專利名稱：一種智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控領(lǐng)域，尤其是涉及一種智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，其生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程的安全性及其相關(guān)配套技術(shù)的要求也越來(lái)越高。工業(yè)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)是保證設(shè)備安全生產(chǎn)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一，特別是在設(shè)備種類繁多、標(biāo)準(zhǔn)不一、臺(tái)套數(shù)量較大的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，建立分布式網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)就成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)與熱點(diǎn)研究方向。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的客戶機(jī)/服務(wù)器(Client/Server，CS)架構(gòu)的，由于實(shí)互聯(lián)網(wǎng)地址的限制與資源耗盡問(wèn)題，它不能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的變化而引起的各種服務(wù)配置問(wèn)題提供足夠的動(dòng)態(tài)支持與管理。在此類技術(shù)條件下，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)一旦發(fā)生變化，將會(huì)帶來(lái)大量的、繁瑣的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置任務(wù)。此外，由于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)(Enterprise Intranet Gateway, EIG)的限制與屏蔽，CS架構(gòu)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)難于穿越EIG的限制， 從而不能對(duì)目標(biāo)設(shè)備實(shí)現(xiàn)真正的遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。鑒于上述原因，開(kāi)發(fā)一種實(shí)時(shí)性、易用性好，具備廣泛通用性與自適應(yīng)能力的智能化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服CS構(gòu)架工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的不能動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)構(gòu)變化、實(shí)時(shí)性較差、通用性和自適應(yīng)能力較差的不足，本發(fā)明提供一種能夠動(dòng)態(tài)響應(yīng)工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變化、實(shí)時(shí)性良好、通用性和自適應(yīng)能力較高的智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，所述系統(tǒng)利用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)， 引入通用即插即用技術(shù)組建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)錁?gòu)架，利用層次分析法確定監(jiān)控系統(tǒng)上下文層次結(jié)構(gòu)、功能模塊劃分與數(shù)據(jù)依賴關(guān)系；利用通用即插即用系統(tǒng)功能服務(wù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制與智能管理；所述的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)包括基于嵌入式中央處理器的目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)、用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)；所述目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)、用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)均包括以下模塊①設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊，用以面向設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與狀態(tài)采集子模塊，完成對(duì)監(jiān)控目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀態(tài)的采集與預(yù)處理操作，并根據(jù)既定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議封裝為數(shù)據(jù)分組，并傳送至其它訂閱結(jié)點(diǎn)；②用戶監(jiān)控管理模塊，用以面向用戶監(jiān)控管理結(jié)點(diǎn)的顯控人機(jī)接口子模塊，提供友好、易用的人機(jī)會(huì)話接口，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的在線/離線顯示、設(shè)備狀態(tài)調(diào)控、監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)以及其它與過(guò)程監(jiān)控相關(guān)的控制信息的交互功能；
③數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)模塊，用以面向數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢子模塊，根據(jù)用戶所提供的查詢條件，通過(guò)嵌入式結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言得到用戶所需的數(shù)據(jù)標(biāo)的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)離線數(shù)據(jù)的歷史回放、深度分析功能；所述的系統(tǒng)上下文層次結(jié)構(gòu)為組成系統(tǒng)的各技術(shù)規(guī)程的順序排列結(jié)構(gòu)，并利用層次分析法定義任一規(guī)程與相鄰規(guī)程的數(shù)據(jù)服務(wù)關(guān)系與接口；所述的通用即插即用系統(tǒng)功能服務(wù)采用基于進(jìn)程間通信方法的系統(tǒng)服務(wù)函數(shù)調(diào)用機(jī)制與系統(tǒng)行為事件訂閱機(jī)制。