本發(fā)明涉及一種工業(yè)通信系統(tǒng)和工業(yè)網(wǎng)關(guān)。

背景技術(shù)：

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，信息的交換與通信已由人與人之間，逐漸擴展到了物與物之間，由此產(chǎn)生了物聯(lián)網(wǎng)這一概念。物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照統(tǒng)一的協(xié)議標準，把物與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

工業(yè)通信系統(tǒng)作為一種物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)，已被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、監(jiān)控、管理過程中，通過工業(yè)通信系統(tǒng)來對各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)管和操控。

在工業(yè)通信系統(tǒng)中，現(xiàn)場工作的各種智能設(shè)備與可編程邏輯控制器(PLC)、計算機數(shù)控器(CNC)等信息采集控制器相連接，信息采集控制器再與工業(yè)盒子(工業(yè)用網(wǎng)關(guān))相連接，工業(yè)盒子的另一側(cè)與云平臺通信連接。這樣，一方面，云平臺下發(fā)的各種控制指令，就能夠通過工業(yè)盒子下發(fā)給信息采集控制器，再由信息采集控制器根據(jù)控制指令對智能設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。另一方面，智能設(shè)備的各種操作信息或者監(jiān)控信息會由信息采集控制器進行采集并上傳給工業(yè)盒子，并且通過工業(yè)盒子將這些信息發(fā)送給云平臺，用戶通過云平臺就能夠及時獲悉現(xiàn)場智能設(shè)備的工作情況。

由于智能設(shè)備的種類繁多，相應(yīng)的，與之連接的信息采集控制器也多種多樣，各種信息采集控制器往往具有不同的通信協(xié)議，為了與盡可能多的智能設(shè)備相匹配，工業(yè)盒子中存儲有成百上千種通信協(xié)議，從而實現(xiàn)對各種協(xié)議進行協(xié)議解析和轉(zhuǎn)換。

然而，一個工業(yè)盒子通常只有一到兩個接口用于與信息采集控制器相連接。而在工廠中，一般都存在大量的信息采集控制器需要連接，這樣，就需要設(shè)置大量的工業(yè)盒子來與之相連。例如，有100個信息采集控制器需要連接，就需要至少50個工業(yè)盒子，并用100條有線通信線路來連接工業(yè)盒子和信息采集控制器。

這樣，不僅致使成本過高，而且云平臺需要對每個工業(yè)盒子逐個下發(fā)控制指令和接收信息，也使得監(jiān)控管理變得非常離散，難以實現(xiàn)有效地管控。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種低成本的、讓云處理終端能夠簡單、有效地對多個智能設(shè)備進行監(jiān)控和管理的工業(yè)通信系統(tǒng)和工業(yè)網(wǎng)關(guān)。

<方案一>

本發(fā)明提供了一種工業(yè)通信系統(tǒng)，用于實現(xiàn)云處理終端與設(shè)置在現(xiàn)場的多個智能設(shè)備進行通信，其特征在于，包括：至少一個節(jié)點裝置，與多個智能設(shè)備所對應(yīng)的多個信息采集控制器相連接；子網(wǎng)管理裝置，以無線方式與所有的節(jié)點裝置相通信連接；以及工業(yè)網(wǎng)關(guān)，以有線方式與子網(wǎng)管理裝置相通信連接，并且以無線方式與云處理終端相通信連接。

在本發(fā)明提供的工業(yè)通信系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：一個節(jié)點裝置與一個信息采集控制器相連接。

在本發(fā)明提供的工業(yè)通信系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：一個節(jié)點裝置與至少兩個信息采集控制器相連接。

在本發(fā)明提供的工業(yè)通信系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：子網(wǎng)管理裝置具有：中心節(jié)點單元，基于預定通信規(guī)則與每個節(jié)點裝置以無線方式進行通信；有線通信單元，以有線方式與工業(yè)網(wǎng)關(guān)相通信連接；以及網(wǎng)絡(luò)管理單元，用于對節(jié)點裝置進行網(wǎng)絡(luò)管理，預定通信規(guī)則包含：自動入網(wǎng)機制、MESH組網(wǎng)機制、時間同步機制以及跳頻機制，網(wǎng)絡(luò)管理包含為節(jié)點裝置分配入網(wǎng)私有密鑰和通信密鑰。

在本發(fā)明提供的工業(yè)通信系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：有線通信單元包含：有線通信模塊，以有線方式與工業(yè)網(wǎng)關(guān)相通信連接；和有線通信接口，與有線通信模塊相連接。

在本發(fā)明提供的工業(yè)通信系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：自動入網(wǎng)機制為：當存在待入網(wǎng)的節(jié)點裝置時，該待入網(wǎng)節(jié)點裝置首先對預定范圍內(nèi)的其它節(jié)點裝置發(fā)出的信息進行偵聽，在偵聽到任意一個節(jié)點裝置的信息后，待入網(wǎng)節(jié)點裝置將入網(wǎng)請求信息發(fā)送至被偵聽到的節(jié)點裝置從而發(fā)送至子網(wǎng)管理裝置，該子網(wǎng)管理裝置對待入網(wǎng)節(jié)點裝置進行入網(wǎng)信息配置，實現(xiàn)待入網(wǎng)節(jié)點裝置自動入網(wǎng)。

