CN114584429A - 工业智能物联网网关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业智能物联网网关，涉及物联网设备技术领域。本发明包括物联网网关、现场总线通讯模块和串口通信模块；物联网网关的通信架构包括感知层、网络层和应用层；感知层包括感知模块和控制模块，用于完成感知延伸设备的组网控制和物理接入,匹配各种传感网络技术实现不同通信协议的接入；网络层，用于实现物联网***的管理和远程数据的传输；应用层包括应用模块和业务管理模块，用于为终端用户的应用进程提供服务。本发明通过互联网、传感网和现场总线的组网方案实现有线和无线的数据交互，利用开发平台实现物联网网关协议的转换，以及三层网络间通信软件的架构进行报警异常处理，提高了数据处理效率，减少了后期维护的工作量。
Description
技术领域
本发明属于物联网设备技术领域，特别是涉及一种工业智能物联网网关。
背景技术
在国家大力倡导发展工业物联网的时代背景之下，目前大量的设备网关只具有设备数据采集及简单控制功能，多采用单片机的形式，是基于嵌入式***实现的。另在工业物联网的实施过程中，由于设备的特殊性、多样性、高数量高并发性，目前市面上的网关普遍存在以下痛点：
1、由于设备的多样性和特殊性，单片机网关需要根据不同的设备类型，进行编程和特别定制，在工业生产的复杂场景中增加了大量的工作；
2、由于工业生产中设备数量多，要求实时性强，过去的网关只单纯采集数据，全部上传给中心服务器处理，这样造成了中心服务器的负载压力过大，同时受现场网络环境等因素的影响，无法保证实时快速的反应；
3、由于设备多、类型广，网关数量大，对后期维护造成极大困难，成本居高不下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业智能物联网网关，通过互联网、传感网和现场总线的组网方案实现有线和无线的数据交互，利用开发平台实现物联网网关协议的转换，以及三层网络间通信软件的架构进行报警异常处理，解决了现有的工业设备种类多协议多、杂，数据处理效率低、后期维护困难问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种工业智能物联网网关，包括物联网网关、现场总线通讯模块和串口通信模块；
所述物联网网关通过现场总线通讯模块与多个工业设备相连；所述物联网网关通过串口通信模块分别与ZigBee协调器和传感网子节点连接；
所述物联网网关的通信架构包括感知层、网络层和应用层；所述感知层包括感知模块和控制模块，用于完成感知延伸设备的组网控制和物理接入,匹配各种传感网络技术实现不同通信协议的接入；所述网络层，用于实现物联网***的管理和远程数据的传输；所述应用层包括应用模块和业务管理模块，用于为终端用户的应用进程提供服务；
所述物联网网关内配置有Linux桌面级操作***；所述应用层通过无线通信模块连接有远程监控设备；所述网络层包括Web服务器、管理软件和协议转换模块；所述感知层包括处理器和硬件平台。
作为一种优选的技术方案，所述Linux桌面级操作***用于配置物联网网关的输出信号形式以及信号宽幅，同时完成与物联网网关通信连接的工业设备的信号处理。
作为一种优选的技术方案，所述硬件平台针对各类型工业设备分别配置有个性化编辑窗口；所述个性化编辑窗口中根据与该物联网网关相连的多个工业设备对应生成多个子编辑窗口，每个子编辑窗口根据其所对应的工业设备的工作特性配置有设定参数。
作为一种优选的技术方案，所述处理器用户接收通讯指令并进行计算处理后生成第一处理信息，Web服务器接收第一处理信息并根据第一处理信息的结果生成第二处理信息，并将所述第二处理信息通过串口通信模块发送至相应的工业设备，或现场总线通讯模块接收第一处理信息并根据第一处理信息的结果生成第三处理信息，并将所述第三处理信息发送至相应的工业设备。