進(jìn)一步，所述的智能工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)錁?gòu)架由工業(yè)生產(chǎn)車間部分、企業(yè)監(jiān)控中心部分以及連接兩者之間的高速工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)三個(gè)物理實(shí)體部分組成；所述的工業(yè)生產(chǎn)車間部分是由面向目標(biāo)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)所組成的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)子網(wǎng)絡(luò)，所述的目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)實(shí)體為基于單個(gè)嵌入式中央處理器結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；該子系統(tǒng)可支持通用即插即用服務(wù)通信協(xié)議，使設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控分離，完成對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)某個(gè)物理參數(shù)的大批量、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理計(jì)算任務(wù)；所述的企業(yè)監(jiān)控中心部分包括用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)；所述的用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)實(shí)體為基于雙重嵌入式中央處理器的設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)，其中第一重處理器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的緩沖、收集與分發(fā)任務(wù)，第二重處理器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算、顯示與控制指令下達(dá)任務(wù)；該子系統(tǒng)可支持通用即插即用服務(wù)通信協(xié)議，并通過(guò)通用即插即用系統(tǒng)通信接口實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制與管理，并根據(jù)用戶需求選擇相應(yīng)的目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)診斷以及其它在線監(jiān)控功能會(huì)話服務(wù)；所述的數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)是存儲(chǔ)海量歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主題數(shù)據(jù)庫(kù)， 通過(guò)目標(biāo)設(shè)備檔案中的相關(guān)技術(shù)參數(shù)信息，可以進(jìn)行文件管理、按需查詢、歷史數(shù)據(jù)回放、 不同時(shí)段自比較分析、不同設(shè)備互比較分析以及監(jiān)控報(bào)告打印等離線事物處理；所述的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)部分為基于Modbus-IDA的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，負(fù)責(zé)工業(yè)生產(chǎn)車間、 企業(yè)監(jiān)控中心以及各移動(dòng)監(jiān)控終端的連接與通信；通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，基于通用即插即用的監(jiān)控系統(tǒng)可以即時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)入該網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備，如車間新增設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)、移動(dòng)用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)等，并可立即為其分配合法身份，獲取網(wǎng)絡(luò)資源的使用權(quán)限。再進(jìn)一步，所述的系統(tǒng)上下文層次結(jié)構(gòu)中，利用層次分析法對(duì)智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)功能構(gòu)架進(jìn)行目標(biāo)分解，將其分為三個(gè)功能層次系統(tǒng)支撐層、網(wǎng)絡(luò)中間件層、應(yīng)用接口層；所述的三個(gè)功能層次與所述三個(gè)物理實(shí)體部分相互穿插，形成矩陣式功能管理結(jié)構(gòu)， 可有效提高監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息傳遞效率與行為穩(wěn)定性。所述的網(wǎng)絡(luò)中間件層實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)支撐層異構(gòu)體的屏蔽，為應(yīng)用接口層提供標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)路徑，完成系統(tǒng)運(yùn)行所需的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、控制信息的上傳與下達(dá)，為工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信與控制信息轉(zhuǎn)達(dá)中樞；所述的系統(tǒng)支撐層異構(gòu)體為因不同監(jiān)控儀器專用性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不一而造成的協(xié)議壁壘；所述的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)路徑是網(wǎng)絡(luò)中間件層在系統(tǒng)支撐層的支持下，為應(yīng)用接口層提供了面向用戶的統(tǒng)一服務(wù)方法入口，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、控制信息的交互與轉(zhuǎn)達(dá)通過(guò)服務(wù)調(diào)用的方式來(lái)觸發(fā)；應(yīng)用接口層喚醒調(diào)用通用即插即用封裝的服務(wù)動(dòng)作接口，提供相應(yīng)的操作命令參數(shù)序列，就可以方便安全地得到相應(yīng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)返回結(jié)果，或者實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的關(guān)于目標(biāo)設(shè)備的狀態(tài)調(diào)控。
所述的系統(tǒng)支撐層包括支撐工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的底層硬件、操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)協(xié)議，由物理網(wǎng)絡(luò)與硬件接口、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)通信協(xié)議三個(gè)子層組成。所述的物理網(wǎng)絡(luò)與硬件接口子層是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信所涉及的硬件接口，包括普通以太網(wǎng)接口 RJ45、工業(yè)總線接口 RS485、工業(yè)以太網(wǎng)接口 Modbus-IDA、通用串行接口、智能以太保護(hù)接口 SEP和高速光纖模塊接口 SFP ；所述的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)化改造的RT-Iinux操作系統(tǒng)；所述的基礎(chǔ)協(xié)議為基于傳輸控制/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議；所述的應(yīng)用接口層直接面向具體用戶服務(wù)，提供嵌入式通用即插即用監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的若干應(yīng)用功能接口 ；所述的應(yīng)用功能接口包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控指令下達(dá)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示、設(shè)備狀態(tài)診斷、主題數(shù)據(jù)服務(wù)以及可支持中文的圖形化人機(jī)接口。