<方案二>

本發(fā)明還提供了一種工業(yè)網(wǎng)關(guān)，設(shè)置在由與多個信息采集控制器相連接的至少一個節(jié)點裝置組成的通信網(wǎng)絡(luò)中，用于與云處理終端進行通信連接，其特征在于，包括：協(xié)議存儲單元，存儲有多種通信協(xié)議；協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元，基于存儲的通信協(xié)議對收發(fā)信息進行協(xié)議解析和轉(zhuǎn)換處理；中心節(jié)點單元，基于預定通信規(guī)則與每個節(jié)點裝置以無線方式進行通信；無線通信單元，以無線方式與云處理終端相通信連接；以及網(wǎng)絡(luò)管理單元，用于對節(jié)點裝置進行網(wǎng)絡(luò)管理，其中，預定通信規(guī)則包含：自動入網(wǎng)機制、MESH組網(wǎng)機制、時間同步機制以及跳頻機制，網(wǎng)絡(luò)管理包含為節(jié)點裝置分配入網(wǎng)私有密鑰和通信密鑰。

在本發(fā)明提供的工業(yè)通信系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：無線通信單元包含：無線通信模塊，以無線方式與云處理終端相通信連接；和無線通信接口，與無線通信模塊相連接，用于連接天線裝置。無線通信模塊包含：GPRS模塊、3G模塊、4G模塊以及WiFi模塊，無線通信接口為SMA接口。

在本發(fā)明提供的工業(yè)通信系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征：上述自動入網(wǎng)機制為：當存在待入網(wǎng)的節(jié)點裝置時，該待入網(wǎng)節(jié)點裝置首先對預定范圍內(nèi)的其它節(jié)點裝置發(fā)出的信息進行偵聽，在偵聽到任意一個節(jié)點裝置的信息后，待入網(wǎng)節(jié)點裝置將入網(wǎng)請求信息發(fā)送至被偵聽到的節(jié)點裝置從而發(fā)送至工業(yè)網(wǎng)關(guān)，該工業(yè)網(wǎng)關(guān)對待入網(wǎng)節(jié)點裝置進行入網(wǎng)信息配置，實現(xiàn)待入網(wǎng)節(jié)點裝置自動入網(wǎng)。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的工業(yè)通信系統(tǒng)，因為至少一個節(jié)點裝置與多個智能設(shè)備所對應(yīng)的多個信息采集控制器相連接，并且所有的節(jié)點裝置都是以無線方式與子網(wǎng)管理裝置相通信連接，子網(wǎng)管理裝置再通過有線方式與工業(yè)網(wǎng)關(guān)相通信連接，由工業(yè)網(wǎng)關(guān)與云處理終端進行通信連接，這樣只需要一個工業(yè)網(wǎng)關(guān)就能夠?qū)崿F(xiàn)云處理終端與設(shè)置在現(xiàn)場的多個智能設(shè)備進行通信，不僅大大降低了成本，而且由于云處理終端只需與一個工業(yè)盒子進行通信就能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場的所有智能設(shè)備進行指令下發(fā)和信息獲取，使得監(jiān)控管理變得既簡單又高效。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施例一中工業(yè)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例一中子網(wǎng)管理裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是本發(fā)明的實施例一中工業(yè)網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖4是本發(fā)明的實施例一中情況信息上傳過程的工作流程圖；

圖5是本發(fā)明的實施例一中監(jiān)控指令信息下發(fā)過程的流程圖；

圖6是本發(fā)明的實施例二中工業(yè)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖7是本發(fā)明的實施例二中子網(wǎng)管理裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖8是本發(fā)明的實施例二中情況信息上傳過程的工作流程圖；

圖9是本發(fā)明的實施例二中監(jiān)控指令信息下發(fā)過程的流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明涉及的工業(yè)通信系統(tǒng)作具體闡述。

<實施例一>

圖1是本發(fā)明的實施例一中工業(yè)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，工業(yè)通信系統(tǒng)10用于實現(xiàn)云處理終端20與設(shè)置在工業(yè)現(xiàn)場的多個智能設(shè)備30進行通信。

云處理終端20通過第一通信網(wǎng)絡(luò)I與用戶端40進行通信，并通過第二通信網(wǎng)絡(luò)II與工業(yè)通信系統(tǒng)10進行通信。云處理終端20一方面將接收到的所有運行情況信息提供給用戶端40進行訪問，從而讓用戶實時了解智能設(shè)備30的工作情況；另一方面，對用戶通過用戶端40發(fā)送來的與運行情況信息相對應(yīng)的控制信息進行接收和下發(fā)。本實施例中，用戶端40為PC機；第一通信網(wǎng)絡(luò)I和第二通信網(wǎng)絡(luò)II均可以為WIFI網(wǎng)絡(luò)、2G通信網(wǎng)絡(luò)、3G通信網(wǎng)絡(luò)或以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)。

如圖1所示，在本實施例中，智能設(shè)備30一共有十個，它們被設(shè)置在工業(yè)現(xiàn)場，執(zhí)行相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)。

