本發(fā)明涉及一種工業(yè)通信系統(tǒng)和工業(yè)網關。

背景技術：

隨著網絡技術的快速發(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，由此產生了物聯(lián)網這一概念。物聯(lián)網是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按照統(tǒng)一的協(xié)議標準，把物與互聯(lián)網連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。

工業(yè)通信系統(tǒng)作為一種物聯(lián)網通信系統(tǒng)，已被廣泛應用在工業(yè)生產、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)用網關)相連接，工業(yè)盒子的另一側與云平臺通信連接。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控制指令對智能設備執(zhí)行相應的控制操作。另一方面，智能設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)場智能設備的工作情況。

由于智能設備的種類繁多，相應的，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備進行監(jiān)控和管理的工業(yè)通信系統(tǒng)和工業(yè)網關。

<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)云處理終端與設置在現(xiàn)場的多個智能設備進行通信，其特征在于，包括：至少一個節(jié)點裝置，與多個智能設備所對應的多個信息采集控制器相連接；子網管理裝置，以無線方式與所有的節(jié)點裝置相通信連接；以及工業(yè)網關，以有線方式與子網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)網關相通信連接；以及網絡管理單元，用于對節(jié)點裝置進行網絡管理，預定通信規(guī)則包含：自動入網機制、MESH組網機制、時間同步機制以及跳頻機制，網絡管理包含為節(jié)點裝置分配入網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)網關相通信連接；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：自動入網機制為：當存在待入網的節(jié)點裝置時，該待入網節(jié)點裝置首先對預定范圍內的其它節(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，待入網節(jié)點裝置將入網請求信息發(fā)送至被偵聽到的節(jié)點裝置從而發(fā)送至子網管理裝置，該子網管理裝置對待入網節(jié)點裝置進行入網信息配置，實現(xiàn)待入網節(jié)點裝置自動入網。

<方案二>

本發(fā)明還提供了一種工業(yè)網關，設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絡中，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；以及網絡管理單元，用于對節(jié)點裝置進行網絡管理，其中，預定通信規(guī)則包含：自動入網機制、MESH組網機制、時間同步機制以及跳頻機制，網絡管理包含為節(jié)點裝置分配入網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：上述自動入網機制為：當存在待入網的節(jié)點裝置時，該待入網節(jié)點裝置首先對預定范圍內的其它節(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，待入網節(jié)點裝置將入網請求信息發(fā)送至被偵聽到的節(jié)點裝置從而發(fā)送至工業(yè)網關，該工業(yè)網關對待入網節(jié)點裝置進行入網信息配置，實現(xiàn)待入網節(jié)點裝置自動入網。

發(fā)明的作用與效果

根據本發(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備所對應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管理裝置相通信連接，子網管理裝置再通過有線方式與工業(yè)網關相通信連接，由工業(yè)網關與云處理終端進行通信連接，這樣只需要一個工業(yè)網關就能夠實現(xiàn)云處理終端與設置在現(xiàn)場的多個智能設備進行通信，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實現(xiàn)對現(xiàn)場的所有智能設備進行指令下發(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)的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例一中子網管理裝置的結構框圖；

圖3是本發(fā)明的實施例一中工業(yè)網關的結構框圖；

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)的結構示意圖；以及

圖7是本發(fā)明的實施例二中子網管理裝置的結構框圖；

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)的結構示意圖。

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與設置在工業(yè)現(xiàn)場的多個智能設備30進行通信。

云處理終端20通過第一通信網絡I與用戶端40進行通信，并通過第二通信網絡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；第一通信網絡I和第二通信網絡II均可以為WIFI網絡、2G通信網絡、3G通信網絡或以太網等通信網絡。

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

相應的，信息采集控制器31也有十個，分別與十個智能設備30一一對應連接，能夠采集智能設備30的運行情況信息，并根據接收到的監(jiān)控指令信息來控制智能設備30進行相應的運轉。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、一個子網管理裝置12和一個工業(yè)網關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狀網絡結構(即、MESH自組網機制)。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，并將十個智能設備30分別記為智能設備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依次與智能設備30-1至30-10相連。

子網管理裝置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)網關13相通信連接，當子網管理裝置12接收到節(jié)點裝置11發(fā)來的運行情況信息后，能夠將運行情況信息發(fā)送至工業(yè)網關13中；另外，當接收到工業(yè)網關13發(fā)送來的監(jiān)控指令信息后，能夠將監(jiān)控指令信息下發(fā)給相應的節(jié)點裝置11。

圖2是本發(fā)明的實施例一中子網管理裝置的結構框圖。

如圖2所示，子網管理裝置12包括網關主體單元13a、中心(AP)節(jié)點單元13b、有線通信單元13c、網絡管理單元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、網絡管理單元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都與網關主體單元13a相連接，并在網關主體單元13a的驅動下進行工作。

中心節(jié)點單元13b集成在網關主體單元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集成在網關主體單元13a中，用于與工業(yè)網關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)網關13，或者，以有線方式接收工業(yè)網關13發(fā)送來的監(jiān)控指令信息。

網絡管理單元13d可以增加、刪除以及修改節(jié)點裝置11及其參數(shù)信息(包括網絡ID、設備地址、頻點等信息)；可以在節(jié)點裝置11發(fā)送入網請求信息時分配入網私有密鑰便于該節(jié)點裝置11入網，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集成在網關主體單元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)網關13發(fā)送來的監(jiān)控指令信息進行存儲。

時鐘電路單元13f集成在網關主體單元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集成在網關主體單元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換為子網管理裝置12工作所需的額定工作電壓，并提供給網關主體單元13a。