更進(jìn)一步，所述的設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊、用戶監(jiān)控管理模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)模塊分別安裝在設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)、用戶監(jiān)控管理結(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)三個(gè)對(duì)應(yīng)結(jié)點(diǎn)中，通過(guò)它們各自所屬的網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊，利用雙重進(jìn)程間通信方法來(lái)傳遞它們分別負(fù)責(zé)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流及控制信息流；所述的網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊包括所述用戶監(jiān)控管理模塊的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊、 所述設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊的采集網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊、所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的模塊的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊。所述的雙重進(jìn)程間通信方法是指利用Linux共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)各軟件模塊主體的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸，利用套接字實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中間件系統(tǒng)功能構(gòu)調(diào)用，完成各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)間的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和控制信息的交互與傳輸。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1)可動(dòng)態(tài)響應(yīng)工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的自主管理。2)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控分析的功能分離，提高了系統(tǒng)資源利用率，節(jié)省了成本。3)基于通用即插即用中間件所提供的事件訂閱機(jī)制與系統(tǒng)通信接口，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的無(wú)縫鏈接與光滑出入。4)基于工業(yè)以太網(wǎng)的底層通信技術(shù)，可有效地彌補(bǔ)通用即插即用中間件在工業(yè)實(shí)時(shí)性方面的不足。


圖1是工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)錁?gòu)架；圖2是工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上下文層次結(jié)構(gòu)；圖3是工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能模組成與子模塊劃分。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖，下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參照?qǐng)D1 圖3，一種智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案為根據(jù)工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)基本功能需求，利用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)(Embedded System Technology，EST)構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)(Node)，引入通用即插即用網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)組建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)錁?gòu)架，在此基礎(chǔ)上利用層次分析法(Analytic Hierarchy Process, ΑΗΡ)確定監(jiān)控系統(tǒng)上下文(Context)層次結(jié)構(gòu)、功能模塊劃分與數(shù)據(jù)依賴關(guān)系；利用通用即插即用系統(tǒng)功能服務(wù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制與智能管理。上述方案中所涉及的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)為基于嵌入式中央處理器(Embedded Central Processing Unit,ECPU)的目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)、用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)上下文結(jié)構(gòu)為組成系統(tǒng)的各技術(shù)規(guī)程的順序排列結(jié)構(gòu)，并AHP方法定義了任一規(guī)程與相鄰規(guī)程的數(shù)據(jù)服務(wù)關(guān)系與接口。系統(tǒng)功能服務(wù)為基于進(jìn)程間通信方法的系統(tǒng)服務(wù)函數(shù)調(diào)用機(jī)制與系統(tǒng)行為事件訂閱機(jī)制。根據(jù)上述方案，本發(fā)明所提供實(shí)例主要包含以下技術(shù)內(nèi)容根據(jù)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)基本需求，可確定智能工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)錁?gòu)架，如附圖1 所示。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架根據(jù)結(jié)點(diǎn)的物理位置與工作職能，可劃分為三個(gè)部分工業(yè)生產(chǎn)車間部分 (Production Workshop)、企業(yè)監(jiān)控中心部分(Monitoring Center)以及連接兩者之間的高速工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)部分(High-speed Industrial Ethernet)。工業(yè)生產(chǎn)車間部分是由面向目標(biāo)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)所組成的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(Sub-network)。