相應(yīng)的，信息采集控制器31也有十個，分別與十個智能設(shè)備30一一對應(yīng)連接，能夠采集智能設(shè)備30的運行情況信息，并根據(jù)接收到的監(jiān)控指令信息來控制智能設(shè)備30進行相應(yīng)的運轉(zhuǎn)。這里，信息采集控制器31可以為PLC、CNC或者傳感器等。

工業(yè)通信系統(tǒng)10包括十個四個節(jié)點裝置11、一個子網(wǎng)管理裝置12和一個工業(yè)網(wǎng)關(guān)13。

四個節(jié)點裝置11與十個信息采集控制器31相連接，一方面用于接收信息采集控制器31采集到的運行情況信息，另一方面將接收到的監(jiān)控指令信息發(fā)送給相應(yīng)的信息采集控制器31。每個節(jié)點裝置11都集成了符合WirelessHart協(xié)議標準的射頻收發(fā)器和微處理器，開始工作后，四個節(jié)點裝置11之間可自動組成蜂窩型網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(即、MESH自組網(wǎng)機制)。在本實施例中，節(jié)點裝置11具有六個通信接口，因此一個節(jié)點裝置11可以僅與一個信息采集控制器31相通信連接，也可以與兩個以上的信息采集控制器31相通信連接。

這里，為了區(qū)別，將四個節(jié)點裝置11分別記為節(jié)點裝置11-1至12-4，將十個信息采集控制器31分別記為信息采集控制器31-1至31-10，并將十個智能設(shè)備30分別記為智能設(shè)備30-1至30-10。

如圖1所示，節(jié)點裝置11-1與信息采集控制器31-1相連接；節(jié)點裝置11-2與信息采集控制器31-2和31-3相連接；節(jié)點裝置11-3與信息采集控制器31-4至31-6相連接；節(jié)點裝置11-4與信息采集控制器31-7至31-10相連接；信息采集控制器31-1至31-10依次與智能設(shè)備30-1至30-10相連。

子網(wǎng)管理裝置12一方面以無線方式與四個節(jié)點裝置11相通信連接，另一方面以有線方式與工業(yè)網(wǎng)關(guān)13相通信連接，當子網(wǎng)管理裝置12接收到節(jié)點裝置11發(fā)來的運行情況信息后，能夠?qū)⑦\行情況信息發(fā)送至工業(yè)網(wǎng)關(guān)13中；另外，當接收到工業(yè)網(wǎng)關(guān)13發(fā)送來的監(jiān)控指令信息后，能夠?qū)⒈O(jiān)控指令信息下發(fā)給相應(yīng)的節(jié)點裝置11。

圖2是本發(fā)明的實施例一中子網(wǎng)管理裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

如圖2所示，子網(wǎng)管理裝置12包括網(wǎng)關(guān)主體單元13a、中心(AP)節(jié)點單元13b、有線通信單元13c、網(wǎng)絡(luò)管理單元13d、信息存儲單元13e、時鐘電路單元13f、電源管理單元13g以及報警單元13h。

中心節(jié)點單元13b、有線通信單元13c、網(wǎng)絡(luò)管理單元13d、信息存儲單元13e、時鐘電路單元13f、電源管理單元13g以及報警單元13h都與網(wǎng)關(guān)主體單元13a相連接，并在網(wǎng)關(guān)主體單元13a的驅(qū)動下進行工作。

中心節(jié)點單元13b集成在網(wǎng)關(guān)主體單元13a中，它自身還集成了符合WirelessHart協(xié)議標準的射頻收發(fā)器和微處理器，與四個節(jié)點裝置11基于預定通信規(guī)則進行無線通信，從而實現(xiàn)以無線通信方式接收節(jié)點裝置11發(fā)送來的運行情況信息，或者以無線通信方式將監(jiān)控指令信息發(fā)送至節(jié)點裝置11。

有線通信單元13c集成在網(wǎng)關(guān)主體單元13a中，用于與工業(yè)網(wǎng)關(guān)13以有線方式進行通信連接，即、以有線方式將運行情況信息發(fā)送至工業(yè)網(wǎng)關(guān)13，或者，以有線方式接收工業(yè)網(wǎng)關(guān)13發(fā)送來的監(jiān)控指令信息。

網(wǎng)絡(luò)管理單元13d可以增加、刪除以及修改節(jié)點裝置11及其參數(shù)信息(包括網(wǎng)絡(luò)ID、設(shè)備地址、頻點等信息)；可以在節(jié)點裝置11發(fā)送入網(wǎng)請求信息時分配入網(wǎng)私有密鑰便于該節(jié)點裝置11入網(wǎng)，并進一步為該節(jié)點裝置11分配唯一的通信密鑰，在通信過程中用于對數(shù)據(jù)包進行加密，從而確保通信安全；可以為所有的節(jié)點裝置11分配多個信道便于該節(jié)點裝置11與其它的節(jié)點裝置進行跳頻通信；還可以管理所有的節(jié)點裝置11之間的通信路徑，便于不相鄰的兩個節(jié)點裝置11之間進行通信時路由最佳通信路徑。

存儲單元13e集成在網(wǎng)關(guān)主體單元13a中，對中心節(jié)點單元13b接收到的運行情況信息或工業(yè)網(wǎng)關(guān)13發(fā)送來的監(jiān)控指令信息進行存儲。