報警單元13h集成在網關主體單元13a中，用于在智能設備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：它包含自動入網機制、MESH組網機制、時間同步機制以及跳頻機制。具體地，

自動入網機制為：

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

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

MESH組網機制為：

每個節(jié)點裝置11的通信部的網絡層協(xié)議中預先設定了多個通信鏈路，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格狀網絡(即MESH自組網機制)，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，也能夠實現(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)據信息發(fā)送至子網管理裝置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的時鐘信息與子網管理裝置12的時鐘信息保持一致，便于子網管理裝置12中的網絡管理單元13d對所有的節(jié)點裝置11進行網絡管理，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：

基于網絡管理單元13d對節(jié)點裝置11所進行入網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)網關13以有線方式與子網管理裝置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)網關13接收到子網管理裝置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)議轉換處理，然后將轉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)網關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)議轉換處理，然后將轉換處理后的監(jiān)控指令信息發(fā)送至子網管理裝置12中。

圖3是本發(fā)明的實施例一中工業(yè)網關的結構框圖。

如圖3所示，工業(yè)網關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)議及其對應的解析規(guī)則。

協(xié)議解析轉換單元14e基于存儲的通信協(xié)議對收發(fā)信息進行協(xié)議解析和轉換處理。即、協(xié)議解析轉換單元14e用于對子網管理裝置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換為子網管理裝置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，基于上述具體結構，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發(fā)給子網管理裝置12，然后進入步驟S1-4；

步驟S1-4：

子網管理裝置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)網關13，然后進入步驟S1-6；

步驟S1-6：

有線通信單元14a接收子網管理裝置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)送給子網管理裝置12，然后進入步驟S2-4；

步驟S2-4：

子網管理裝置12接收工業(yè)網關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根據接收到的監(jiān)控指令信息控制智能設備30進行相應的運轉，然后進入結束狀態(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

根據本實施例一所涉及的工業(yè)通信系統(tǒng)，因為十個智能設備所對應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管理裝置相通信連接，子網管理裝置再通過有線方式與工業(yè)網關相通信連接，由工業(yè)網關與云處理終端進行通信連接，因而，僅設置一個工業(yè)網關就能夠實現(xiàn)云處理終端設置與在現(xiàn)場的所有智能設備進行通信，大大降低了成本。并且，云處理終端只需通過一個工業(yè)盒子就能夠對所有的智能設備下發(fā)監(jiān)控指令，和獲取所有智能設備的運行情況，監(jiān)控管理過程既簡單又高效，非常適用于工業(yè)領域。

<實施例二>

在本實施例二中，對于和實施例一中相同的結構，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)的結構示意圖。

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與設置在工業(yè)現(xiàn)場運行的十個智能設備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)網關13’。

工業(yè)網關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)網關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)網關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)議轉換處理，然后將處理后的監(jiān)控指令信息下發(fā)給相應的節(jié)點裝置11。

圖7是本發(fā)明的實施例二中子網管理裝置的結構框圖。

如圖7所示，工業(yè)網關13’包括中心(AP)節(jié)點單元13a’、網絡管理單元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。

網絡管理單元13b’可以增加、刪除以及修改節(jié)點裝置11及其參數(shù)信息(包括網絡ID、設備地址、頻點等信息)；可以在節(jié)點裝置11發(fā)送入網請求信息時分配入網私有密鑰便于該節(jié)點裝置11入網，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)議及其對應的解析規(guī)則。

協(xié)議解析轉換單元13g’基于存儲的通信協(xié)議對收發(fā)信息進行協(xié)議解析和轉換處理。即、協(xié)議解析轉換單元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換為工業(yè)網關13’工作所需的額定工作電壓，并提供給中心節(jié)點單元13a’、網絡管理單元13b’、中心(AP)節(jié)點單元13a’、網絡管理單元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’、網絡管理單元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：它包含自動入網機制、MESH組網機制、時間同步機制以及跳頻機制。具體地，

自動入網機制為：

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

進一步，待入網的節(jié)點裝置11對預定范圍內的其它節(jié)點裝置11發(fā)出的廣播信息進行偵聽，當收到信息后，它就將其入網請求信息經由被偵聽到的節(jié)點裝置11發(fā)送至工業(yè)網關13’，工業(yè)網關13’收到該入網請求信息后，將入網私有密鑰發(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，最后再將通信密鑰發(fā)送給該節(jié)點裝置11。

MESH組網機制為：

每個節(jié)點裝置11的通信部的網絡層協(xié)議中預先設定了多個通信鏈路，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格狀網絡(即MESH自組網機制)，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，也能夠實現(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)據信息發(fā)送至工業(yè)網關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)網關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)網關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)網關13’的時鐘信息保持一致，便于工業(yè)網關13’中的網絡管理單元13b’對所有的節(jié)點裝置11進行網絡管理，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：

基于網絡管理單元13b’對節(jié)點裝置11所進行入網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)網關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，基于上述具體結構，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發(fā)給工業(yè)網關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根據接收到的監(jiān)控指令信息控制智能設備30進行相應的運轉，然后進入結束狀態(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

根據本實施例二所涉及的工業(yè)通信系統(tǒng)和工業(yè)網關，與實施例一中一樣，也僅設置一個工業(yè)網關就能夠實現(xiàn)云處理終端設置與在現(xiàn)場的所有智能設備進行通信，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)網關中，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)網關能夠直接與節(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)的結構更為簡單，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置在智能設備外部，本發(fā)明中，信息采集控制器也可以是集成在智能設備內部，作為智能設備的一部分。

另外，在上述兩種實施方式中，工業(yè)網關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)網關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，可以根據實際應用的每個節(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)量來進行調整。