一种设备云端监控管理系统的制作方法

本发明属于信息系统综合和智能设备监控管理领域，尤其涉及一种设备云端监控管理系统。

背景技术：

智能制造（intelligentmanufacturing，im）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，而实现智能制造的要求，首先需要实现对设备运行状态的监控。

无线重传机制是无线设备校验时钟，在ack超时时，会依据自己的校验时钟重传数据包，常用的重传机制包括分段重传和快速重传。

错误检测是指在发送的码序列（码字）中加入适当的冗余度以使得接收端能够发现传输中是否发生差错的技术。

据申请人了解，智能制造过程中各个环节由不同企业设备组建，而目前市场上的设备监控管理系统局限性大、兼容性小，只针对固定的设备和功能，导致集成、管理、维护、费用结算等方面出现协调困难的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种设备云端监控管理系统，可以解析不同类型设备的通信协议，实现对所有设备数据的有效采集，具有数据兼容性强，监控精确的优点。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种设备云端监控管理系统，系统包括若干个设备检测终端、若干个管理平台和云端；

设备检测终端，用于通过基于智能采集电路的传感器采集各种设备数据，再经通信接口传输至管理平台。

管理平台，用于对从检测终端接收到的各种设备数据进行统计分析，并通过webservice或http+json方式连接到云端，从而可以接入和使用任何可接入网络并搭载网页浏览器的设备，实现用户对设备的远程查询、监视和控制。

本发明进一步限定的技术方案是：设备检测终端包括控制单元、智能采集电路单元和通信接口单元；

控制单元：采用单片机为智能芯片，根据采集要求控制传感器采集各设备数据；

智能采集电路单元：将采集到的各设备数据根据设定好的诊断策略进行转化诊断，用于判断设备的健康状态；

通信接口单元：包括转换通信接口和有线/无线网络通信接口，转换通信接口采用rs232、rs485和can接口，有线/无线网络通信接口采用以太网接口或wi-fi无线接口与管理平台通信，也可以通过4g、3g、gprs公网传输。并采用webservice或http+json方式与云端通信。

更进一步的，单片机上扩充大容量的存储器用于保存设备的历史数据。

更进一步的，有线/无线网络通信接口与各无线接入点之间采用多重链路布置，多重链路布置是在无线接入点通过核心交换机连接至少两个防火墙形成互为备份/冗余的链路，备份/冗余采取的是重叠覆盖的方式，每个设备检测终端都处于至少两个无线接入点的有效覆盖范围内，所有无线接入点配置相同的ssid和密码；有线/无线网络通信接口内采用错误检测和重传机制。

进一步的，设备检测终端、管理平台和云端之间的系统连接方式包括设备检测终端连接云方式、设备检测终端连接管理平台方式和管理平台连接云平台方式。

进一步的，管理平台包括动态配置模块和校准模块，动态配置模块定期汇总设备检测终端采集的各设备数据和诊断结果，并根据预设的设备类型和环境参数自动判断设备数据和诊断结果的偏差和合理性，当出现较大偏差时进行提示并通过校准模块内预设的校准策略进行校准，校准后下发到各个管理平台和各个设备检测终端。

进一步的，设备检测终端与设备之间的串口通讯识别具体方法为：

s1、轮询判断串口通讯的波特率及字符的数据位和校验位是否正确；

s2、根据modbusrtu通讯协议对串口通讯的数据帧中的请求进行轮询校验，校验正确后，再通过数据帧中的功能码验证串口通讯参数；

s3、找出与请求配对的应答帧，直接对其发送请求，并分别使用停止位1和2测试，若回复正确，即可确认停止位个数，从而得出串口通讯的完整参数。

s4、根据请求获取相应的寄存器地址，再通过解析寄存器地址获取相应的设备信息。

更进一步的，设备检测终端与设备之间的串口通讯以一个字符为单位，字符以起始位开始，紧接数据字的最低位，数据字有7-9个数据位，以数据字的最高位结束，数据位后紧接校验位，校验位为无校验位、奇校验位或偶校验位中一种，最后为结束位，结束位为1或2个停止位；检测终端接收时忽略第2个停止位；串口通讯的波特率范围为9600-115200bps，其中常用的为9600bps、14400bps、19200bps、38400bps、57600bps和115200bps共6种。检测时先忽略停止位个数，因此串口通讯的参数共有54中组合。