其中，目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)實(shí)體為基于單個(gè)ECPU結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；該子系統(tǒng)可支持通用即插即用服務(wù)通信協(xié)議，使設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控分離，完成對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)某個(gè)物理參數(shù)的大批量、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理計(jì)算任務(wù)。企業(yè)監(jiān)控中心部分包括用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)。其中，用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)實(shí)體為基于雙重嵌入式中央處理器(Dual-ECPU)的設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)，其中第一重ECPU負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的緩沖、收集與分發(fā)任務(wù)，第二重ECPU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算、顯示與控制指令下達(dá)任務(wù)；該子系統(tǒng)可支持通用即插即用服務(wù)通信協(xié)議，并通過(guò)通用即插即用系統(tǒng)通信接口實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制與管理，并根據(jù)用戶需求選擇相應(yīng)的目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示(時(shí)域、頻域、開(kāi)關(guān)量等)、當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)診斷(啟動(dòng)、調(diào)速、過(guò)載、 跑和等)以及其它在線監(jiān)控功能會(huì)話服務(wù)(Session Service) 0數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)是存儲(chǔ)海量歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主題數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)目標(biāo)設(shè)備檔案中的相關(guān)技術(shù)參數(shù)信息，可以進(jìn)行文件管理、按需查詢、歷史數(shù)據(jù)回放、不同時(shí)段自比較分析、不同設(shè)備互比較分析以及監(jiān)控報(bào)告打印等離線事物處理。工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)部分為基于Modbus-IDA的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，負(fù)責(zé)工業(yè)生產(chǎn)車間、企業(yè)監(jiān)控中心以及各移動(dòng)監(jiān)控終端的連接與通信；通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，基于通用即插即用的監(jiān)控系統(tǒng)可以即時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)入該網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備，如車間新增設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)(加工中心控制器、數(shù)控銑床、數(shù)控車床等)、移動(dòng)用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)(便攜式巡檢終端、個(gè)人數(shù)據(jù)助理) 等，并可立即為其分配合法身份，獲取網(wǎng)絡(luò)資源的使用權(quán)限。如前所述，本發(fā)明利用AHP方法對(duì)智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)功能構(gòu)架進(jìn)行目標(biāo)分解，將其分為三個(gè)功能層次系統(tǒng)支撐層(System Support Hierarchy，SSH)、網(wǎng)絡(luò)中間件層 (Network Middleware Hierarchy,NMH)、應(yīng)用接口層(Application Interface Hierarchy, AIH)，如附圖2所示。上述的三個(gè)功能層次與本發(fā)明權(quán)利要求2所述的三個(gè)物理實(shí)體部分相互穿插，形成矩陣式功能管理結(jié)構(gòu)(Matrix Functional Management，MFM)，可有效提高監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息傳遞效率與行為穩(wěn)定性。其中，NMH實(shí)現(xiàn)對(duì)SSH異構(gòu)體的屏蔽，為AIH提供標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)路徑，完成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行所需的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、控制信息的上傳與下達(dá)，為工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信與控制信息轉(zhuǎn)達(dá)中樞。上述過(guò)程所涉及的SSH異構(gòu)體為因不同監(jiān)控儀器專用性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不一而造成的協(xié)議壁壘；標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)路徑是NMH在SSH的支持下，為AIH提供了面向用戶的統(tǒng)一服務(wù)方法入口，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、控制信息的交互與轉(zhuǎn)達(dá)通過(guò)服務(wù)調(diào)用的方式來(lái)觸發(fā)；AIH只需喚醒調(diào)用通用即插即用封裝的服務(wù)動(dòng)作接口，提供相應(yīng)的操作命令參數(shù)序列，就可以方便安全地得到相應(yīng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)返回結(jié)果，或者實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的關(guān)于目標(biāo)設(shè)備的狀態(tài)調(diào)控。SSH包括支撐工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的底層硬件、操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)協(xié)議，由物理網(wǎng)絡(luò)與硬件接口、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)通信協(xié)議等三個(gè)子層組成。