基于工业互联网的工业过程控制系统的制作方法

本发明涉及通信
技术领域：
，尤其涉及基于工业互联网的工业过程控制系统。
背景技术：
：在工业控制领域，随着以太网通信技术的发展，其逐渐取代传统的工业现场总线技术，来传输工业控制数据。传统工业控制中多采用总线传输技术(例如PROFIBUS(ProcessFieldBus，过程现场总线)、Modbus(Modbusprotocol，Modbus通讯协议)、can(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)等)传输数据。而总线传输技术多采用两线制网络结构，而以太网通常使用5类双绞线传输数据。为了通过CSMA/CD技术传输数据，必然需要将两线制网络结构改造成满足以太网网络结构的5类双绞线，这一改造即耗时、又费力。故此，需要一种新的基于工业互联网的工业过程控制系统，能够实现不将两线制网络改造成5类双绞线。技术实现要素：本发明实施例提供了基于工业互联网的工业过程控制系统。用以解决目前存在的若支持以太网技术必须将工业总线改造成5类双绞线的问题。本发明实施例提供了一种基于工业互联网的工业过程控制系统，包括：第一以太网转换器，用于将5类双绞线传来的标准以太网信号转换为以太网帧信号；数模转换部件，用于将以太网帧信号经过数模转换部件转换为电力传输的数字格式信号；处理部件，用于将数字格式信号进行整流滤波放大，得到符合宽带电力线规范后的信号；二线线缆，用于传输符合宽带电力线规范的信号给连接的至少一个工业装置。进一步地，所述系统还包括：电力线耦合电路，用于将二线线缆上的低压高频的可编程逻辑控制器波形传给可编程逻辑控制器模拟前端；可编程逻辑控制器模拟前端，用于将接收到的信号通过带通滤波器滤掉PLC以外的信号后传给放大滤波器；放大滤波器，用于对信号进行放大、滤波后传给ADC；数模转换器，用于将接收的信号转换为数字信号并传给第二以太网转换器；第二以太网转换器，用于将接收的信号转换为以太网帧信号，并将以太网帧信号转换为适合5类双绞线传输的标准以太网信号。进一步地，所述二线线缆包括以下中的至少一种：适用于Profibus的二线线缆、适用于CAN的二线线缆、适用于Modbus的二线线缆、RS485总线、适用于HART的二线线缆、适用于FSK(Frequency-shiftkeying，频移键控)的二线线缆、适用于FF(FieldbusFoundation，基金会现场总线)的二线线缆。进一步地，所述系统还包括：第一处理器，与所述二线线缆连接，用于接收第二处理器发送的时间片获取请求，所述时间片获取请求中包括待传输数据的数据量；根据所述待传输数据的数据量以及未分配的时间片，为所述待传输数据分配时间片，获得时间片分配信息；将所述时间片分配信息发送给所述第二处理器，以使所述第二处理器根据所述时间片分配信息，发送所述待传输数据；第二处理器，与所述二线线缆连接，用于发送生成的时间片获取请求给第一处理器；所述时间片获取请求中包括待传输数据的数据量；接收第一处理器发送的时间片分配信息；根据所述时间片分配信息，发送所述待传输数据。进一步地，所述第一处理器和第二处理器，具体包括：正交频分复用单元，用于采用正交频分复用技术发送待传输数据到所述二线线缆。进一步地，所述第一处理器，还包括：类型标识确定单元，用于获取待处理配置信息后，根据预置的配置信息与类型标识的对应关系，确定所述待处理配置信息对应的类型标识，所述类型标识用于表示第二处理器的设备类型；查找单元，用于从预置的三维对应关系中查找与确定的类型标识对应的IP地址和MAC地址；配置信息处理单元，用于生成以查找到的MAC地址为目的MAC地址、以查找到的IP地址为目的IP，且携带所述待处理配置信息的报文，并将所述报文发送给与确定的类型标识对应的第二处理器，以使所述第二处理器根据所述配置信息执行相应配置操作。进一步地，所述第一处理器还包括：三维对应关系生成单元，用于根据以下方法生成所述三维对应关系：接收第二处理器发送的IP地址获取请求；所述IP地址获取请求中包括所述第二处理器的MAC地址以及类型标识；为所述第二处理器分配IP地址，并生成所述类型标识、所述MAC地址以及分配的所述IP地址之间的三维对应关系。进一步地，所述第二处理器还包括：配置信息接收单元，用于接收第一处理器发送的携带待处理配置信息的报文，所述报文中包括目的MAC地址以及目的IP地址；配置单元，用于确定所述目的MAC地址与自身的MAC地址相同，且所述IP地址与自身的IP地址相同时，根据所述待处理配置信息执行相应配置操作。