基于工业物联网的云端数据采集与控制系统及方法与流程

本发明属于云端数据采集，更具体地，涉及一种基于工业物联网的云端数据采集与控制系统及方法。

背景技术：

1、随着物联网技术的快速发展，工业物联网应运而生，成为工业体系智能化变革的重要推手。工业物联网主要应用于设计、生产、管理和服务等全生命周期的各个环节，是新兴产业的重要组成部分。

2、工业物联网的应用离不开工业通信协议，工业现场设备通常采用modbus协议来采集数据，modbus是一种串行通信协议，是通用的通信标准之一，可以实现设备间的数据交换和控制命令发送，使得各设备之间能都相互协调工作。modbus协议为主从通信方式的半双工数据传输协议，将所有节点中其中一个为主站节点，其余为从站节点，每次通讯都是由主站先发送指令，从站响应指令，不能同步通信，且从站的响应受限于主站指令的下发顺序，数据采集效率较低。

3、现有的modbus设备上云的主要方案为：给现场设备加装边缘计算网关，配置设备参数信息，由边缘网关定时轮询，读取设备的寄存器数值，解析后转换成mqtt协议或自定义数据格式上报至物联网云平台。在接收到物联网云平台的控制信号后，由边缘网关转换成modbus指令发送给设备实现操控，并将设备对控制信号的响应结果解析转换后上报至云平台。

4、现有方案的缺点在于：设备信息及数据采集配置存储于边缘网关，扩展参数和调整周期不便；若网关无远程配置功能，则需专业技术人员前往现场配置，耗费人力资源；若网关有远程配置功能，当需要批量更新同一型号的若干设备时，需逐台下发配置，设备数量越多更新越慢；边缘网关下挂设备更换时亦需重新配置，通用性不佳。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有的工业物联网中采用modbus协议时主机和从机之间的通信受限于指令下发顺序，无法实现同步通信，数据采集效率较低；现有的modbus设备上云需要将设备信息及数据采集配置存储于边缘网关，不便于扩展参数和调整周期的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种基于工业物联网的云端数据采集与控制系统及方法。

3、根据本发明的第一方面，提供一种基于工业物联网的云端数据采集与控制系统，应用于目标设备，该系统包括：

4、数据传输模块：配置于所述目标设备上，用于连接所述目标设备和云端服务器以实现所述目标设备与所述云端服务器之间的双向数据传输；

5、指令轮询模块，用于获取目标设备的目标模型信息，以得到轮询指令集以及所述轮询指令集中的每条轮询指令对应的轮询周期、设备参数及关联的触发配置，遍历所述轮询指令集，根据冒泡规则下发对应的轮询指令以得到轮询指令队列；

6、远程控制模块，用于获取远程操控指令以生成远程操控指令队列，遍历对应于所述远程操控指令的目标设备，启动子进程异步处理所述远程操控指令；

7、响应匹配模块，用于响应于所述目标设备的应答报文，根据所述应答报文类型，遍历对应于所述应答报文类型的目标指令队列以匹配目标指令，并计算匹配延时；

8、数据解析模块，用于根据所述目标模型信息，解析所述应答报文以得到对应的关联设备参数的实时值，判断所述关联设备参数的实时值是否满足于所述关联设备参数相关联的触发配置的触发条件，若是，则执行相应触发配置的任务。

9、作为可选的是，所述冒泡规则包括：

10、根据预设的指令阻塞周期，判断当前轮询指令是否处于指令阻塞的状态，若是，则等待在所述当前轮询指令距最近下发时刻的时间间距超过所述指令阻塞周期时，解除该轮询指令的指令阻塞状态；

11、根据所述当前轮询指令对应的轮询周期，判断当前轮询指令是否处于周期阻塞中，若是，则等待在所述当前轮询指令距最近下发时刻的时间间距超过所述轮询周期时，解除该轮询指令的周期阻塞状态；

