基于网关模拟工业现场的教学方法与流程

本发明涉及软件技术领域，具体地涉及一种基于网关模拟工业现场的教学方法。

背景技术：

随着工业互联网应用的广泛，中高职院校开设工业互联网专业也是大势所趋。以往中高职院校相关专业学生主要偏向于理论知识的学习，并且教学方式上各个模块知识相对较独立，同时学生缺乏对工业场景的整体感知。因此学生无法对所学习到的工业互联网知识的进行整体的应用。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是如何切实可行的模拟复杂设备的工作现场以及设备在该工作现场的工作状态，并通过互联网对上述工作现场和工作状态进行监控以及反向操作，进而更好的锻炼学生的理论及实操能力。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于网关模拟工业现场的教学方法，包括：

步骤一，用控制器、开关件、动力件、执行件来模拟工业设备；

步骤二，将物联模组与控制器通讯连接，获取控制器所获取到的数据；

步骤三，利用外接传感器模拟对工业环境数据采集，外接传感器与控制器连接或者直接与物联模组连接；

步骤四，物联模组将数据传输至云端，云端做数据解析；

步骤五，开发与云端连接的应用平台；应用平台用于显示从云端获取的数据，并可通过云端对设备进行控制。

在上述技术方案中，进一步的，还包括：步骤六，在应用平台对参数设置预警条件，当设备参数数值达到某阈值时，系统报警。

在上述技术方案中，进一步的，在步骤五中，开发与云端连接的应用平台包括pc端应用和app端应用。

在上述技术方案中，进一步的，在步骤四中，物联模组通过通讯模组将数据传输至云端；通讯模组包括：gprs、nb-iot以及lora模组。

在上述技术方案中，进一步的，所述动力件为空压机，所述执行件为气缸。

在上述技术方案中，进一步的，所述动力件为电机机，所述执行件为凸轮组。

在上述技术方案中，进一步的，所述外接传感器包括压力传感器、温度传感器以及智能电表。

在上述技术方案中，进一步的，还包括：利用磁性开关监测执行件动作，磁性开关将检测结果发送给控制器。

在上述技术方案中，进一步的，在步骤一中，还包括：利用与控制器连接的hmi显示执行件的状态。

在上述技术方案中，进一步的，所述控制器为plc或ic芯片；所述开关件为电磁阀。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例提供一种基于网关模拟工业现场的教学方法，通过控制器、开关件、动力件、执行件来模拟工业设备，通过外接传感器模拟对工业环境数据采集，并设置了物联模组、云端、应用平台，能够全面模拟工业互联网的应用场景，增加学生对工业场景的整体感知，有利于学生将学习到的工业互联网知识的进行整体的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本发明实施例的一种基于网关模拟工业现场的教学方法的流程示意图；

图2是基于网关模拟工业现场的教学方法搭建的教学系统。

附图标记：

11-应用平台；12-云端；13-物联模组；14-plc；15-温度传感器；16-压力传感器；17-智能电表；18-磁性开关；19-气缸；20-电磁阀；21-空压机；22-hmi。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通讯连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介的间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1是本发明实施例的一种基于网关模拟工业现场的教学方法的流程示意图；图2是基于网关模拟工业现场的教学方法搭建的教学系统。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的基于网关模拟工业现场的教学方法包括以下步骤：

s110，模拟工业设备。

利用plc14、hmi22、空压机21、电磁阀20、气缸19、以及磁性开关18模拟一台企业中正在运转的设备。其中，运行状态下动力件（空压机21）产生压缩气体并驱动执行件（气缸19）；plc14通过控制电磁阀20的开与关来控制气体的供应，以此来控制气缸19的运动--当电磁阀20处于开启状态，气缸19运动，此时该设备状态为“运行”，当电磁阀20处于关闭状态，气缸19停止运动，此该设备状态处于“停机”；同时通过磁性开关18反馈信执行设备的运动状况。plc14能够获取开关的状态以及执行设备的开关状态、执行机构的是否运行到位的结果。同时设备的运行状态通过tcp/ip协议展示在hmi22。

