一种大米加工智能工厂的工业互联网系统的制作方法

本发明主要涉及到大米加工设备领域，特指一种适用于大米加工智能工厂的工业互联网络系统。

背景技术：

智能工厂是“中国智造2025”的核心内容。当前，粮食行业三大主粮加工尚无一家全链条智能工厂。其中最主要的原因就在于，各环节粮食加工设备相互孤立，而设备的互联互通是实现智能工厂的基本前提。

在大米加工工厂中，包含了众多各自独立、具备各自独立功能的工序处理设备，如清理筛、平整筛、去石机、磁选机、砻谷机、谷糙分离机、厚度机、碾米机、白米筛、抛光机、长度机等等，但是它们相互之间无法进行网络通信，也无法与中心控制平台进行网络通信，因而中心平台也就无法对各工序的设备进行动态的智能控制，从而构成智能工厂。

现有的大米加工工厂中存在的网络包括：

1、传感网络：各生产设备的传感系统；既包括监视设备工作的传感系统，比如砻谷机淌板位置传感、胶辊的测径传感、辊间距的位移传感等，也包括检测设备控制元件执行精度的传感系统，比如碾米机和抛光机的压砣杆位移传感，还包括设备运行的辅助传感系统，比如设备当前的工作电流等等。

每台生产设备（即：每个节点）均有其传感系统，其中有些关键设备的传感为复杂和复合传感系统，传感网络所传输信号均为模拟信号。

2、控制网络：每台生产设备均有相应的受控元素，大米加工的关键设备则受控元素更多，其受控方式为以下三种方式：（1）机械控制，通过伺服电机驱动连接臂完成控制动作；（2）电流或电压或频率控制，通过电位计或变频器等驱动完成控制动作；（3）气压控制。

每个生产设备（即：每个节点）均有其相对独立的控制系统，其中有些关键设备的控制系统是多元复杂控制系统，控制系统的传输信号为模拟信号。

3、工业总线：工业总线为连接各生产设备（即：节点）的总线，所传输信号为数字信号，但通常按自有的通信协议方式传输。

4、管理网络：控制平台、检测系统、管理系统以及工厂的生产调度系统等处于局域网中，基于tcp/ip协议传输。

由上可知，在现有所有的大米加工工厂中，以上各网络相互独立而形成信息孤岛，因而不能在同一网络中对设备生产进行工艺感知与智能控制，也就不能实现智能工厂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、易实现、可对大米加工工厂所有生产设备实现互联互通的大米加工智能工厂的工业互联网络系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种大米加工智能工厂的工业互联网络系统，其包括：

工业总线，作为大米加工智能工厂的工业主网络总线；

边界交换网关，用来负责工业总线与互联网和/或局域网的互通；所述边界交换网关用来完成信息的转发，对边界交换网关而言所有的信息都是透明的；

前置节点网关，前置节点网关向上与can总线通信，向下与生产设备的传感网络和控制网络连接；生产设备作为节点。

作为本发明的进一步改进：一个所述边界交换网关用来连接多个增加前置节点网关。

作为本发明的进一步改进：所述边界交换网关为可扩展网关，用来扩展网络容量。

作为本发明的进一步改进：所述工业总线为can总线。

作为本发明的进一步改进：所述边界交换网关的一头连接工业总线，另一头通过串口与局域网上某一台智能控制系统主机或者某一台管理系统主机相连。

作为本发明的进一步改进：所述传感网络与控制网络均以模拟信号通信，所以前置节点网关用来进行a/d和d/a转换，接受传感信息时进行a/d转换，执行控制命令时进行d/a转换。

作为本发明的进一步改进：所述互联网和/或局域网中包括了智能控制平台、管理平台、工作站、工艺检测平台中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进：所述工业互联网络系统中信息的数据包格式包括：序列号、寻址、应答、标识头、命令、解析与内容、校验、can应答。