作为一种优选的技术方案，所述感知层内置有策略库；所述策略库被配置为处理器通过所述现场总线通讯模块或串口通信模块获取工业设备的第一数据信息，并对第一数据信息进行处理生成联动控制命令，并将联动控制命令通过现场总线通讯模块或串口通信模块发送至其他需要联动控制的若干工业设备。
作为一种优选的技术方案，所述现场总线通讯模块包括协议处理单元和总线驱动单元，所述协议处理单元与计算机直接相连，用于将第一处理信息进行数据解析和分析处理，所述总线驱动单元与工业设备直接相连，用于根据解析处理后的数据对工业设备进行驱动。
作为一种优选的技术方案，所述协议转换模块包括数据转发单元，所述串口通信模块可接入多个工业设备，所述串口通信模块内存储有设备查询列表，所述数据转发单元还通过设备查询接口与串口通信模块相连，所述数据转发单元配置有转发策略，所述转发策略包括获取处理器的第一处理信息并通过设备查询接口调取设备查询列表生成相应的目标设备信息和执行命令，并将目标设备信息和执行命令传送至网络通讯模块，通过网络通讯模块将执行命令传送至相应的工业设备。
作为一种优选的技术方案，所述处理器还配置有报警策略，所述处理器包括阈值库和处理模型，所述处理器用于按照预定的规则对数据信息进行处理，所述阈值库内存储有不同的数据对应的不同阈值范围信息，所述报警策略包括获取所述现场总线通讯模块或串口通信模块采集的第一数据信息，通过处理模型对第一数据信息进行分析处理生成处理结果，将处理结果与阈值库内相应的阈值范围信息进行比较，若超出阈值范围，则生成报警信息并执行报警命令。
作为一种优选的技术方案，所述处理器还连接有存储模块；所述存储模块包括本地存储服务引擎和解析引擎，所述本地存储服务引擎包括访存API和解析引擎，所述访存API通过API接口与处理模块相连，用于获取来自计算机模块的读取/存储请求，并将所述读取/存储请求发送至解析引擎进行语义解析处理判断其属于读取请求还是存储请求，若判断结果为读取请求，则执行读取命令；若判断结果为存储请求，则执行存储命令。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过互联网、传感网和现场总线的组网方案实现有线和无线的数据交互，利用开发平台实现物联网网关协议的转换，以及三层网络间通信软件的架构进行报警异常处理，避免了工业设备种类多带来的数据不统一的问题，提高了数据处理效率，减少了后期维护的工作量。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的一种工业智能物联网网关***机构示意图；
图2为数据转发策略流程图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种工业智能物联网网关，包括物联网网关、现场总线通讯模块和串口通信模块；
物联网网关通过现场总线通讯模块与多个工业设备相连；物联网网关通过串口通信模块分别与ZigBee协调器和传感网子节点连接；
物联网网关的通信架构包括感知层、网络层和应用层；
感知层包括感知模块和控制模块，用于完成感知延伸设备的组网控制和物理接入,匹配各种传感网络技术实现不同通信协议的接入；为了满足物联网底层设备的多元化,包括智能家居、智能社区和智能交通等各行各业,各模块使用传感网技术和现场总线与物联网***的网络层连接,从而进行统一的数据采集和存储。
网络层，用于实现物联网***的管理和远程数据的传输；由于底层子网的用途不同、技术标准不同,本文申请文件基于模块化的思想利用与RTSJ准全面兼容能够改进实时***的IBM，WebSphere Real Time开发平台,使用实时Java技术实现物联网网关的多样化管理,例如Web服务、不同网络之间的协议转换以及信息汇聚和安全应用管理等网关功能。
