本實用新型屬于控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種云管理工業(yè)自動控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當前，工業(yè)自動化控制技術(shù)發(fā)展如火如荼，日新月異，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國產(chǎn)生了大量的自動化設(shè)備生產(chǎn)商，大批的制造企業(yè)采用了全自動生產(chǎn)線，包括機器人等，有些技術(shù)甚至已經(jīng)處于國際領(lǐng)先水平。但是，和發(fā)達國家相比，我國的工業(yè)自動化控制平均水平依然薄弱，主要體現(xiàn)在各行業(yè)分布不均衡、專利和原創(chuàng)技術(shù)較少，山寨抄襲、同質(zhì)化較嚴重，用戶體驗差。

拿智慧水務(wù)來說，我國有著廣闊江河湖海，遍布大江南北的水利工程，密布的城市供水管網(wǎng)，在自然災害預警、科學灌溉、農(nóng)業(yè)氣象預報、管網(wǎng)控制等方面，需要大量的傳感器和控制器，但我國信息化管理水平遠遠落后，無法大量提供適合的設(shè)備，普遍存在依靠肉眼、歷史經(jīng)驗來推測控制，造成控制偏差大、效率低下。

具體缺點如下：一、現(xiàn)有控制系統(tǒng)大多不能接入互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程與本地的協(xié)調(diào)控制，不能實現(xiàn)大范圍系統(tǒng)性管理控制；二、控制方式單一，自動化水平低；三、控制器對傳感器種類兼容性差，部分設(shè)備出于商業(yè)目的，不公開接口和通信協(xié)議；四、控制鏈路安全性差，容易遭到非法入侵破壞；五、因信號線通信質(zhì)量限制，控制距離近、范圍小，需部署大量的控制才能解決集群控制問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實用新型以4G、LoRa無線和有線以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，以本地服務(wù)器和云控制器接口單元為控制后臺，多層加密認證的安全通道為通信鏈路，適用于江河湖海、供水、排水、污水處理廠、灌溉等系統(tǒng)的檢測和控制，適用于多個檢測項目，可廣泛應用于云管理工業(yè)的自動控制系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案為：一種云控制系統(tǒng)，包括云控制器接口單元，云控制器接口單元包括多個信號輸入通道和信號輸出通道，信號輸入通道包括云控制器和傳感器，云控制器的信號輸入端與傳感器連接，云控制器的信號輸出端與云控制器接口單元連接，多個云控制器與LoRa傳感設(shè)備連接，多個云控制器還與本地服務(wù)器連接，信號輸出通道包括路由器、以太網(wǎng)模塊和多個管理員模塊，云控制器接口單元的信號輸出端與路由器連接，路由器與多個管理員模塊連接。

多個傳感器將信號傳輸給對應的云控制器，多個云控制器對信號處理后傳輸給云控制器接口單元，云控制器接口單元對信號處理后，通過路由器和以太網(wǎng)輸送給對應的管理員模塊。云控制器還與LoRa傳感設(shè)備和本地服務(wù)器連接，以實現(xiàn)多種控制模式。

云控制器接口單元包括包括PCB板和安裝在PCB板上的處理器，PCB板上裝有LoRa收發(fā)器，LoRa收發(fā)器通過SPI總線與處理器連接，LoRa收發(fā)器上連有射頻天線，LoRa收發(fā)器與LoRa節(jié)點之間通過無線信號進行數(shù)據(jù)傳輸，LoRa節(jié)點通過無線將信號傳輸給LoRa收發(fā)器，LoRa收發(fā)器將信號傳輸給處理器進行處理，采用低功耗、遠距離的LoRa通信技術(shù)，實現(xiàn)遠距離大范圍的采集控制。

PCB板上裝有多個六路模擬輸入模塊，多個六路模擬輸入模塊與處理器連接，六路模擬輸入模塊與處理器進行信號傳輸，集成modbus、T188常用協(xié)議，對于未包含在內(nèi)的通信協(xié)議，可根據(jù)實際需要通過云平臺進行遠程動態(tài)安裝。

PCB板上裝有指示燈，指示燈與處理器連接，指示燈用于指示處理器的運行狀態(tài)，可以直觀地顯示整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

PCB板上裝有RS232接口，RS232接口與處理器連接,RS232為一種串行物理接口，此種接口應用范圍廣泛、價格便宜、編程容易，通信速度快，保證了數(shù)據(jù)的正常傳輸。