時鐘電路單元13f集成在網(wǎng)關(guān)主體單元13a中，用于提供時間信息，便于中心節(jié)點單元13b與四個節(jié)點裝置11之間進行時間同步，從而保證通信的安全可靠。

電源管理單元13g集成在網(wǎng)關(guān)主體單元13a中，與圖中未顯示的外部供電裝置相連接，用于將外部供電裝置提供的外部電壓轉(zhuǎn)換為子網(wǎng)管理裝置12工作所需的額定工作電壓，并提供給網(wǎng)關(guān)主體單元13a。

報警單元13h集成在網(wǎng)關(guān)主體單元13a中，用于在智能設(shè)備30發(fā)生故障時發(fā)出報警信息，從而讓用戶及時獲知設(shè)備故障信息，及時采取解決措施。

當中心節(jié)點單元13b與其它四個節(jié)點裝置11之間基于預定通信規(guī)則進行通信時，該中心節(jié)點單元13b可以看作一個節(jié)點裝置11。這里的預定通信規(guī)則為：它包含自動入網(wǎng)機制、MESH組網(wǎng)機制、時間同步機制以及跳頻機制。具體地，

自動入網(wǎng)機制為：

當節(jié)點裝置11需要入網(wǎng)時，首先通過網(wǎng)絡(luò)管理單元13d手動增加該節(jié)點裝置11，并配置其參數(shù)信息(包括網(wǎng)絡(luò)ID、設(shè)備地址、頻點等信息)，然后基于該節(jié)點裝置11的參數(shù)信息生成入網(wǎng)私有密鑰和通信密鑰。

進一步，待入網(wǎng)的節(jié)點裝置11對預定范圍內(nèi)的其它節(jié)點裝置11發(fā)出的廣播信息進行偵聽，當收到信息后，它就將其入網(wǎng)請求信息經(jīng)由被偵聽到的節(jié)點裝置11發(fā)送至子網(wǎng)管理裝置12，子網(wǎng)管理裝置12收到該入網(wǎng)請求信息后，將入網(wǎng)私有密鑰發(fā)送給該節(jié)點裝置11，從而實現(xiàn)該新的節(jié)點裝置11自動入網(wǎng)，最后再將通信密鑰發(fā)送給該節(jié)點裝置11。

MESH組網(wǎng)機制為：

每個節(jié)點裝置11的通信部的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議中預先設(shè)定了多個通信鏈路，使得該節(jié)點裝置11能夠直接與多個其它的節(jié)點裝置11進行通信。

圖1中的四個節(jié)點裝置11開始工作后，就能夠自動形成蜂窩型網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)(即MESH自組網(wǎng)機制)，具有路由冗余機制。這樣，即使有一個或多個節(jié)點裝置11發(fā)生故障，通過冗余機制，也能夠?qū)崿F(xiàn)將與該發(fā)生故障的節(jié)點裝置11相連接的傳感器采集到的運行數(shù)據(jù)信息發(fā)送至子網(wǎng)管理裝置12中。

時間同步機制為：

一旦任意一個節(jié)點裝置11與子網(wǎng)管理裝置12之間進行通信時，不論是偵聽到廣播幀，還是收到命令幀回復，子網(wǎng)管理裝置12則對該節(jié)點裝置11的時鐘信息(即、時間戳)進行同步，使得節(jié)點裝置11的時鐘信息與子網(wǎng)管理裝置12的時鐘信息保持一致，便于子網(wǎng)管理裝置12中的網(wǎng)絡(luò)管理單元13d對所有的節(jié)點裝置11進行網(wǎng)絡(luò)管理，使得所有的節(jié)點裝置11按照既定的時序穩(wěn)定地進行通信。

跳頻機制為：

基于網(wǎng)絡(luò)管理單元13d對節(jié)點裝置11所進行入網(wǎng)信息配置中包含的預先分配多個信道供該節(jié)點裝置11通信時使用，在后續(xù)的通信過程中，該節(jié)點裝置11基于分配的多個信道逐個切換進行使用。

工業(yè)網(wǎng)關(guān)13以有線方式與子網(wǎng)管理裝置12相通信連接，并且以無線方式與云處理終端20相通信連接，這樣，當工業(yè)網(wǎng)關(guān)13接收到子網(wǎng)管理裝置12發(fā)來的運行情況信息后，會對接收到的運行情況信息進行協(xié)議轉(zhuǎn)換處理，然后將轉(zhuǎn)換處理后的運行情況信息發(fā)送至云處理終端20中；另外，當工業(yè)網(wǎng)關(guān)13接收到云處理終端20發(fā)送來的監(jiān)控指令信息后，同樣會對接收到的監(jiān)控指令信息進行協(xié)議轉(zhuǎn)換處理，然后將轉(zhuǎn)換處理后的監(jiān)控指令信息發(fā)送至子網(wǎng)管理裝置12中。

圖3是本發(fā)明的實施例一中工業(yè)網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖。

如圖3所示，工業(yè)網(wǎng)關(guān)13包括有線通信單元14a、無線通信單元14b、信息存儲單元14c、協(xié)議存儲單元14d、協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元14e、電源管理單元14f以及控制這些單元運行的控制單元14g。