应用层包括应用模块和业务管理模块，用于为终端用户的应用进程提供服务；用户采用浏览器或客户端软件通过以太网/4G网络与物联网***管理平台连接,利用分析处理的感知数据,使用远程监控装置实现对物联网底层设备状态的实时监控。
物联网网关内配置有Linux桌面级操作***；应用层通过无线通信模块连接有远程监控设备；网络层包括Web服务器、管理软件和协议转换模块；感知层包括处理器和硬件平台。
其中，Linux桌面级操作***用于配置物联网网关的输出信号形式以及信号宽幅，同时完成与物联网网关通信连接的工业设备的信号处理。
其中，硬件平台针对各类型工业设备分别配置有个性化编辑窗口；个性化编辑窗口中根据与该物联网网关相连的多个工业设备对应生成多个子编辑窗口，每个子编辑窗口根据其所对应的工业设备的工作特性配置有设定参数；
以此，在物联网网关处对各个工业设备所采集的数据进行基于边缘计算的汇总反馈并且进行基于管理服务器配置指令的控制；通过设定主编辑窗口能够从全局上控制调整各个互联网网关，提高了管理服务器的直观控制性，而对于各个互联网网关处与其相连的工业设备分别予以子编辑窗口的配置，方便对于各个工业设备进行数据的采集以及进行各自的独立控制。
处理器用户接收通讯指令并进行计算处理后生成第一处理信息，Web服务器接收第一处理信息并根据第一处理信息的结果生成第二处理信息，并将第二处理信息通过串口通信模块发送至相应的工业设备，或现场总线通讯模块接收第一处理信息并根据第一处理信息的结果生成第三处理信息，并将第三处理信息发送至相应的工业设备。
感知层内置有策略库；策略库被配置为处理器通过现场总线通讯模块或串口通信模块获取工业设备的第一数据信息，并对第一数据信息进行处理生成联动控制命令，并将联动控制命令通过现场总线通讯模块或串口通信模块发送至其他需要联动控制的若干工业设备。
现场总线通讯模块包括协议处理单元和总线驱动单元，协议处理单元与计算机直接相连，用于将第一处理信息进行数据解析和分析处理，总线驱动单元与工业设备直接相连，用于根据解析处理后的数据对工业设备进行驱动。
请参阅图2所示，协议转换模块包括数据转发单元，串口通信模块可接入多个工业设备，串口通信模块内存储有设备查询列表，数据转发单元还通过设备查询接口与串口通信模块相连，数据转发单元配置有转发策略，转发策略包括获取处理器的第一处理信息并通过设备查询接口调取设备查询列表生成相应的目标设备信息和执行命令，并将目标设备信息和执行命令传送至网络通讯模块，通过网络通讯模块将执行命令传送至相应的工业设备。处理器还配置有报警策略，处理器包括阈值库和处理模型，处理器用于按照预定的规则对数据信息进行处理，阈值库内存储有不同的数据对应的不同阈值范围信息，报警策略包括获取现场总线通讯模块或串口通信模块采集的第一数据信息，通过处理模型对第一数据信息进行分析处理生成处理结果，将处理结果与阈值库内相应的阈值范围信息进行比较，若超出阈值范围，则生成报警信息并执行报警命令。处理器还连接有存储模块；存储模块包括本地存储服务引擎和解析引擎，本地存储服务引擎包括访存API和解析引擎，访存API通过API接口与处理模块相连，用于获取来自计算机模块的读取/存储请求，并将读取/存储请求发送至解析引擎进行语义解析处理判断其属于读取请求还是存储请求，若判断结果为读取请求，则执行读取命令；若判断结果为存储请求，则执行存储命令。
值得注意的是，上述***实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (9)
1.一种工业智能物联网网关，包括物联网网关、现场总线通讯模块和串口通信模块，其特征在于：
所述物联网网关通过现场总线通讯模块与多个工业设备相连；所述物联网网关通过串口通信模块分别与ZigBee协调器和传感网子节点连接；