PCB板上裝有I2C接口，I2C接口與處理器連接,I2C接口用于連接I2C總線，I2C總線是兩線式串行總線，接口線少，控制方式簡單，器件封裝迅速，通信速率高。

PCB板上裝有實時通信模塊，實時通信模塊與處理器連接，實時通信模塊可以將處理器的數(shù)據(jù)傳輸出去。

PCB板上裝有RS485接口，RS485接口通過UART總線與處理器連接，RS485接口接入的是半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般為兩線制，多采用屏蔽雙絞線傳輸，接線方式為拓撲結(jié)構(gòu)，在低速、短距離、無干擾的場合可采用普通雙絞線，在高速、長線傳輸時，則必須采用阻抗匹配的專用線纜。

PCB板上裝有PWM接口，PWM接口與處理器連接，PWM接口是脈沖寬度調(diào)制接口，是通過控制總線來實現(xiàn)的模擬控制方式。

PCB板上裝置電源模塊，電源模塊與處理器連接，電源模塊為一節(jié)3000mAh高能電池，可連續(xù)使用5-10年，解決了野外傳感器供電的難題。

作為一種通信線路，實時通信模塊為4G通信模塊，4G通信模塊通過USB總線與處理器連接，隨著我國光纖線路提速擴容，網(wǎng)速也在不斷加快，為大量信息實時傳輸鋪平了道路，4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不斷加大，為郊外的無線通信提供了保障。

作為另一種通信線路，實時通信模塊為以太網(wǎng)通信模塊。

PCB板上還裝有CAN總線模塊，CAN總線模塊與處理器連接,CAN總線是一種現(xiàn)場總線，屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，可廣泛應用在工業(yè)測控和工業(yè)自動化領(lǐng)域。

PCB板上開有四個螺紋孔，通過自攻螺絲穿裝在PCB板上來定位。

PCB板上還布置有USB通信接口，USB通信接口與處理器連接,USB通信接口為外擴接口，用于規(guī)范電腦和外部設(shè)備的連接和通訊，通用性更好。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具體體現(xiàn)如下：

一、本系統(tǒng)基于云計算、大數(shù)據(jù)的遠程本地協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，聯(lián)通信息孤島，實現(xiàn)精細化、數(shù)字化、系統(tǒng)化管理。

二、本系統(tǒng)利用云平臺大數(shù)據(jù)不斷分析建立新控制模型，優(yōu)化控制器控制方案，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高效率。

三、本系統(tǒng)集成常用通信接口，通過云平臺動態(tài)加載驅(qū)動支持，可兼容市面上大多數(shù)傳感器，擺脫使用特定設(shè)備的依賴性，更加靈活地安裝新設(shè)備。

四、本系統(tǒng)采用3層AES加密，實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路安全，防止外界有意無意的破壞。

五、本系統(tǒng)采用低功耗、遠距離的LoRa通信技術(shù)，實現(xiàn)遠距離大范圍的采集控制。

附圖說明

圖1為本實用新型的控制簡圖。

圖2為本實用新型的控制原理圖。

圖3為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1為云控制器接口單元，2為信號輸入通道，3為信號輸出通道，4為云控制器，5為傳感器，6為LoRa傳感設(shè)備，7為本地服務(wù)器，8為路由器，9為以太網(wǎng)模塊，10為管理員模塊，11為PCB板，12為處理器，13為LoRa收發(fā)器，14為SPI總線，15為USB通信接口，16為LoRa節(jié)點，17為六路模擬輸入模塊，18為指示燈，19為RS232接口，20為RS485接口，21為I2C接口，22為實時通信模塊，23為PWM接口，24為電源模塊，25為4G通信模塊，26為以太網(wǎng)通信模塊，27為CAN總線模塊，28為螺紋孔。

具體實施方式

為了使本實用新型所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

如圖1-3所示，一種云控制系統(tǒng)，包括云控制器接口單元1，云控制器接口單元1包括多個信號輸入通道2和信號輸出通道3，信號輸入通道2包括云控制器4和傳感器5，云控制器4的信號輸入端與傳感器5連接，云控制器4的信號輸出端與云控制器接口單元1連接，多個云控制器4與LoRa傳感設(shè)備6連接，多個云控制器4還與本地服務(wù)器7連接，信號輸出通道3包括路由器8、以太網(wǎng)模塊9和多個管理員模塊10，云控制器接口單元1的信號輸出端與路由器8連接，路由器8與多個管理員模塊10連接。