有線通信單元14a用于與子網(wǎng)管理裝置12以有線方式進行通信連接，即、以有線通信方式接收子網(wǎng)管理裝置12發(fā)送來的運行情況信息，或者，以有線方式將監(jiān)控指令信息發(fā)送給子網(wǎng)管理裝置12。

無線通信單元14b用于與云處理終端20以無線方式進行通信連接，即、以無線通信方式將運行情況信息發(fā)送給云處理終端20，或者，以無線通信方式接收云處理終端20發(fā)送來的監(jiān)控指令信息。

信息存儲單元14c對有線通信單元14a接收到的運行情況信息或子網(wǎng)管理裝置12發(fā)送來的監(jiān)控指令信息進行存儲。

協(xié)議存儲單元14d存儲有上百種通信協(xié)議及其對應(yīng)的解析規(guī)則。

協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元14e基于存儲的通信協(xié)議對收發(fā)信息進行協(xié)議解析和轉(zhuǎn)換處理。即、協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元14e用于對子網(wǎng)管理裝置12發(fā)送來的運行情況信息進行解析和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理，或者對云處理終端20發(fā)送來的監(jiān)控指令信息進行解析和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理。

電源管理單元14f與圖中未顯示的外部供電裝置相連接，用于將外部供電裝置提供的外部電壓轉(zhuǎn)換為子網(wǎng)管理裝置12工作所需的額定工作電壓，并提供給有線通信單元14a、無線通信單元14b、信息存儲單元14c、協(xié)議存儲單元14d、協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元14e以及控制單元14g。

控制單元14g中存儲有控制有線通信單元14a、無線通信單元14b、信息存儲單元14c、協(xié)議存儲單元14d、協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元14e以及電源管理單元14f運行的控制程序。

下面，基于上述具體結(jié)構(gòu)，對本實施例一中工業(yè)通信系統(tǒng)10的通信過程進行闡述。由上文可知，工業(yè)通信系統(tǒng)10的通信過程分為兩種：第一種是智能設(shè)備30的運行情況信息上傳給云處理終端20的通信過程，第二種是云處理終端20下發(fā)監(jiān)控指令信息給智能設(shè)備30的通信過程。以下，將第一種通信過程稱為情況信息上傳過程，將第二種通信過程稱為指令信息下發(fā)過程。

圖4是本發(fā)明的實施例一中情況信息上傳過程的工作流程圖。

如圖4所示，本實施例一中，工業(yè)通信系統(tǒng)10將智能設(shè)備30的運行情況信息上傳給云處理終端20的工作流程如下所示：

步驟S1-1：

信息采集控制器31將采集到的智能設(shè)備30的運行情況信息發(fā)送給節(jié)點裝置11，然后進入步驟S1-2；

步驟S1-2：

節(jié)點裝置11接收信息采集控制器31發(fā)送來的運行情況信息，然后進入步驟S1-3；

步驟S1-3：

節(jié)點裝置11將運行情況信息以無線通信方式轉(zhuǎn)發(fā)給子網(wǎng)管理裝置12，然后進入步驟S1-4；

步驟S1-4：

子網(wǎng)管理裝置12接收節(jié)點裝置11發(fā)送來的運行情況信息，然后進入步驟S1-5；

步驟S1-5：

子網(wǎng)管理裝置12將接收到的運行情況信息以有線通信方式發(fā)送給工業(yè)網(wǎng)關(guān)13，然后進入步驟S1-6；

步驟S1-6：

有線通信單元14a接收子網(wǎng)管理裝置12發(fā)送來的運行情況信息，然后進入步驟S1-7；

步驟S1-7：

協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元14e基于存儲的通信協(xié)議對接收到的運行情況信息進行解析和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理，然后進入步驟S1-8；

步驟S1-8：

無線通信單元14b以無線通信方式將處理后的運行情況信息發(fā)送給云處理終端20，然后進入結(jié)束狀態(tài)。

至此，完成一次信息上傳過程。

圖5是本發(fā)明的實施例一中監(jiān)控指令信息下發(fā)過程的流程圖。

如圖5所示，本實施例一中，工業(yè)通信系統(tǒng)10將云處理終端20發(fā)送來的監(jiān)控指令信息下發(fā)給智能設(shè)備的工作流程如下所示：

步驟S2-1：

無線通信單元14b以無線通信方式接收云處理終端20發(fā)送來的監(jiān)控指令信息，然后進入步驟S2-2；

步驟S2-2：

協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元14e基于存儲的通信協(xié)議對接收到的監(jiān)控指令信息進行解析和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理，然后進入步驟S2-3；

步驟S2-3：

有線通信單元14a將處理后的監(jiān)控指令信息以有線通信方式發(fā)送給子網(wǎng)管理裝置12，然后進入步驟S2-4；

步驟S2-4：

子網(wǎng)管理裝置12接收工業(yè)網(wǎng)關(guān)13發(fā)送來的監(jiān)控指令信息，然后進入步驟S2-5；

步驟S2-5：

子網(wǎng)管理裝置12將接收到的監(jiān)控指令信息以無線通信方式發(fā)送給相應(yīng)的一個或多個節(jié)點裝置11，然后進入步驟S2-6；