所述物联网网关的通信架构包括感知层、网络层和应用层；所述感知层包括感知模块和控制模块，用于完成感知延伸设备的组网控制和物理接入,匹配各种传感网络技术实现不同通信协议的接入；所述网络层，用于实现物联网***的管理和远程数据的传输；所述应用层包括应用模块和业务管理模块，用于为终端用户的应用进程提供服务；
所述物联网网关内配置有Linux桌面级操作***；所述应用层通过无线通信模块连接有远程监控设备；所述网络层包括Web服务器、管理软件和协议转换模块；所述感知层包括处理器和硬件平台。
2.根据权利要求1所述的一种工业智能物联网网关，其特征在于，所述Linux桌面级操作***用于配置物联网网关的输出信号形式以及信号宽幅，同时完成与物联网网关通信连接的工业设备的信号处理。
3.根据权利要求1所述的一种工业智能物联网网关，其特征在于，所述硬件平台针对各类型工业设备分别配置有个性化编辑窗口；所述个性化编辑窗口中根据与该物联网网关相连的多个工业设备对应生成多个子编辑窗口，每个子编辑窗口根据其所对应的工业设备的工作特性配置有设定参数。
4.根据权利要求1所述的一种工业智能物联网网关，其特征在于，所述处理器用户接收通讯指令并进行计算处理后生成第一处理信息，Web服务器接收第一处理信息并根据第一处理信息的结果生成第二处理信息，并将所述第二处理信息通过串口通信模块发送至相应的工业设备，或现场总线通讯模块接收第一处理信息并根据第一处理信息的结果生成第三处理信息，并将所述第三处理信息发送至相应的工业设备。
5.根据权利要求1所述的一种工业智能物联网网关，其特征在于，所述感知层内置有策略库；所述策略库被配置为处理器通过所述现场总线通讯模块或串口通信模块获取工业设备的第一数据信息，并对第一数据信息进行处理生成联动控制命令，并将联动控制命令通过现场总线通讯模块或串口通信模块发送至其他需要联动控制的若干工业设备。
6.根据权利要求1所述的一种工业智能物联网网关，其特征在于，所述现场总线通讯模块包括协议处理单元和总线驱动单元，所述协议处理单元与计算机直接相连，用于将第一处理信息进行数据解析和分析处理，所述总线驱动单元与工业设备直接相连，用于根据解析处理后的数据对工业设备进行驱动。
7.根据权利要求1所述的一种工业智能物联网网关，其特征在于，所述协议转换模块包括数据转发单元，所述串口通信模块可接入多个工业设备，所述串口通信模块内存储有设备查询列表，所述数据转发单元还通过设备查询接口与串口通信模块相连，所述数据转发单元配置有转发策略，所述转发策略包括获取处理器的第一处理信息并通过设备查询接口调取设备查询列表生成相应的目标设备信息和执行命令，并将目标设备信息和执行命令传送至网络通讯模块，通过网络通讯模块将执行命令传送至相应的工业设备。
8.根据权利要求4所述的一种工业智能物联网网关，其特征在于，所述处理器还配置有报警策略，所述处理器包括阈值库和处理模型，所述处理器用于按照预定的规则对数据信息进行处理，所述阈值库内存储有不同的数据对应的不同阈值范围信息，所述报警策略包括获取所述现场总线通讯模块或串口通信模块采集的第一数据信息，通过处理模型对第一数据信息进行分析处理生成处理结果，将处理结果与阈值库内相应的阈值范围信息进行比较，若超出阈值范围，则生成报警信息并执行报警命令。
9.根据权利要求4所述的一种工业智能物联网网关，其特征在于，所述处理器还连接有存储模块；所述存储模块包括本地存储服务引擎和解析引擎，所述本地存储服务引擎包括访存API和解析引擎，所述访存API通过API接口与处理模块相连，用于获取来自计算机模块的读取/存储请求，并将所述读取/存储请求发送至解析引擎进行语义解析处理判断其属于读取请求还是存储请求，若判断结果为读取请求，则执行读取命令；若判断结果为存储请求，则执行存储命令。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220603 |