12、对于既不处于指令阻塞状态又不处于周期阻塞状态的轮询指令，筛选得到距最近下发时刻时间间距最长的目标轮询指令作为冒泡结果下发至目标设备。

13、作为可选的是，所述指令轮询模块还包括：

14、数据采集频率调整单元，用于根据预定的采集频率调整信号，动态调整所述目标设备的数据采集频率。

15、作为可选的是，所述远程操控指令包括：定时任务指令、即时任务指令以及联动触发任务指令；

16、对于所述定时任务指令，将处于执行周期内的所述定时任务指令推送至所述远程操控指令队列。

17、作为可选的是，所述遍历对应于所述远程操控指令的目标设备，启动子进程异步处理所述远程操控指令包括：

18、子进程逐个下发所述远程操控指令至对应的目标设备；

19、监听每个所述远程操控指令的操控结果，若当前远程操控指令匹配成功，则继续下发下一条指令；若匹配失败，则进行失败重试直至达到预设的失败重试次数上限，并将所述操控结果发送至关联模块及客户端。

20、作为可选的是，所述应答报文类型包括轮询应答和操控应答，所述遍历对应于所述应答报文类型的目标指令队列以匹配目标指令包括：

21、遍历对应于所述应答类型的所述轮询指令队列或所述远程操控指令队列，

22、筛选满足从机地址、功能码及数据长度均与所述应答报文相匹配的轮询指令和/或远程操控指令作为匹配结果。

23、作为可选的是，所述根据所述目标模型信息，解析所述应答报文以得到对应的关联设备参数的实时值，包括：

24、对于轮询应答报文，获取其数据区中各个地址位的内存值；

25、获取对应于所述轮询应答报文的轮询指令的关联设备参数，遍历所述关联设备参数，根据所述关联设备参数配置的地址位和数据类型，获取所述轮询应答报文中对应于所述关联设备参数配置的内存值，并计算得到所述关联设备参数的原始值，根据预设的参数格式转换配置，将所述关联设备参数的原始值转换为所述关联设备参数的实时值。

26、作为可选的是，该系统还包括：

27、数据存储模块：用于对所述数据解析模块的解析结果进行动态存储。

28、作为可选的是，该系统还包括：

29、异常监控模块：用于监控系统及所述目标设备的异常状态，并进行处理。

30、根据本发明的第二方面，提供了一种基于工业物联网的云端数据采集与控制方法，应用于目标设备，该方法包括以下步骤：

31、获取目标设备的目标模型信息，以得到轮询指令集以及所述轮询指令集中的每条轮询指令对应的轮询周期、设备参数及关联的触发配置，遍历所述轮询指令集，根据冒泡规则下发对应的轮询指令以得到轮询指令队列；

32、获取远程操控指令以生成远程操控指令队列，遍历对应于所述远程操控指令的目标设备，启动子进程异步处理所述远程操控指令；

33、响应于所述目标设备的应答报文，根据所述应答报文类型，遍历对应于所述应答报文类型的目标指令队列以匹配目标指令，并计算匹配延时；

34、根据所述目标模型信息，解析所述应答报文以得到对应的关联设备参数的实时值，判断所述关联设备参数的实时值是否满足于所述关联设备参数相关联的触发配置的触发条件，若是，则执行相应触发配置的任务。

35、本发明的有益效果在于：

36、本发明的基于工业物联网的云端数据采集与控制系统，包括数据传输模块、指令轮询模块、远程控制模块、响应匹配模块和数据解析模块；

37、指令轮询模块连续下发多条轮询指令并生成轮询指令队列，响应匹配模块将目标设备的轮询应答报文与轮询指令队列中相对应的轮询指令相匹配，通过指令轮询模块与响应匹配模块相配合实现目标设备的应答与云端服务器下发指令间的精确匹配，与现有的modbus协议的通信方式相比，下发指令与设备应答之间的匹配不受限于指令的下发顺序，可同步匹配多条指令，实现modbus半双工通信向全双工通信的升级，有效提高数据采集效率；

38、本发明的基于工业物联网的云端数据采集与控制系统，与现有的设备上云方式相比，无需将数据采集配置存储于设备的边缘网关，设备参数以及数据采集的轮询周期均可通过配置目标设备的目标模型信息快速扩展和调整，当需要更新同一型号的若干设备时，无需逐台下发配置，重新配置该型号设备的模型配置即可实现同步更新。

39、本发明的基于工业物联网的云端数据采集与控制方法与上述基于工业物联网的云端数据采集与控制系统属于一个总的发明构思，至少具有与上述基于工业物联网的云端数据采集与控制系统相同的有益效果，其有益效果在此不再赘述。

40、本发明的其他特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。