其中，物理網(wǎng)絡(luò)與硬件接口子層是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信所涉及的硬件接口，包括普通以太網(wǎng)接口 RJ45、工業(yè)總線接口 RS485、工業(yè)以太網(wǎng)接口 Modbus-IDA、通用串行接口 USB、智能以太保護(hù)接口 SEP、高速光纖模塊接口 SFP ；實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)化改造的RT-Iinux操作系統(tǒng)；基礎(chǔ)協(xié)議為基于傳輸控制/ 互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。AIH直接面向具體用戶服務(wù)，提供嵌入式通用即插即用監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的若干應(yīng)用功能接口。其中，應(yīng)用功能接口包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控指令下達(dá)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示、設(shè)備狀態(tài)診斷、主題數(shù)據(jù)服務(wù)以及這些功能相應(yīng)的可支持中文的圖形化人機(jī)接口(Human Computer Interface，HCI)0根據(jù)工業(yè)過(guò)程監(jiān)控的基本需求，智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)體結(jié)構(gòu)可分成三個(gè)軟件模塊，如附圖3所示。(1)設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊其功能主體為面向設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與狀態(tài)采集子模塊，完成對(duì)監(jiān)控目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀態(tài)的采集與預(yù)處理(!Reprocessing)操作，并根據(jù)既定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議封裝為數(shù)據(jù)分組(Package)，并傳送至其它訂閱結(jié)點(diǎn)；(2)用戶監(jiān)控管理模塊其功能主體為面向用戶監(jiān)控管理結(jié)點(diǎn)的顯控人機(jī)接口子模塊，提供友好、易用的人機(jī)會(huì)話接口，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的在線/離線顯示、設(shè)備狀態(tài)調(diào)控、監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)以及其它與過(guò)程監(jiān)控相關(guān)的控制信息的交互等功能；(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)模塊其功能主體為面向數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢子模塊，根據(jù)用戶所提供的查詢條件，通過(guò)嵌入式結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言得到用戶所需的數(shù)據(jù)標(biāo)的， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)離線數(shù)據(jù)的歷史回放、深度分析等功能。上述三個(gè)軟件模塊分別安裝在設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)、用戶監(jiān)控管理結(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)等三個(gè)對(duì)應(yīng)結(jié)點(diǎn)中，通過(guò)它們各自所屬的網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊，利用雙重進(jìn)程間通信方法來(lái)傳遞它們分別負(fù)責(zé)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流及控制信息流，具體信息交互關(guān)系見(jiàn)附圖3。其中，網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊為通用即插即用協(xié)議在三個(gè)軟件模塊中所派生的具體應(yīng)用實(shí)例，即所屬用戶監(jiān)控管理模塊的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊、所屬設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊的采集網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊、所屬數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的模塊的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊。上述過(guò)程所涉及的雙重進(jìn)程間通信方法是指利用實(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng)支持的共享內(nèi)存(Siared Memory)實(shí)現(xiàn)各軟件模塊主體的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸，利用套接字(Socket)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中間件系統(tǒng)功能構(gòu)調(diào)用，完成各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)間的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和控制信息的交互與傳輸。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)控系統(tǒng)利用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，引入通用即插即用網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)組建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)錁?gòu)架，在此基礎(chǔ)上利用層次分析法確定監(jiān)控系統(tǒng)上下文層次結(jié)構(gòu)、功能模塊劃分與數(shù)據(jù)依賴關(guān)系；利用通用即插即用系統(tǒng)功能服務(wù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制與智能管理；所述的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)包括基于嵌入式中央處理器的目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)、用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)，所述目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)、用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)均包括以下模塊①設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊，用以面向設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與狀態(tài)采集子模塊，完成對(duì)監(jiān)控目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀態(tài)的采集與預(yù)處理操作，并根據(jù)既定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議封裝為數(shù)據(jù)分組，并傳送至其它訂閱結(jié)點(diǎn)；②用戶監(jiān)控管理模塊，用以面向用戶監(jiān)控管理結(jié)點(diǎn)的顯控人機(jī)接口子模塊，提供友好、 