进一步地，所述第一处理器还包括：主节点接收单元，用于接收数据传输设备发送的数据；主节点检测单元，用于检测所述数据中是否含有预置数据特征库中的至少一条特征；主节点第一处理单元，用于若检测部件的检测结果为是，则确认所述数据为合法数据；主节点第二处理单元，用于若检测部件的检测结果为否，则发出报警信息。进一步地，所述第二处理器还包括：从节点接收单元，用于接收数据传输设备发送的数据；从节点检测单元，用于检测所述数据中是否含有预置数据特征库中的至少一条特征；从节点第一处理单元，用于若检测部件的检测结果为是，则确认所述数据为合法数据；从节点第二处理单元，用于若检测部件的检测结果为否，则发出报警信息。本发明有益效果如下：本发明实施例中，通过第一以太网转换器将5类双绞线传来的标准以太网信号转换为以太网帧信号，并经过一系列处理得到符合宽带电力线规范的信号以便于在二线线缆中传输，这样，便实现了无需改造传统工业总线线缆，也能够支持以太网技术。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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所示为本发明实施例中所述基于工业互联网的工业过程控制系统的结构示意图之一；图2所示为本发明实施例中所述基于工业互联网的工业过程控制系统的结构示意图之二；图3所示为本发明实施例中所述基于工业互联网的工业过程控制系统的结构示意图之三；图4所示为本发明实施例中所述基于工业互联网的工业过程控制系统中的第一处理器的结构示意图；图5所示为本发明实施例中所述基于工业互联网的工业过程控制系统中的第二处理器的结构示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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做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。如图1所示，其为本发明实施例提供的所述基于工业互联网的工业过程控制系统的结构示意图之一，包括：第一以太网转换器101，用于将5类双绞线传来的标准以太网信号转换为以太网帧信号；数模转换部件102，用于将以太网帧信号经过数模转换为电力传输的数字格式信号；处理部件103，用于将数字格式信号进行整流滤波放大，得到符合宽带电力线规范后的信号；其中，在一个实施例中，宽带电力线规范例如homeplugAV。homeplugAV规范是一种连接到家庭的宽带接入技术，它利用现有交流配电网中、低压电力线路，传输和接入因特网的宽带数据。二线线缆104，用于传输符合宽带电力线规范的信号给连接的至少一个工业装置。其中，二线线缆104上连接有各个设备(包括控制设备和数据传输设备)，故此，二线线缆104可以将信号传输给其连接的至少一个设备。这样，本发明实施例中，通过第一以太网转换器将5类双绞线传来的标准以太网信号转换为以太网帧信号，并经过一系列处理得到符合宽带电力线规范的信号以便于在二线线缆中传输，这样，便实现了无需改造传统工业第一处理器总线线缆，也能够支持以太网技术。图1所示的两线制数据传输网络的结构用于将信号发送给下连的设备，如图2所示，为该两线制数据传输网络的结构示意图之二，该结构用于接收下连设备发送的信号，具体的包括：电力线耦合电路105，用于将二线线缆上的低压高频的可编程逻辑控制器波形传给可编程逻辑控制器模拟前端106；可编程逻辑控制器模拟前端106，用于将接收到的信号通过带通滤波器滤掉PLC以外的信号后传给放大滤波器；放大滤波器107，用于对信号进行放大、滤波后传给ADC；数模转换器108，用于将接收的信号转换为数字信号并传给以第二太网转换器；第二以太网转换器109，用于将接收的信号转换为以太网帧信号，并将以太网帧信号转换为适合5类双绞线传输的标准以太网信号。进一步地，所述二线线缆包括以下中的至少一种：适用于Profibus的二线线缆、适用于CAN的二线线缆、适用于Modbus的二线线缆、485总线、适用于HART的二线线缆、适用于FSK的二线线缆、适用于FF的二线线缆。这样，通过一系列处理将PLC波形转换为适合5类双绞线传来的标准以太网信号实现能够支持两线线缆信号通过5类双绞线传输，使得本发明实施例中的工业控制系统能够主动的和适合5类双绞线的外网交换，这样，便实现了无需改造传统工业总线线缆，也能够支持与外网交互的以太网技术。其中，在一个实施例中，现有的工业控制领域中由于采用CSMA/CD技术，使得任一节点发送数据时必须进行冲突检测，若检测到冲突便不能发送数据，需要继续等待一段时间，而这段等待的时间的时长是不确定的，所以导致CSMA/CD技术存在发送数据的发送时间不确定性。