更进一步的，步骤s2中，modbusrtu通讯协议的数据帧包括请求和应答，一个请求起始于3.5个字节空闲，紧接8字节的信息帧，信息帧的后2个字节是crc校验，最后也为3.5个字节空闲。通过识别帧前后不小于3.5个字节的空闲，选出8个字节的信息帧，如果crc校验正确，再判断信息帧的第二个字节（即功能码）是否为1、2、3、4、5、6验证通讯参数。

更进一步的，步骤s4中解析的方法是将寄存器地址分别进行单个数据16bit和双数据32bit采集，再转换成十进制浮点数进行对比判断。

本发明的有益效果是：

1.采用单片机作为检测终端的控制芯片，不仅满足设备健康管理检测的要求，而且检测终端可以直接在无操作系统的单片机上实现webservice或http+json方式与云端通信，可无需专门配置服务器，有效降低了成本。

2.检测终端、管理平台、云端中均配置集成了所有功能，从而可以自由连接组合成系统。

3.采用多重链路布置、错误检测和重传机制有效解决了数据传输过程中信号干扰的问题。

4.本系统兼容性高，可以解析各类型设备的信号通信协议，实现各设备数据的有效采集。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的设备检测终端结构示意图。

图3为本发明的多链路冗余网络拓扑图。

图4为本发明的实施例modbusrtu通讯设备连接图。

图5为本发明的实施例19200波特率通讯请求帧轮询示意图。

图6为本发明的实施例19200波特率通讯地址解析示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1和图2，本实施例提供的一种设备云端监控管理系统，系统包括若干个设备检测终端、若干个管理平台和云端；

设备检测终端，用于通过基于智能采集电路的传感器采集各种设备数据，再经通信接口传输至管理平台。

管理平台，用于对从检测终端接收到的各种设备数据进行统计分析，并通过webservice或http+json方式连接到云端，从而可以接入和使用任何可接入网络并搭载网页浏览器的设备，实现用户对设备的远程查询、监视和控制。

设备检测终端包括控制单元、智能采集电路单元和通信接口单元；

控制单元：采用单片机为智能芯片，根据采集要求控制传感器采集各设备数据。

智能采集电路单元：将采集到的各设备数据根据设定好的诊断策略进行转化诊断，用于判断设备的健康状态。

通信接口单元：包括转换通信接口和有线/无线网络通信接口，转换通信接口采用rs232、rs485和can接口，有线/无线网络通信接口采用以太网接口或wi-fi无线接口与管理平台通信，并采用webservice或http+json方式与云端通信。

单片机上扩充大容量的存储器用于保存设备的历史数据。

有线/无线网络通信接口与各无线接入点之间采用多重链路布置，多重链路布置是指在接入点利用同品牌通型号的两个或者多个防火墙形成互为备份/冗余的功能，能够提供更好的可靠性。通信可靠性的提高来自于多条链路的使用，同时使用多条链路增加了带宽，从而性能得以提升。因此可保护网络避免因单点故障而导致网络中断的风险。

多链路冗余起到在多个公网运营商（isp）之间故障的转移，在网络接入点部署多台设备形成备份/冗余，当其中一台设备发生故障时，数据便会切换到另外一台设备上继续传输，而且还可以做设备性能的叠加增强。网络拓扑见图3：

多重连接在局域网内进行负载均衡，对互联网连接根据传输速度进行优化。通过检测与服务器的连接情况，反馈速度最快的连接优先进行传输。因此，综合数据吞吐率将远远超过一个服务性能不稳定的单个连接。

当主控设备发生故障转移之后，备份主控设备将替代成为主控设备。原来的主控设备将重启，并作为备份主控设备重新加入系统。

无线网络的备份/冗余采取的是重叠覆盖的方式，每一个设备检测终端都至少处于两个无线接入点（ap）的有效覆盖范围内。所有无线接入点配置相同的ssid和密码，终确保连接的可靠。