易用的人機(jī)會(huì)話接口，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的在線/離線顯示、設(shè)備狀態(tài)調(diào)控、監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)以及其它與過(guò)程監(jiān)控相關(guān)的控制信息的交互功能；③數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)模塊，用以面向數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢子模塊，根據(jù)用戶所提供的查詢條件，通過(guò)嵌入式結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言得到用戶所需的數(shù)據(jù)標(biāo)的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)離線數(shù)據(jù)的歷史回放、深度分析功能；所述的系統(tǒng)上下文層次結(jié)構(gòu)為組成系統(tǒng)的各技術(shù)規(guī)程的順序排列結(jié)構(gòu)，并利用層次分析法定義了任一規(guī)程與相鄰規(guī)程的數(shù)據(jù)服務(wù)關(guān)系與接口；所述的通用即插即用系統(tǒng)功能服務(wù)采用基于進(jìn)程間通信方法的系統(tǒng)服務(wù)函數(shù)調(diào)用機(jī)制與系統(tǒng)行為事件訂閱機(jī)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的智能工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)錁?gòu)架由工業(yè)生產(chǎn)車間部分、企業(yè)監(jiān)控中心部分以及連接兩者之間的高速工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)三個(gè)物理實(shí)體部分組成；所述的工業(yè)生產(chǎn)車間部分是由面向目標(biāo)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)所組成的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)子網(wǎng)絡(luò)，所述的目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)實(shí)體為基于單個(gè)嵌入式中央處理器結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；該子系統(tǒng)可支持通用即插即用服務(wù)通信協(xié)議，使設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控分離，完成對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)某個(gè)物理參數(shù)的大批量、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理計(jì)算任務(wù)；所述的企業(yè)監(jiān)控中心部分包括用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)；所述的用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)實(shí)體為基于雙重嵌入式中央處理器的設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)，其中第一重處理器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的緩沖、收集與分發(fā)任務(wù)，第二重處理器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算、顯示與控制指令下達(dá)任務(wù)；該子系統(tǒng)可支持通用即插即用服務(wù)通信協(xié)議，并通過(guò)通用即插即用系統(tǒng)通信接口實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制與管理，并根據(jù)用戶需求選擇相應(yīng)的目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)診斷以及其它在線監(jiān)控功能會(huì)話服務(wù)；所述的數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)是存儲(chǔ)海量歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主題數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)目標(biāo)設(shè)備檔案中的相關(guān)技術(shù)參數(shù)信息，可以進(jìn)行文件管理、按需查詢、歷史數(shù)據(jù)回放、不同時(shí)段自比較分析、不同設(shè)備互比較分析以及監(jiān)控報(bào)告打印等離線事物處理；所述的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)部分為基于Modbus-IDA的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，負(fù)責(zé)工業(yè)生產(chǎn)車間、企業(yè)監(jiān)控中心以及各移動(dòng)監(jiān)控終端的連接與通信；通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，基于通用即插即用的監(jiān)控系統(tǒng)可以即時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)入該網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備，如車間新增設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)、移動(dòng)用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)等，并可立即為其分配合法身份，獲取網(wǎng)絡(luò)資源的使用權(quán)限。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng)上下文層次結(jié)構(gòu)中，利用層次分析法對(duì)智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)功能構(gòu)架進(jìn)行目標(biāo)分解，將其分為三個(gè)功能層次系統(tǒng)支撐層、網(wǎng)絡(luò)中間件層、應(yīng)用接口層；所述的三個(gè)功能層次與所述三個(gè)物理實(shí)體部分相互穿插，形成矩陣式功能管理結(jié)構(gòu)；所述的網(wǎng)絡(luò)中間件層實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)支撐層異構(gòu)體的屏蔽，為應(yīng)用接口層提供標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)路徑，完成系統(tǒng)運(yùn)行所需的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、控制信息的上傳與下達(dá)，為工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信與控制信息轉(zhuǎn)達(dá)中樞；所述的系統(tǒng)支撐層