尤其在网络负担较重时，这种不确定性，难以适用于工业控制中对数据传输的发送时间确定性的要求。本发明实施例中，在本系统中，为了保证发送的数据的时间确定性，如图3所示，所述系统还包括：第一处理器110，与所述二线线缆连接，用于接收第二处理器发送的时间片获取请求，所述时间片获取请求中包括待传输数据的数据量；根据所述待传输数据的数据量以及未分配的时间片，为所述待传输数据分配时间片，获得时间片分配信息；将所述时间片分配信息发送给所述第二处理器，以使所述第二处理器根据所述时间片分配信息，发送所述待传输数据；其中，在一个实施例中，一个时间片能够传输的数量有限，根据待传输数据的数据量可以确定分配多少时间片。故此，时间片分配信息中可以包括分配的各时间片的时间片标识，用于第二处理器确定自身占用哪些时间片。第二处理器111，与所述二线线缆连接，用于发送生成的时间片获取请求给第一处理器；所述时间片获取请求中包括待传输数据的数据量；接收第一处理器发送的时间片分配信息；根据所述时间片分配信息，发送所述待传输数据。这样，第一处理器根据第二处理器的时间片获取请求，为第二处理器分配时间片，以使第二处理器能够据为自身分配的时间片发送待传输数据。这样，第二处理器根据时间片传输数据，也能够保证数据传输的时间确定性。其中，在一个实施例中，为了实现重要的待传输数据优先传输，所述时间片获取请求中还包括所述待传输数据的数据标识，以使所述第一处理器根据该数据标识确定所述待传输数据的传输等级。通过重要的待传输数据对应的传输等级也比较高，传输等级高的数据优先分配时间片，从而实现重要的数据优先发送。故此，如图4所示，所述第一处理器可具体包括优先级确定单元401，用于根据预存的数据标识与传输优先级的对应关系，确定所述待传输数据标识对应的传输优先级；其中，在一个实施例中，数据标识可以是表示业务类型的标识，例如，数据标识用来区分压力传感器数据、温度传感器数据等。如表1所示为数据标识与对应的优先级的示例，当然，需要说明的是表1仅用来说明本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。表1数据标识优先级说明1高压力传感器2低设备日志时间片分配单元402，用于根据确定的传输优先级、所述待传输数据的数据量以及未分配的时间片，为所述待传输数据分配时间片，获得时间片分配信息。其中，在一个实施例中，工业控制数据中包括实时性数据和非实时性数据，其中，实时性数据是有传输时间确定性需求的数据，而非实时性数据为无传输时间确定性需求的数据。为了能够有效的利用处理资源，将实时性数据优先传输，本发明实施例中，第二处理器可具体包括以下单元用于生成所述时间片获取请求，如图5所示：时间片获取请求生成单元501，用于获得待传输数据之后，根据所述待传输数据的数据标识，确定所述待传输数据是否是有时间确定性需求的数据；若是，则生成所述时间片获取请求。这样，根据数据标识可以确定哪些数据需要生成时间片获取请求，对于这类数据，通过发送时间片获取请求给第一处理器以获取时间片，可以保证该类数据的传输时间是确定的。而对于非实时性数据，无需生成并发送时间片获取请求，故而可以节约第二处理器即第一处理器的处理资源。其中，在一个实施例中，为了便于第二处理器根据分配的时间片发送数据，保证数据传输的时间确定性，如图5所示，第二处理器可具体包括：检测单元502，用于针对所述时间片分配信息中的每个时间片，检测是否到达该时间片的触发时间；发送单元503，用于若检测单元502的检测结果为是，则在该时间片发送所述待传输数据。其中，在一个实施例中，若检测单元502判断结果为否，则可以继续检测，直到判断结果为是时触发发送部件执行操作。其中，在一个实施例中，针对每个第二处理器，该第二处理器不可能占用所有的时间片(例如在1个小时内，可能仅有部分时间的时间片是分配给该节点的)。故此，为了提高第二处理器的工作效率，在分配的时间片之间的时间间隔中也能发送非实时性数据，本发明实施例中，第二处理器还可以包括：集合处理单元504，用于将所述时间片分配信息添加到时间片分配信息集合中；检测单元505，用于监测当前时间是否包含在所述时间片分配信息集合中的时间片中；传输空闲时间判断单元506，用于若检测部件的判断结果为否，则判断自身是否处于传输空闲时间；其中，所谓传输空闲时间，是指该时间没有预先确定要传输哪个数据。也即，该时间没有时间确定性要求的数据需要传输。其中，在一个实施例中个，判断自身是否处于传输空闲时间可以根据现有技术确定，本发明实施例对此不做赘述。