步驟S2-6：

節(jié)點裝置11將監(jiān)控指令信息轉(zhuǎn)發(fā)給信息采集控制器31，然后進入步驟S2-7；

步驟S2-7：

信息采集控制器31接收節(jié)點裝置11發(fā)送來的監(jiān)控指令信息，然后進入步驟8；

步驟S2-8：

信息采集控制器31根據(jù)接收到的監(jiān)控指令信息控制智能設(shè)備30進行相應(yīng)的運轉(zhuǎn)，然后進入結(jié)束狀態(tài)。

至此，完成一次監(jiān)控指令信息下發(fā)過程。

實施例一的作用與效果

根據(jù)本實施例一所涉及的工業(yè)通信系統(tǒng)，因為十個智能設(shè)備所對應(yīng)的十個信息采集控制器與四個節(jié)點裝置相連接，并且所有的節(jié)點裝置都是以無線方式與子網(wǎng)管理裝置相通信連接，子網(wǎng)管理裝置再通過有線方式與工業(yè)網(wǎng)關(guān)相通信連接，由工業(yè)網(wǎng)關(guān)與云處理終端進行通信連接，因而，僅設(shè)置一個工業(yè)網(wǎng)關(guān)就能夠?qū)崿F(xiàn)云處理終端設(shè)置與在現(xiàn)場的所有智能設(shè)備進行通信，大大降低了成本。并且，云處理終端只需通過一個工業(yè)盒子就能夠?qū)λ械闹悄茉O(shè)備下發(fā)監(jiān)控指令，和獲取所有智能設(shè)備的運行情況，監(jiān)控管理過程既簡單又高效，非常適用于工業(yè)領(lǐng)域。

<實施例二>

在本實施例二中，對于和實施例一中相同的結(jié)構(gòu)，給予相同的符號，并省略相同的說明。

圖6是本發(fā)明的實施例二中工業(yè)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖6所示，工業(yè)通信系統(tǒng)10’用于實現(xiàn)云處理終端20與設(shè)置在工業(yè)現(xiàn)場運行的十個智能設(shè)備30進行通信。

工業(yè)通信系統(tǒng)10’包括四個節(jié)點裝置11和一個工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’。

工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’一方面以無線方式與四個節(jié)點裝置11相通信連接，另一方面以有線方式與云處理終端20相通信連接，這樣，當工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’接收到節(jié)點裝置11發(fā)來的運行情況信息后，會對接收到的運行情況信息進行解析和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理，然后將處理后的運行情況信息發(fā)送至云處理終端20中；另外，當工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’接收到云處理終端20發(fā)送來的監(jiān)控指令信息后，同樣會對接收到的監(jiān)控指令信息進行解析和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理，然后將處理后的監(jiān)控指令信息下發(fā)給相應(yīng)的節(jié)點裝置11。

圖7是本發(fā)明的實施例二中子網(wǎng)管理裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

如圖7所示，工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’包括中心(AP)節(jié)點單元13a’、網(wǎng)絡(luò)管理單元13b’、無線通信單元13c’、信息存儲單元13d’、時鐘電路單元13e’、協(xié)議存儲單元13f’、協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元13g’、電源管理單元13h’、報警單元13i’以及控制這些單元運行的控制單元13j’。

中心節(jié)點單元13a’集成了符合WirelessHart協(xié)議標準的射頻收發(fā)器和微處理器，與四個節(jié)點裝置11基于預定通信規(guī)則進行無線通信，從而實現(xiàn)以無線通信方式接收節(jié)點裝置11發(fā)送來的運行情況信息，或者以無線通信方式將監(jiān)控指令信息發(fā)送至節(jié)點裝置11。

網(wǎng)絡(luò)管理單元13b’可以增加、刪除以及修改節(jié)點裝置11及其參數(shù)信息(包括網(wǎng)絡(luò)ID、設(shè)備地址、頻點等信息)；可以在節(jié)點裝置11發(fā)送入網(wǎng)請求信息時分配入網(wǎng)私有密鑰便于該節(jié)點裝置11入網(wǎng)，并進一步為該節(jié)點裝置11分配唯一的通信密鑰，在通信過程中用于對數(shù)據(jù)包進行加密，從而確保通信安全；可以為所有的節(jié)點裝置11分配多個信道便于該節(jié)點裝置11與其它的節(jié)點裝置進行跳頻通信；還可以管理所有的節(jié)點裝置11之間的通信路徑，便于不相鄰的兩個節(jié)點裝置11之間進行通信時路由最佳通信路徑。

無線通信單元13c’用于與云處理終端20以無線方式進行通信連接，即、以無線通信方式將運行情況信息發(fā)送給云處理終端20，或者，以無線通信方式接收云處理終端20發(fā)送來的監(jiān)控指令信息。

信息存儲單元13d’對中心節(jié)點單元13a’接收到的運行情況信息或無線通信單元13c’接收到的監(jiān)控指令信息進行存儲。

時鐘電路單元13e’用于提供時間信息，便于中心節(jié)點單元13a’與四個節(jié)點裝置11之間進行時間同步，從而保證通信的安全可靠。

協(xié)議存儲單元13f’存儲有上百種通信協(xié)議及其對應(yīng)的解析規(guī)則。

協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元13g’基于存儲的通信協(xié)議對收發(fā)信息進行協(xié)議解析和轉(zhuǎn)換處理。即、協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元13g’用于對節(jié)點裝置11發(fā)送來的運行情況信息進行解析和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理，或者對云處理終端20發(fā)送來的監(jiān)控指令信息進行解析和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理。