異構(gòu)體為因不同監(jiān)控儀器專用性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不一而造成的協(xié)議壁壘；所述的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)路徑是網(wǎng)絡(luò)中間件層在系統(tǒng)支撐層的支持下，為應(yīng)用接口層提供了面向用戶的統(tǒng)一服務(wù)方法入口，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、控制信息的交互與轉(zhuǎn)達(dá)通過(guò)服務(wù)調(diào)用的方式來(lái)觸發(fā)；應(yīng)用接口層只需喚醒調(diào)用通用即插即用封裝的服務(wù)動(dòng)作接口，提供相應(yīng)的操作命令參數(shù)序列，就可以方便安全地得到相應(yīng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)返回結(jié)果，或者實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的關(guān)于目標(biāo)設(shè)備的狀態(tài)調(diào)控；所述的系統(tǒng)支撐層包括支撐工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的底層硬件、操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)協(xié)議，由物理網(wǎng)絡(luò)與硬件接口、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)通信協(xié)議等三個(gè)子層組成；所述的物理網(wǎng)絡(luò)與硬件接口子層是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信所涉及的硬件接口，包括普通以太網(wǎng)接口 RJ45、工業(yè)總線接口 RS485、工業(yè)以太網(wǎng)接口 Modbus-IDA、通用串行接口、智能以太保護(hù)接口 SEP、高速光纖模塊接口 SFP ；所述的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)化改造的RT-Iinux操作系統(tǒng)；所述的基礎(chǔ)協(xié)議為基于傳輸控制/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議；所述的應(yīng)用接口層直接面向具體用戶服務(wù)，提供嵌入式通用即插即用監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的若干應(yīng)用功能接口 ；所述的應(yīng)用功能接口包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控指令下達(dá)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示、設(shè)備狀態(tài)診斷、主題數(shù)據(jù)服務(wù)以及可支持中文的圖形化人機(jī)接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3之一所述的一種智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊、用戶監(jiān)控管理模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)模塊分別安裝在設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)、用戶監(jiān)控管理結(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)等三個(gè)對(duì)應(yīng)結(jié)點(diǎn)中，通過(guò)它們各自所屬的網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊，利用雙重進(jìn)程間通信方法來(lái)傳遞它們分別負(fù)責(zé)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流及控制信息流；所述的網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊包括所述用戶監(jiān)控管理模塊的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊、所述設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊的采集網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊和所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的模塊的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中間件子模塊；所述的雙重進(jìn)程間通信方法是指利用Linux共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)各軟件模塊主體的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸，利用套接字實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中間件系統(tǒng)功能構(gòu)調(diào)用，完成各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)間的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和控制信息的交互與傳輸。
全文摘要
一種智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，引入通用即插即用技術(shù)組建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)錁?gòu)架，利用層次分析法確定監(jiān)控系統(tǒng)上下文層次結(jié)構(gòu)、功能模塊劃分與數(shù)據(jù)依賴關(guān)系；利用通用即插即用系統(tǒng)功能服務(wù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制與智能管理；監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)包括基于嵌入式中央處理器的目標(biāo)設(shè)備數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)、用戶監(jiān)控與管理結(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)中心結(jié)點(diǎn)；系統(tǒng)上下文層次結(jié)構(gòu)為組成系統(tǒng)的各技術(shù)規(guī)程的順序排列結(jié)構(gòu)，并利用層次分析法定義任一規(guī)程與相鄰規(guī)程的數(shù)據(jù)服務(wù)關(guān)系與接口；系統(tǒng)功能服務(wù)采用基于進(jìn)程間通信方法的系統(tǒng)服務(wù)函數(shù)調(diào)用機(jī)制與系統(tǒng)行為事件訂閱機(jī)制。本發(fā)明能夠動(dòng)態(tài)響應(yīng)工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變化、實(shí)時(shí)性良好、通用性和自適應(yīng)能力較高。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102402218SQ20111035468
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者胥芳, 艾青林, 譚大鵬 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)