作为本发明的进一步改进：在控制中心向某一节点发出命令时，控制中心向该节点所属的边界交换网关发送信息；边界交换网关向属下所有前置节点网关转发该信息；该边界交换网关属下的每一个前置节点网关都收到这一信息；每个前置节点网关对该信息所含数据包中的寻址信息进行过滤，通过寻址信息比对，与本前置节点网关地址不符，则过滤掉；与本前置节点网关地址相符，则对数据包内容进行解析；收到信息的前置节点网关向中心反馈一条信息；寻址全过程完成。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的大米加工智能工厂的工业互联网络系统，结构简单、适用范围广，可以对任何一家传统大米加工工厂完成所有生产设备或其他节点的互联互通；工厂内每一台生产设备，不论这些生产设备是否支持联网，不论这些生产设备是否具有网络连接功能，通过前置节点网关与can总线通信、通过边界交换网关实现can总线与互联网通信，完美解决工厂内各个物理设备万物互联。本发明为智能控制与智能工厂构建稳定、健壮、延时小于毫秒的工业互联网络。

附图说明

图1是本发明的拓扑结构原理示意图。

图2是本发明在具体应用实例中数据包结构的原理示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的大米加工智能工厂的工业互联网络系统，包括：

工业总线，作为大米加工智能工厂的工业主网络总线；

边界交换网关，用来负责工业总线与互联网和/或局域网的互通，主要用来负责信息的转发，对边界网关而言所有的信息都是透明的；

前置节点网关，前置节点网关向上与can总线通信，向下与生产设备（节点）的传感网络和控制网络（设备控制执行系统）连接。

在具体应用实例中，本发明正是通过增加前置节点网关，因此可以不断增加控制对象（生产设备），一个边界交换网关一般可以连接500个前置节点网关（500台生产设备），当500不能满足控制点数的需要时，可以通过扩展边界交换网关的方式扩展网络容量。

在具体应用实例中，工业总线可以根据实际需要采用can（controllerareanetwork,can）总线。可以理解，在其他的需求时，也可以采用其他形式的总线形式。

在具体应用实例中，边界交换网关的一头连接工业总线（can总线），另一头通过串口（232接口）与局域网上某一台智能控制系统主机或者某一台管理系统主机相连（tcp/ip）。在具体应用时，边界交换网关的功能类似于互联网中交换机的功能。

在具体应用实例中，传感网络与控制网络均以模拟信号通信，所以前置节点网关的功能还包括a/d和d/a转换，接受传感信息时进行a/d转换，执行控制命令时进行d/a转换。

在具体应用实例中，互联网和/或局域网中包括了智能控制平台、管理平台、工作站、工艺检测平台中的一种或多种，上述智能控制平台、管理平台、工作站、工艺检测平台的数量根据实际控制的需要来进行设定。

在具体应用实例中，本发明通过重新定义大米加工智能工厂工业互联网的网络传输速率、数据包结构、寻址机制而形成独有的通信协议。

a.传输速率：将边界交换网关以内网络传输速率定义为50kbps，并以此达到了这些目标：

（1）将每个节点与can总线的连接距离由60mm延长至2m，充分保证了对大米加工工厂各生产设备的有效连接；

（2）将can总线的传输距离由1000m延长至4km，充分满足大米加工智能工厂的覆盖面；

（3）将可连接节点数由120个增加至500个；

（4）将发送数据包时间间隔缩短至<1ms，有效保证了控制命令与传感信息在传输过程中不堵塞、不延时、不丢失，也有效保证了前端执行系统在命令发出1ms之内完成命令执行。

b.数据包结构：要保证控制与传感信号不延时、不丢失，不仅要定义合适的传输速率，还依赖合理的数据包结构。如图2所示，本发明将其定义为，包括：序列号、寻址、应答、标识头、命令、解析与内容、校验、can应答。

c：寻址机制：

控制中心需向某一节点发出命令时，执行以下步骤：

s1：控制中心向该节点所属的边界交换网关发送信息；

s2：边界交换网关向属下所有前置节点网关转发该信息；

s3：该边界交换网关属下的每一个前置节点网关都收到这一信息；

s4：每个前置节点网关对该信息所含数据包中的寻址信息进行过滤，通过寻址信息比对，与本前置节点网关地址不符，则过滤掉；与本前置节点网关地址相符，则对数据包内容进行解析；

s5：收到信息的前置节点网关向中心反馈一条信息。

s6：寻址全过程完成。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。