非实时性数据发送单元507，用于若处于传输空闲时间，则采用CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，带冲突检测的载波监听多路访问技术)传输非实时性数据。这样，本发明实施例中，第二处理器在传输空闲时间采用CSMA/CD传输非实时性数据(即无传输时间确定性需求的数据)，在有时间片时传输实时性数据，实现合理安排各种数据的传输策略，提高数据传输的效率。其中，在一个实施例中，工业过程控制中还可能由于突发事件产生的数据，有些突发事件的数据需要及时传输，为此，本发明实施例中，第二处理器还可以包括：突发事件确定单元508，用于获得待传输数据之后，根据所述待传输数据的数据标识，确定所述待传输数据是否是预置突发事件的数据；突发事件数据发送单元509，用于若是预置突发事件的数据，则开始传输所述预置突发事件的数据。这样，本发明实施例中在遇到预置突发事件的数据时，无论当前时间对应的时间片是否有待传输的数据，都优先发送预置突发事件的数据，能够保证重要的突发事件的数据优先传输，保证工业过程第一处理器顺利进行。其中，在一个实施例中，若不是预置突发事件的数据，则可以触发时间片获取请求生成部件501执行根据所述待传输数据的数据标识，确定所述待传输数据是否是有时间确定性需求的数据；若是，则生成所述时间片获取请求的操作。其中，在一个实施例中，如图3所示，所述第一处理器和第二处理器，具体包括：正交频分复用单元112，用于采用正交频分复用技术发送待传输数据到所述二线线缆。其中，在一个实施例中，为了便于第一处理器对第二处理器进行信息配置的，本发明实施例中，如图4所示，所述第一处理器，还包括：类型标识确定单元403，用于获取待处理配置信息后，根据预置的配置信息与类型标识的对应关系，确定所述待处理配置信息对应的类型标识，所述类型标识用于表示第二处理器的设备类型；查找单元404，用于从预置的三维对应关系中查找与确定的类型标识对应的IP地址和MAC地址；配置信息处理单元405，用于生成以查找到的MAC地址为目的MAC地址、以查找到的IP地址为目的IP，且携带所述待处理配置信息的报文，并将所述报文发送给与确定的类型标识对应的第二处理器，以使所述第二处理器根据所述配置信息执行相应配置操作。其中，在一个实施例中，设备类型例如是温度传感器、压力传感器、流量传感器等工业过程控制中可以用来进行配置的终端均适用于本发明实施例。其中，在一个实施例中，预置的配置信息与类型标识的对应关系可以如表2所示，当然，表2仅用来说明本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。表2配置信息类型标识说明*****1-1压力传感器1*****1-2压力传感器2*****2温度传感器当然，具体实施时，配置信息中可以携带类型标识，那么配置信息与类型标识的对应关系，包含在配置信息中，也适用于本发明实施例。其中，三维对应关系指类型标识、MAC地址以及IP地址三者之间的三维对应关系。其中，在一个实施例中三维对应关系，可以是手动建立的，例如手动为每个受控终端配置IP地址后，建立三维对应关系。其中，在一个实施例中，为了相对于手动分配IP地址，能够提高分配IP地址的效率，并实现自动建立三维对应关系，本发明实施例中，如图4所示，第一处理器还包括：三维对应关系生成单元406，用于根据以下方法生成所述三维对应关系：接收第二处理器发送的IP地址获取请求；所述IP地址获取请求中包括所述第二处理器的MAC地址以及类型标识。为所述第二处理器分配IP地址，并生成所述类型标识、所述MAC地址以及分配的所述IP地址之间的三维对应关系。其中，在一个实施例中，步骤A1中所述接收第二处理器发送的IP地址获取请求，具体包括：接收第二处理器根据动态主机配置协议发送的IP地址获取请求。其中，在一个实施例中，第一处理器可以根据动态主机配置协议，为所述第二处理器分配IP地址。其中，在一个实施例中，对应地，为了便于第二处理器根据第一处理器发送配置信息进行配置，如图5所示，所述第二处理器还包括：配置信息接收单元510，用于接收第一处理器发送的携带待处理配置信息的报文，所述报文中包括目的MAC地址以及目的IP地址；配置单元511，用于确定所述目的MAC地址与自身的MAC地址相同，且所述IP地址与自身的IP地址相同时，根据所述待处理配置信息执行相应配置操作。其中，在一个实施例中，为了便于第一处理器建立三维对应关系，本发明实施例中第二处理器还可以发送IP地址获取请求给所述第一处理器；所述IP地址获取请求中包括所述第二处理器的MAC地址以及类型标识；以使所述第二处理器分配IP地址并生成所述类型标识、所述MAC地址以及分配的所述IP地址之间的三维对应关系。