断上传运行数据至服务器，并获取服务器建立的新模型，实现学习型智能控制；不同权限的管理人员身份认证和3层数据加密技术，保证了系统的安全运行；使用LoRa无线通信技术后，实现空旷地带方圆10公里的控制能力，LoRa超大的负载能力使得一台云控制器1覆盖所有设备。

多个传感器5将信号传输给对应的云控制器4，多个云控制器4对信号处理后传输给云控制器接口单元1，云控制器接口单元1对信号处理后，通过路由器8和以太网输送给对应的管理员模块10。云控制器4还与LoRa传感设备6和本地服务器7连接，以实现多种控制模式。

本系统以4G、LoRa无线和以太网有线为基础，本地和云控制器接口单元1为控制后台，AES多层加密认证的安全通道作为通信链路，适用于江河湖海、供水、排水、污水处理厂、灌溉等系统的检测和控制，检测项目包括流量、流速、压力、温度、雨量、湿度、风力、液位、转速、开关位置等，控制设备包括泵、闸电机、照明灯、警报、语音系统等，云管理工业自动控制系统。

云控制器接口单元1包括包括PCB板11和安装在PCB板11上的处理器12，PCB板11上装有LoRa收发器13，LoRa收发器13通过SPI总线14与处理器12连接，LoRa收发器13上连有射频天线，LoRa收发器13与LoRa节点16之间通过无线信号进行数据传输，LoRa节点16通过无线将信号传输给LoRa收发器13，LoRa收发器13将信号传输给处理器12进行处理，采用低功耗、远距离的LoRa通信技术，实现远距离大范围的采集控制。

PCB板11上装有多个六路模拟输入模块17，多个六路模拟输入模块17与处理器12连接，六路模拟输入模块17与处理器12进行信号传输，集成modbus、T188常用协议，对于未包含在内的通信协议，可根据实际需要通过云平台进行远程动态安装。

PCB板11上装有指示灯18，指示灯18与处理器12连接，指示灯18用于指示处理器12的运行状态，可以直观地显示整个系统的运行稳定性。

PCB板11上装有RS232接口19，RS232接口19与处理器12连接,RS232为一种串行物理接口，此种接口应用范围广泛、价格便宜、变成容易，通信速度快，保证了数据的正常传输。

PCB板11上装有I2C接口21，I2C接口21与处理器12连接,I2C接口21用于连接I2C总线，I2C总线是两线式串行总线，接口线少，控制方式简单，器件封装行失效，通信速率高。

PCB板11上装有实时通信模块22，实时通信模块22与处理器12连接，实时通信模块22可以将处理器12的数据传输出去。

PCB板11上装有RS485接口20，RS485接口20通过UART总线与处理器12连接，RS485接口20接入的是半双工网络，一般为两线制，多采用屏蔽双绞线传输，接线方式为拓扑结构，在低速、短距离、无干扰的场合可采用普通双绞线，在高速、长线传输时，则必须采用阻抗匹配的专用线缆。

PCB板11上装有PWM接口23，PWM接口23与处理器12连接，PWM接口23是脉冲宽度调制接口，是通过控制总线来实现的模拟控制方式。

PCB板11上装置电源模块24，电源模块24与处理器12连接，电源模块24为一节3000mAh高能电池，可连续使用5-10年，解决了野外传感器5供电的难题，大大降低了架设220V电线或安装太阳能电池板的费用。

作为一种通信线路，实时通信模块22为4G通信模块25，4G通信模块25通过USB总线与处理器12连接，随着我国光纤线路提速扩容，网速也在不断加快，为大量信息实时传输铺平了道路，4G网络覆盖范围不断加大，为郊外的无线通信提供了保障。

作为另一种通信线路，实时通信模块22为以太网通信模块26。

PCB板11上还装有CAN总线模块27，CAN总线模块27与处理器12连接,CAN总线27是一种现场总线，属于总线式串行通信网络，可广泛应用在工业测控和工业自动化领域。

PCB板11上开有四个螺纹孔28，通过自攻螺丝穿装在PCB板11上来定位。

PCB板11上还布置有USB通信接口15，USB通信接口15与处理器12连接,USB通信接口15为外扩接口，用于规范电脑和外部设备的连接和通讯，通用性更好。

本系统采用先进控制模型：通过大数据分析，系统根据现场环境参数、传感器5回传数据、被控设备类型和用户要求，由云控制器接口单元1生成最优的系统控制模型，充分吸收其他项目的成功经验，避免不良影响，最大限度发挥大数据优势。