采用云平臺大數(shù)據(jù)的管理平臺后，管理人員可在任何聯(lián)網(wǎng)的終端遠程查看、管理設(shè)備，自動存儲所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫定時自動/手動、本地/遠程備份，遠程更新系統(tǒng)；更換或安裝新設(shè)備后，利用網(wǎng)絡(luò)遠程自動安裝驅(qū)動和協(xié)議棧，實現(xiàn)對不同傳感器5的兼容；云控制器1不斷上傳運行數(shù)據(jù)至服務(wù)器，并獲取服務(wù)器建立的新模型，實現(xiàn)學習型智能控制；不同權(quán)限的管理人員身份認證和3層數(shù)據(jù)加密技術(shù)，保證了系統(tǒng)的安全運行；使用LoRa無線通信技術(shù)后，實現(xiàn)空曠地帶方圓10公里的控制能力，LoRa超大的負載能力使得一臺云控制器1覆蓋所有設(shè)備。

多個傳感器5將信號傳輸給對應的云控制器4，多個云控制器4對信號處理后傳輸給云控制器接口單元1，云控制器接口單元1對信號處理后，通過路由器8和以太網(wǎng)輸送給對應的管理員模塊10。云控制器4還與LoRa傳感設(shè)備6和本地服務(wù)器7連接，以實現(xiàn)多種控制模式。

本系統(tǒng)以4G、LoRa無線和以太網(wǎng)有線為基礎(chǔ)，本地和云控制器接口單元1為控制后臺，AES多層加密認證的安全通道作為通信鏈路，適用于江河湖海、供水、排水、污水處理廠、灌溉等系統(tǒng)的檢測和控制，檢測項目包括流量、流速、壓力、溫度、雨量、濕度、風力、液位、轉(zhuǎn)速、開關(guān)位置等，控制設(shè)備包括泵、閘電機、照明燈、警報、語音系統(tǒng)等，云管理工業(yè)自動控制系統(tǒng)。

云控制器接口單元1包括包括PCB板11和安裝在PCB板11上的處理器12，PCB板11上裝有LoRa收發(fā)器13，LoRa收發(fā)器13通過SPI總線14與處理器12連接，LoRa收發(fā)器13上連有射頻天線，LoRa收發(fā)器13與LoRa節(jié)點16之間通過無線信號進行數(shù)據(jù)傳輸，LoRa節(jié)點16通過無線將信號傳輸給LoRa收發(fā)器13，LoRa收發(fā)器13將信號傳輸給處理器12進行處理，采用低功耗、遠距離的LoRa通信技術(shù)，實現(xiàn)遠距離大范圍的采集控制。

PCB板11上裝有多個六路模擬輸入模塊17，多個六路模擬輸入模塊17與處理器12連接，六路模擬輸入模塊17與處理器12進行信號傳輸，集成modbus、T188常用協(xié)議，對于未包含在內(nèi)的通信協(xié)議，可根據(jù)實際需要通過云平臺進行遠程動態(tài)安裝。

PCB板11上裝有指示燈18，指示燈18與處理器12連接，指示燈18用于指示處理器12的運行狀態(tài)，可以直觀地顯示整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

PCB板11上裝有RS232接口19，RS232接口19與處理器12連接,RS232為一種串行物理接口，此種接口應用范圍廣泛、價格便宜、變成容易，通信速度快，保證了數(shù)據(jù)的正常傳輸。

PCB板11上裝有I2C接口21，I2C接口21與處理器12連接,I2C接口21用于連接I2C總線，I2C總線是兩線式串行總線，接口線少，控制方式簡單，器件封裝行失效，通信速率高。

PCB板11上裝有實時通信模塊22，實時通信模塊22與處理器12連接，實時通信模塊22可以將處理器12的數(shù)據(jù)傳輸出去。

PCB板11上裝有RS485接口20，RS485接口20通過UART總線與處理器12連接，RS485接口20接入的是半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般為兩線制，多采用屏蔽雙絞線傳輸，接線方式為拓撲結(jié)構(gòu)，在低速、短距離、無干擾的場合可采用普通雙絞線，在高速、長線傳輸時，則必須采用阻抗匹配的專用線纜。