以上为本发明的一实施例，实际上plc14也可采用ic芯片或者其他控制器；电磁阀20也可为其他类型的电控开关，只要能实现开关件的作用即可；动力件和执行件也可采用其他形式，例如：动力件可选择电机、执行件为与电机的输出轴配合的凸轮遥感机构。

在此过程中，学员能够需要掌握安装接线、电气控制、plc编程、hmi编程等相关知识，该步骤主要提供工业互联网中设备层知识的应用实操。

s120，将物联模组13与控制器通讯连接。

物联模组13与控制器，即plc14，直接通过modbus协议进行通讯，获取plc14中的数据，包括设备开关状态以及运行参数。

s130，利用外接传感器模拟对工业环境数据采集。

外接传感器包括压力传感器16、温度传感器15、智能电表17等传感外设，模拟设备周边环境参数。

针对温度传感器15，需要在物联网关中写入模拟量采集以及温度计算相关的函数；针对压力传感器16，需要写入modbus参数采集以及解析函数。通过这一步能够获取环境参数：温度、压力、电流、电压、耗电量等。

针对不同类型的传感器，学员需要在物联模组13中写入相关的数据采集函数；在此过程中，学员能够感知工业通讯的采集。

s140，设置不同类型的通讯模组。

提供gprs、nb-iot、lora模组，针对不同模组，完成通讯组件的硬件驱动以及软件初始化；并将程序烧录到通讯模组内。

学员需要完善mqtt连接相关子函数、mqtt连接函数、设置mqtt订阅以及话题发布、解析接收到的mqtt数据、解析数据执行函数编写。在实际应用时，通过切换模组来实现对不同通讯方式的感知。

s150，物联模组13将数据传输至云端12，云端12做数据解析。

在此步骤中，学员需要完善mqtt连接相函数：mqtt连接函数、设置mqtt订阅以及话题发布、解析接收到的mqtt数据、解析数据执行函数编写，在此过程中学员能够感知物联网关与云端12通讯，模拟设备数据发送至云端12。

s160，开发pc端应用。

对云端12数据进行应用的开发，ide环境搭建，可视化界面设置，可视化界面功能实现、实时控制界面设计，实时控制界面功能实现。

此过程学员对pc应用的开发的知识得到了应用。

s170，开发app端应用。

具体包括：设置开发环境，启动项目，完善地址，获取mqtt数据，解析物联数据，物联数据app端数据展示，在android模拟器运行该项目，打包该项目，安装到手机进行实际应用。在本阶段，学员能够感知一个app应用开发的整个流程。

s180，利用应用平台11对设备进行监测和管理。

具体包括：登录应用平台11，参数完善、通讯协议编辑、app绑定设备选择设备、实现设备监测、设备控制（开关机、修改参数、控制执行）；在应用平台11对参数设置预警条件，当设备参数数值达到某阈值时，系统报警。以温度为例，设置当t≥60℃时，系统发送设备高温预警；在应用平台11对设备进行设备反向控制，app端操作，指令通过云端12下发到物联模块。物联模块通过控制器实现对设备进行反向控制。

应用平台11指pc端应用和app端应用。

本发明提供的基于网关模拟工业现场的教学方法，通过给学生提供教学套件，进行实操练习，让学生对工业场景有比较立体的认知。同时能够将所学到的专业课知识系统地进行应用。从而达到巩固理论知识、增强动手实操能力、整体应用工业互联网知识的目的。相关专业学生通过本方法，能够学习到最新的技术、开拓更广的视野与就业路线。

本发明实施例的一种基于网关模拟工业现场的教学方法，具有以下优点：

1.本发明提供的教学方法加强了学员对工业互联网实际应用场景的感知，使课程内容更加贴近实际应用；

2.本发明提供的教学方法通过搭建工业互联网平台的方式进行工业互联网知识为学生提供一种理论加实操的教学方式；

3.本发明提供的教学方法打破了以往该领域相关专业之间知识的隔阂，学生在实训的过程中能够系统地应用到工业互联网所涉及领域的知识。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；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各实施例技术方案的范围。