電源管理單元13h’與圖中未顯示的外部供電裝置相連接，用于將外部供電裝置提供的外部電壓轉(zhuǎn)換為工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’工作所需的額定工作電壓，并提供給中心節(jié)點單元13a’、網(wǎng)絡(luò)管理單元13b’、中心(AP)節(jié)點單元13a’、網(wǎng)絡(luò)管理單元13b’、無線通信單元13c’、信息存儲單元13d’、時鐘電路單元13e’、協(xié)議存儲單元13f’、協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元13g’、電源管理單元13h’、報警單元13i’以及控制單元13j’。

報警單元13i’用于在智能設(shè)備30發(fā)生故障時發(fā)出報警信息，從而讓用戶及時獲知設(shè)備故障信息，從而采取解決措施。

控制單元13j’中存儲有控制中心節(jié)點單元13a’、網(wǎng)絡(luò)管理單元13b’、無線通信單元13c’、信息存儲單元13d’、時鐘電路單元13e’、協(xié)議存儲單元13f’、協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元13g’、電源管理單元13h’以及報警單元13i’這些單元運行的控制程序。

當中心節(jié)點單元13a’與其它四個節(jié)點裝置11之間基于預定通信規(guī)則進行通信時，該中心節(jié)點單元13a’可以看作一個節(jié)點裝置11。這里的預定通信規(guī)則為：它包含自動入網(wǎng)機制、MESH組網(wǎng)機制、時間同步機制以及跳頻機制。具體地，

自動入網(wǎng)機制為：

當節(jié)點裝置11需要入網(wǎng)時，首先通過網(wǎng)絡(luò)管理單元13b’手動增加該節(jié)點裝置11，并配置其參數(shù)信息(包括網(wǎng)絡(luò)ID、設(shè)備地址、頻點等信息)，然后基于該節(jié)點裝置11的參數(shù)信息生成入網(wǎng)私有密鑰和通信密鑰。

進一步，待入網(wǎng)的節(jié)點裝置11對預定范圍內(nèi)的其它節(jié)點裝置11發(fā)出的廣播信息進行偵聽，當收到信息后，它就將其入網(wǎng)請求信息經(jīng)由被偵聽到的節(jié)點裝置11發(fā)送至工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’，工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’收到該入網(wǎng)請求信息后，將入網(wǎng)私有密鑰發(fā)送給該節(jié)點裝置11，從而實現(xiàn)該新的節(jié)點裝置11自動入網(wǎng)，最后再將通信密鑰發(fā)送給該節(jié)點裝置11。

MESH組網(wǎng)機制為：

每個節(jié)點裝置11的通信部的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議中預先設(shè)定了多個通信鏈路，使得該節(jié)點裝置11能夠直接與多個其它的節(jié)點裝置11進行通信。

圖6的四個節(jié)點裝置11開始工作后，就能夠自動形成蜂窩型網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)(即MESH自組網(wǎng)機制)，具有路由冗余機制。這樣，即使有一個或多個節(jié)點裝置11發(fā)生故障，通過冗余機制，也能夠?qū)崿F(xiàn)將與該發(fā)生故障的節(jié)點裝置11相連接的傳感器采集到的運行數(shù)據(jù)信息發(fā)送至工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’中。

時間同步機制為：

一旦任意一個節(jié)點裝置11與工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’之間進行通信時，不論是偵聽到廣播幀，還是收到命令幀回復，工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’則對該節(jié)點裝置11的時鐘信息(即、時間戳)進行同步，使得節(jié)點裝置11的時鐘信息與工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’的時鐘信息保持一致，便于工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’中的網(wǎng)絡(luò)管理單元13b’對所有的節(jié)點裝置11進行網(wǎng)絡(luò)管理，使得所有的節(jié)點裝置11按照既定的時序穩(wěn)定地進行通信。

跳頻機制為：

基于網(wǎng)絡(luò)管理單元13b’對節(jié)點裝置11所進行入網(wǎng)信息配置中包含的預先分配多個信道供該節(jié)點裝置11通信時使用，在后續(xù)的通信過程中，該節(jié)點裝置11基于分配的多個信道逐個切換進行使用。

基于以上各機制組成的預定規(guī)則進行通信，使得工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’與節(jié)點裝置10之間的通信更加的安全、穩(wěn)定、快速和可靠。

下面，基于上述具體結(jié)構(gòu)，對本實施例二中工業(yè)通信系統(tǒng)10’的情況信息上傳過程和指令信息下發(fā)過程這兩種通信過程進行闡述。