PCB板11上裝有PWM接口23，PWM接口23與處理器12連接，PWM接口23是脈沖寬度調(diào)制接口，是通過控制總線來實現(xiàn)的模擬控制方式。

PCB板11上裝置電源模塊24，電源模塊24與處理器12連接，電源模塊24為一節(jié)3000mAh高能電池，可連續(xù)使用5-10年，解決了野外傳感器5供電的難題，大大降低了架設(shè)220V電線或安裝太陽能電池板的費用。

作為一種通信線路，實時通信模塊22為4G通信模塊25，4G通信模塊25通過USB總線與處理器12連接，隨著我國光纖線路提速擴容，網(wǎng)速也在不斷加快，為大量信息實時傳輸鋪平了道路，4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不斷加大，為郊外的無線通信提供了保障。

作為另一種通信線路，實時通信模塊22為以太網(wǎng)通信模塊26。

PCB板11上還裝有CAN總線模塊27，CAN總線模塊27與處理器12連接,CAN總線27是一種現(xiàn)場總線，屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，可廣泛應用在工業(yè)測控和工業(yè)自動化領(lǐng)域。

PCB板11上開有四個螺紋孔28，通過自攻螺絲穿裝在PCB板11上來定位。

PCB板11上還布置有USB通信接口15，USB通信接口15與處理器12連接,USB通信接口15為外擴接口，用于規(guī)范電腦和外部設(shè)備的連接和通訊，通用性更好。

本系統(tǒng)采用先進控制模型：通過大數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)、傳感器5回傳數(shù)據(jù)、被控設(shè)備類型和用戶要求，由云控制器接口單元1生成最優(yōu)的系統(tǒng)控制模型，充分吸收其他項目的成功經(jīng)驗，避免不良影響，最大限度發(fā)揮大數(shù)據(jù)優(yōu)勢。

集成2路RS485、2路RS232、1路CAN通信接口， 6路數(shù)字輸入、6路4~20mA和0~5V模擬輸入信號采集接口，6路數(shù)字輸出、2路PWM接口23。集成modbus、T188等常用協(xié)議，對于未包含在內(nèi)的通信協(xié)議，根據(jù)實際需要可通過云平臺遠程動態(tài)安裝。

系統(tǒng)用戶按職位和崗位劃分不同操作等級，只能執(zhí)行權(quán)限內(nèi)的操作，從控制命令、負載數(shù)據(jù)到TCP數(shù)據(jù)包實現(xiàn)不同密鑰的3層AES動態(tài)加密，防止外界有意無意的破壞。

本系統(tǒng)采用低功耗、遠距離的LoRa通信技術(shù)，實現(xiàn)遠距離大范圍的采集控制，LoRa傳感設(shè)備6采用Lora擴頻通信技術(shù)，該技術(shù)具有低功耗，遠距離傳輸特點。LoRa收發(fā)器13通過擴頻技術(shù)使得此類接收機在125kHz的帶寬下使用獲得接近-140dBm的靈敏度。與FSK系統(tǒng)相比，這種新的擴頻方式在靈敏度上改善了30dB，這樣,使得同樣的通信距離發(fā)射功率就會降低，從而實現(xiàn)低功耗長距離的通信。本系統(tǒng)采用LoRa WAN 協(xié)議更好的實現(xiàn)了多節(jié)點通信，保證了數(shù)據(jù)接收的穩(wěn)定性。

本系統(tǒng)的云控制器1內(nèi)嵌LoRaWAN無線通信協(xié)議，有信號碰撞檢測機制，自適應速率，面對復雜的環(huán)境有超強抗干擾機制。自帶了ACK信號確認，有效保障了通信可靠性要求。發(fā)射功率根據(jù)通信距離的RISS值自動調(diào)整，有效地實現(xiàn)了低功耗通信的要求。

本系統(tǒng)內(nèi)置超強休眠機制，睡眠電流可低至10uA級。

本系統(tǒng)的LoRa傳感設(shè)備6設(shè)計了4-20mA電流環(huán)采集模塊，用于采集各種傳感器5電流信號。每個LoRa通用節(jié)點有一個唯一的ID碼做標識，云控制器1通過ID碼來識別傳感器5的安裝位置。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包在本實用新型范圍內(nèi)。