其中，在一个实施例中，现有技术中，为了保证传输的数据安全，通常是通过将传输的数据进行加密后传输，这能够保证数据在传输过程中不被篡改，但加密的原始数据是否安全没有保证。例如，现在的传感器(例如压力传感器、温度传感器)越来越智能化，采集的数据有可能被加密之前被传感器篡改(例如被传感器中的恶意程序篡改，传感器异常将数据篡改等)。故此，本发明实施例中为了进一步提高传输数据的安全性，如图4所示，所述第一处理器还包括：主节点接收单元407，用于接收数据传输设备发送的数据；主节点检测单元408，用于检测所述数据中是否含有预置数据特征库中的至少一条特征；主节点第一处理单元409，用于若检测部件的检测结果为是，则确认所述数据为合法数据；主节点第二处理单元410，用于若检测部件的检测结果为否，则发出报警信息。其中，在一个实施例中，第一处理器若确认所述数据为合法数据，则可以对所述主机进行后续处理，例如，若该数据需要传输给下一设备，则将该数据发送出去。若需要根据该数据对自身进行控制，则根据该数据进行相应操作。其中，在一个实施例中，报警信息中可包括该数据的来源，以便于工作人员根据该报警信息进行相应处理。其中，在一个实施例中，如图4所示，第一处理器还可以包括：主节点预置数据特征库建立单元411，用于根据以下方法建立所述预置数据特征库：从数据传输设备中采集用于建立预置数据特征库的至少一条样本数据，形成样本数据集合；；根据样本数据集合，获取以下数据特征信息中的至少一种：数据传输设备发送数据时的数据持续时间分布特征、数据传输设备发送数据的数据量分布特征、数据传输设备发送数据的发送时间分布特征、指定数据的数值范围特征、数据传输设备标识、网络协议信息、所述数据对应的业务类型等；根据获取的数据特征信息，生成所述预置数据特征库。例如，若数据传输设备包括压力传感器、温度传感器、和流量传感器，则从这些数据传输设备中采集相应数据作为样本数据，形成样本数据集合。为便于理解，这里举例对上述各数据特征信息进行说明：(1)、数据传输设备发送数据时的数据持续时间分布特征：例如，有些数据传输设备根据业务类型不同，每次发送数据时，持续发送的时间不同，例如数据传输设备A每次发送数据持续时间1分钟，而数据传输设备B每次发送数据持续时间30秒。(2)、数据传输设备发送数据的数据量分布特征：例如，数据传输设备A发送数据T1、数据T2，数据T1的数据量为T1’，数据T2的数据量为T2’。则数据传输设备A数据量分布特征为T1’和T2’。较佳的，该分布特征还可以包括时间段，例如时间段1发送数据T1，则时间段1对应的数据量为T1’，同理，时间段1发送数据T2，则时间段2对应的数据量为T2’。(3)、数据传输设备发送数据的发送时间分布特征例如，数据传输设备A，通常在时间TIME1、TIME2、TIME3、TIME4时发送数据。那么接收到数据传输设备A在TIME5发送的数据就为异常数据。(4)、指定数据的数值范围特征：例如，压力传感器检测到的数值通常在一定数值范围内，则对于压力传感器的数据，其数据特征应该为该数值范围。当然，更精细划分，不同压力传感器的数值范围可以不同。(5)、数据传输设备标识：该数据传输设备标识是能够唯一标识该设备的标识，例如MAC(MediaAccessControl，物理地址)地址、IP(InternetProtocol，网络之间互连的协议)地址等。(6)、网络协议信息：例如，UDP(UserDatagramProtocol,用户数据报协议)，TCP(TransmissionControlProtocol，传输控制协议)等网络协议。(7)、所述数据对应的业务类型：该业务类型例如是流量检测、温度检测、速度检测、压力检测等。具体实施时，用户可以根据实际需要定义业务类型，均适用于本发明实施例，本发明实施例对此不做限定。其中，在一个实施例中，如图5所示，为便于第二处理器对接收到的数据进行特征检测，保障数据安全，所述第二处理器还包括：从节点接收单元512，用于接收数据传输设备发送的数据；从节点检测单元513，用于检测所述数据中是否含有预置数据特征库中的至少一条特征；从节点第一处理单元514，用于若检测部件的检测结果为是，则确认所述数据为合法数据；从节点第二处理单元515，用于若检测部件的检测结果为否，则发出报警信息。其中，在一个实施例中，第二处理器也可以建立预置数据特征库，其执行的方法和第一处理器相同，在此不再赘述。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页1 2 3