圖8是本發(fā)明的實施例二中情況信息上傳過程的工作流程圖。

如圖8所示，本實施例二中，工業(yè)通信系統(tǒng)10’將智能設(shè)備30的運行情況信息上傳給云處理終端20的工作流程如下所示：

步驟S1-1’：

信息采集控制器31將采集到的智能設(shè)備30的運行情況信息發(fā)送給節(jié)點裝置11，然后進入步驟S1-2’；

步驟S1-2’：

節(jié)點裝置11接收信息采集控制器31發(fā)送來的運行情況信息，然后進入步驟S1-3’；

步驟S1-3’：

節(jié)點裝置11將運行情況信息以無線通信方式轉(zhuǎn)發(fā)給工業(yè)網(wǎng)關(guān)13’，然后進入步驟S1-4’；

步驟S1-4’：

中心節(jié)點單元13a’接收節(jié)點裝置11發(fā)送來的運行情況信息，然后進入步驟S1-5’；

步驟S1-5’：

協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元13g’基于存儲的通信協(xié)議對接收到的運行情況信息進行解析和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理，然后進入步驟S1-6’；

步驟S1-6’：

無線通信單元13c’以無線通信方式將處理后的運行情況信息發(fā)送給云處理終端20，然后進入結(jié)束狀態(tài)。

至此，完成一次信息上傳過程。

圖9是本發(fā)明的實施例二中監(jiān)控指令信息下發(fā)過程的流程圖。

如圖9所示，本實施例二中，工業(yè)通信系統(tǒng)10’將云處理終端20發(fā)送來的監(jiān)控指令信息下發(fā)給智能設(shè)備的工作流程如下所示：

步驟S2-1’：

無線通信單元13c’以無線通信方式接收云處理終端20發(fā)送來的監(jiān)控指令信息，然后進入步驟S2-2’；

步驟S2-2’：

協(xié)議解析轉(zhuǎn)換單元13g’基于存儲的通信協(xié)議對接收到的監(jiān)控指令信息進行解析和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理，然后進入步驟S2-3’；

步驟S2-3’：

中心節(jié)點單元13a’將處理后的監(jiān)控指令信息以有線通信方式發(fā)送給相應(yīng)的一個或多個節(jié)點裝置11，然后進入步驟S2-4’；

步驟S2-4’：

節(jié)點裝置11將監(jiān)控指令信息轉(zhuǎn)發(fā)給信息采集控制器31，然后進入步驟S2-5’；

步驟S2-5’：

信息采集控制器31接收節(jié)點裝置11發(fā)送來的監(jiān)控指令信息，然后進入步驟S2-6’；

步驟S2-6’：

信息采集控制器31根據(jù)接收到的監(jiān)控指令信息控制智能設(shè)備30進行相應(yīng)的運轉(zhuǎn)，然后進入結(jié)束狀態(tài)。

至此，完成一次監(jiān)控指令信息下發(fā)過程。

實施例二的作用與效果

根據(jù)本實施例二所涉及的工業(yè)通信系統(tǒng)和工業(yè)網(wǎng)關(guān)，與實施例一中一樣，也僅設(shè)置一個工業(yè)網(wǎng)關(guān)就能夠?qū)崿F(xiàn)云處理終端設(shè)置與在現(xiàn)場的所有智能設(shè)備進行通信，因而具有與實施例一同樣的作用與效果。

另外，由于在工業(yè)網(wǎng)關(guān)中，中心節(jié)點單元能夠以無線通訊的方式與四個節(jié)點裝置進行信息的交互，因此，工業(yè)網(wǎng)關(guān)能夠直接與節(jié)點裝置通訊，而無需像實施例一中一樣再連接一個子網(wǎng)管理裝置，因而與實施例一相比，實施例二中的工業(yè)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為簡單，成本更低，管理和維護也更加方便。

上述兩個實施例僅為本發(fā)明的兩種實施方式，并不用來限制本發(fā)明的保護范圍。

在上述兩種實施方式中，用戶端為PC機，而在本發(fā)明的工業(yè)通信系統(tǒng)中，用戶端還可以為移動通信裝置，例如智能手機或平板電腦等。

另外，在上述兩種實施方式中，現(xiàn)場的智能設(shè)備和信息采集控制器的數(shù)量都是十個，本發(fā)明工業(yè)通信系統(tǒng)不局限于十個智能設(shè)備和信息采集控制器與云處理終端進行通信的情況，可以適用于任意多個智能設(shè)備和信息采集控制器與云端進行通信的情況。并且，當智能設(shè)備和信息采集控制器數(shù)量越多，本發(fā)明的上述優(yōu)勢會越顯著。

另外，在上述兩種實施方式中，信息采集控制器都是被設(shè)置在智能設(shè)備外部，本發(fā)明中，信息采集控制器也可以是集成在智能設(shè)備內(nèi)部，作為智能設(shè)備的一部分。

另外，在上述兩種實施方式中，工業(yè)網(wǎng)關(guān)都是以有線方式與云處理終端相通信連接，本發(fā)明中，也工業(yè)網(wǎng)關(guān)也可以通過無線方式與云處理終端通信連接。

另外，在本發(fā)明工業(yè)通信系統(tǒng)中，節(jié)點裝置的數(shù)量不限于上述實施例所舉例的四個，可以根據(jù)實際應(yīng)用的每個節(jié)點裝置最多可以連接的信息采集控制器的數(shù)量，和需連接的信息采集控制器的數(shù)量來進行調(diào)整。