有线/无线网络通信接口采用错误检测和重传机制，在常用的网络传输错误检测的基础之上增加了附加的校验规则，以确保数据更加可靠。

设备检测终端、管理平台和云端之间的系统连接方式包括设备检测终端连接云方式、设备检测终端连接管理平台方式和管理平台连接云平台方式。

管理平台包括动态配置模块和校准模块，动态配置模块定期汇总设备检测终端采集的各设备数据和诊断结果，并根据预设的设备类型和环境参数自动判断设备数据和诊断结果的偏差和合理性，当出现较大偏差时进行提示并通过校准模块内预设的校准策略进行校准，校准后下发到各个管理平台和各个设备检测终端。

本实施例以modbusrtu通讯为例，将检测终端连接到被采集的设备，并置于配置状态，另外一个端口连接到上位机，运行配置软件。与上位机的连接可以通过串口连接，也可以通过网络远程连接。见图4。

设备检测终端与设备之间的串口通讯识别具体方法为：

s1、轮询判断串口通讯的波特率及字符的数据位和校验位是否正确；

s2、根据modbusrtu通讯协议对串口通讯的数据帧中的请求进行轮询校验，校验正确后，再通过数据帧中的功能码验证串口通讯参数；

s3、找出与请求配对的应答帧，直接对其发送请求，并分别使用停止位1和2测试，若回复正确，即可确认停止位个数，从而得出串口通讯的完整参数。

s4、根据请求获取相应的寄存器地址，再通过解析寄存器地址获取相应的设备信息。

设备检测终端与设备之间的串口通讯以一个字符为单位，字符以起始位开始，紧接数据字的最低位，数据字有7-9个数据位，以数据字的最高位结束，数据位后紧接校验位，校验位为无校验位、奇校验位或偶校验位中一种，最后为结束位，结束位为1或2个停止位；串口通讯的字符数据帧格式如下：

•1个起始位

•7、8或9个数据位

•无校验位、奇校验或偶校验位

•1或2个停止位

检测终端忽略第2个停止位；串口通讯的波特率范围为9600-115200bps，其中常用的为9600bps、14400bps、19200bps、38400bps、57600bps和115200bps共6种。检测时先忽略停止位个数，因此串口通讯的参数共有54中组合。

步骤s1中，将接收波特率、数据位数和奇偶校验设为不同的值，对单个字符进行轮询。当不存在错误时，即可初步判断为波特率、数据位数和奇偶校验正确。

步骤s2中，modbusrtu通讯协议的数据帧包括请求和应答，一个请求起始于3.5个字节空闲，紧接8字节的信息帧，信息帧的后2个字节是crc校验，最后也为3.5个字节空闲。通过识别帧前后不小于3.5个字节的空闲，选出8个字节的信息帧，如果crc校验正确，再判断信息帧的第二个字节（即功能码）是否为1、2、3、4、5、6验证通讯参数。

图5是通过轮询得到19200波特率的一个数据帧的示例，这是一个对站号1读寄存器71（47h）～76（4ch）的请求帧。

步骤s3中，对于9600的最低波特率，一帧数据时间包括前后空闲时间，约0.09秒。如果接口上一直存在数据帧传输，轮询的最长一个周期大约5秒。但实际上往往并非一直存在数据帧，也可能modbus从站的应答数据帧比较长，因此等待的时间更长。

步骤s4中解析的方法是将寄存器地址分别进行单个数据16bit和双数据32bit采集，再转换成十进制浮点数进行对比判断。

对比时设定一个误差范围，在这个误差范围内的数值将被标出。也可以自动对每个寄存器进行对比，保存到文件里后再进行判断。

本发明的优点在于：

1.采用单片机作为检测终端的控制芯片，不仅满足设备健康管理检测的要求，而且检测终端可以直接在无操作系统的单片机上实现webservice或http+json方式与云端通信，无需专门配置服务器，有效降低了成本。

2.检测终端、管理平台、云端中均配置集成了所有功能，从而可以自由连接组合成系统。

3.采用多重链路布置、错误检测和重传机制有效解决了数据传输过程中信号干扰的问题。

4.本系统兼容性高，可以解析各类型设备的信号通信协议，实现各设备数据的有效采集。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。