集成2路RS485、2路RS232、1路CAN通信接口， 6路数字输入、6路4~20mA和0~5V模拟输入信号采集接口，6路数字输出、2路PWM接口23。集成modbus、T188等常用协议，对于未包含在内的通信协议，根据实际需要可通过云平台远程动态安装。

系统用户按职位和岗位划分不同操作等级，只能执行权限内的操作，从控制命令、负载数据到TCP数据包实现不同密钥的3层AES动态加密，防止外界有意无意的破坏。

本系统采用低功耗、远距离的LoRa通信技术，实现远距离大范围的采集控制，LoRa传感设备6采用Lora扩频通信技术，该技术具有低功耗，远距离传输特点。LoRa收发器13通过扩频技术使得此类接收机在125kHz的带宽下使用获得接近-140dBm的灵敏度。与FSK系统相比，这种新的扩频方式在灵敏度上改善了30dB，这样,使得同样的通信距离发射功率就会降低，从而实现低功耗长距离的通信。本系统采用LoRa WAN 协议更好的实现了多节点通信，保证了数据接收的稳定性。

本系统的云控制器1内嵌LoRaWAN无线通信协议，有信号碰撞检测机制，自适应速率，面对复杂的环境有超强抗干扰机制。自带了ACK信号确认，有效保障了通信可靠性要求。发射功率根据通信距离的RISS值自动调整，有效地实现了低功耗通信的要求。

本系统内置超强休眠机制，睡眠电流可低至10uA级。

本系统的LoRa传感设备6设计了4-20mA电流环采集模块，用于采集各种传感器5电流信号。每个LoRa通用节点有一个唯一的ID码做标识，云控制器1通过ID码来识别传感器5的安装位置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本实用新型范围内。

Claims (7)

1.一种云控制系统，其特征在于，包括云控制器接口单元（1），所述云控制器接口单元（1）包括多个信号输入通道（2）和信号输出通道（3），所述信号输入通道（2）包括云控制器（4）和传感器（5），云控制器（4）的信号输入端与传感器（5）连接，云控制器（4）的信号输出端与云控制器接口单元（1）连接，多个云控制器（4）与LoRa传感设备（6）连接，多个云控制器（4）还与本地服务器（7）连接，所述信号输出通道（3）包括路由器（8）、以太网模块（9）和多个管理员模块（10），云控制器接口单元（1）的信号输出端与路由器（8）连接，路由器（8）与多个管理员模块（10）连接；

所述云控制器接口单元（1）包括包括PCB板（11）和安装在PCB板（11）上的处理器（12），所述PCB板（11）上装有LoRa收发器（13），LoRa收发器（13）通过SPI总线（14）与处理器（12）连接，LoRa收发器（13）上连有射频天线，LoRa收发器（13）与LoRa节点（16）无线连接；

所述PCB板（11）上装有多个六路模拟输入模块（17），多个六路模拟输入模块（17）与处理器（12）连接；

所述PCB板（11）上装有指示灯（18），指示灯（18）与处理器（12）连接；

所述PCB板（11）上装有RS232接口（19），RS232接口（19）与处理器（12）连接；

所述PCB板（11）上装有I2C接口（21），I2C接口（21）与处理器（12）连接；

所述PCB板（11）上装有实时通信模块（22），实时通信模块（22）与处理器（12）连接；

所述PCB板（11）上装有RS485接口（20），RS485接口（20）通过UART总线与处理器（12）连接；

所述PCB板（11）上装有PWM接口（23），PWM接口（23）与处理器（12）连接；

所述PCB板（11）上装置电源模块（24），电源模块（24）与处理器（12）连接。

2.根据权利要求1所述的一种云控制系统，其特征在于，所述实时通信模块（22）为4G通信模块（25），4G通信模块（25）通过USB总线与处理器（12）连接。

3.根据权利要求1所述的一种云控制系统，其特征在于，所述实时通信模块（22）为以太网通信模块（26）。

4.根据权利要求2或3所述的一种云控制系统，其特征在于，所述PCB板（11）上还装有CAN总线模块（27），CAN总线模块（27）与处理器（12）连接。

5.根据权利要求4所述的一种云控制系统，其特征在于，所述PCB板（11）上开有四个螺纹孔（28）。

6.根据权利要求5所述的一种云控制系统，其特征在于，所述PCB板（11）上还布置有USB通信接口（15），USB通信接口（15）与处理器（12）连接。

7.根据权利要求6所述的一种云控制系统，其特征在于，所述电源模块（24）为3000mAh电池。