一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统的制作方法
一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工业数据采集系统，尤其涉及一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统。
【背景技术】
[0002]随着计算技术和通信技术的不断演进，工业领域迎来新一轮的技术变革一工业4.0。工业4.0是一个复杂的系统工程，而在该系统的最底层，需要解决机联网和数据采集问题。
[0003]工业现场分布着大量的机器和传感器，然而，这些设备实时地产生海量的数据，但由于技术、成本等诸多因素的限制，目前工业企业大部分的机器和传感器并没有联网，海量的数据被禁锢在现场设备中。要实现工业4.0，首先要解决这些数据的采集问题。然而，不同于一般的数据采集，工业数据的采集有着以下特点:工业现场的干扰源多，干扰强，对通信网络的可靠性要求高;工业现场的设备呈现分布式特点，需要布设的采集点多；工业现场的不同厂牌的设备接口标准不统一，存在多种通信协议;工业现场的数据总量极大，但单个点的数据量有限;工业现场的数据多用来实现闭环控制，系统优化与调度，对数据的实时性要求高;工业应用对数据的安全性要求高。
[0004]现有技术中主要分为有线数据采集和无线数据采集技术两种，有线数据采集技术多采用工业现场总线技术和工业以太网实现设备互联，并且较为成熟，也可以满足工业数据的采集问题，但有线数据采集技术需要专业的工程设计和线路敷设，安装成本较高，且系统一旦部署完成，需要改动便会十分繁琐，而且系统的可扩展性较差。
[0005]无线数据采集技术是近年来出现的新兴技术，但目前大部分的解决方案还是基于WLAN、ZigBee等消费级无线通信技术，这些技术其实并完全不适用于工业应用场景，而且网络的可靠性，安全性，功耗等方面都不能满足工业应用的要求。
【发明内容】
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，该发明能够有效解决机器和传感器的联网以及分布式工业数据的实时采集问题，此夕卜，还降低了工业数据采集的复杂度和成本并且提高了工业数据采集系统的灵活性和可扩展性，最终实现了工厂的远程在线管理，帮助企业实现智能制造。
[0007]本发明提供了一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，其特征在于:所述的工业实时数据采集系统包括无线适配器、智能网关、智能终端，所述的无线适配器与分布在工业现场的设备进行物理连接，所述的无线适配器包含工业现场设备的读写引擎模块，所述的无线适配器对所述的设备产生的实时数据进行预处理、封装和加密并转换成兼容HART协议的数据格式；其中，所述的无线适配器之间组成子网，所述的设备在子网内互操作，所述的子网分别由多个智能网关进行网络资源的调度以及网络管理和维护;其中，所述的多个智能网关之间通过Ethernet进行通信，动态调整子网结构，均衡网络负载;所述的智能终端显示工业现场产生的实时数据。
[0008]优选地，所述的无线适配器与电池连接，采用电池供电。
[0009]优选地，所述的无线适配器采用wireless HART通信协议组网。
[0010]优选地，所述的工业实时数据采集系统还包括有本地服务器或者云端服务器，存储工业现场的实时数据。
[0011]本发明的技术方案具有以下技术效果:无需专业的工程设计和线路敷设，降低安装成本，维护简单；系统采用的Wireless HART符合国际工业无线通信标准;采用模块化设计思路，系统具有高度的可扩展性;网络可靠性更高，健壮性更强;节点采用电池供电，功耗极低;无线适配器包含设备的读写引擎，既可以获取设备状态，也可以对设备进行配置。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统的结构图。
【具体实施方式】
[0013]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0014]工业网络的堆栈结构总体可以分为硬件设计层和软件设计层。在硬件设计层，本发明的工业实时数据采集系统采用无线方案代替有线方案，以更简单、高效的方式实现设备互联;在软件设计层，基于现场设备产生的海量数据，采用大数据分析技术，通过历史数据分析建立预测模型，通过实时数据分析预测生产状态，并根据生产状态变化智能调节加工程序，优化生产过程，提高生产效率。
[0015]如图1所示，本发明提供了一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，所述的工业实时数据采集系统包括无线适配器、智能网关、智能终端，所述的无线适配器与分布在工业现场的设备进行物理连接，所述的无线适配器包含工业现场设备的读写引擎模块，所述的无线适配器对所述的设备产生的实时数据进行预处理、封装和加密并转换成兼容HART协议的数据格式;其中，所述的无线适配器之间组成子网，所述的设备在子网内互操作，所述的子网分别由多个智能网关进行网络资源的调度以及网络管理和维护;其中，所述的多个智能网关之间通过Ethernet进行通信，动态调整子网结构，均衡网络负载;所述的智能终端显示工业现场产生的实时数据。
[0016]所述的无线适配器采用电池供电，无需敷设电线和通讯线路，真正意义上实现无线组网。
[0017]所述的无线适配器采用wireless HART通信协议组网。wireless HART协议是全球第一个开放式的可互操作无线通信标准，用于满足流程工业对于实时工厂应用中可靠、稳定和安全的无线通信的关键需求。该协议于2008年9月19日正式获得国际电工标准委员会(IEC)的认可，并于2014年5月8日被中国工业部标准化管理委员会认定为国家标(GB/T29910.1-6-2013)。
[0018]Wireless HART是基于有线HART协议发展起来的无线网状网络通信协议，而HART协议被认为是真正意义上的工业智能设备全球第一标准。HART基金会的数据表明，2012年在全球已安装的7480万智能设备中，HART设备多达3710万台，占比高达49.6 %。企业已有有线HART仪表也可以通过无线适配器接入wire less HART无线网络，这一特点使得wirelessHART网络与现有自动化体系具备良好的兼容性。
[0019]所述的工业实时数据采集系统还包括有本地服务器和云端服务器，存储工业现场的实时数据。
[0020]本发明的工业实时数据采集系统安装和调试简单，除网关外所有的产品均采用电池供电和无线网络方式通信，产品安装时无需事先工程设计、现场调研或专门调试;容易集成和部署:传感器节点都可以自动组网，网络中加入新的节点时无需重新配置网络，因此产品非常容易集成和部署;通过wireless HART网关，无线网络可以与客户现有的有线网络无缝整合，接入客户已有的自动化体系结构;高度的扩展性:无线网络的规模可以根据客户实际需求灵活变化，网络规模理论上没有上限；超高可靠性:网络的可靠性高达99.9%;低功耗:传感器节点功耗极低，待机时间可达1?10年;集成度高:单一传感器节点集成温度、湿度、压力等多维度采集功能，进一步提高了系统的集成度，为客户节约了成本;灵活性:借助于wireless HART-LTE网关，系统可以在工业总线及以太网覆盖范围以外的地方部属与应用。
[0021]因此，本发明的工业实时数据采集系统是一种更智能、更简单的设备互联解决方案，通过采用本发明的技术方案方案，无需工程设计和线路敷设，便可以实现设备互联，相较于有线方案可以节省约90%的安装成本。本发明技术方案的智能分析系统通过大数据分析技术，对历史数据和实时数据进行分析，帮助用户实现生产过程优化和设备预测性维护，最终达到提高产品质量，降低维护成本，提高企业经济效益的目的。
[0022]基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。
【主权项】
1.一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，其特征在于:所述的工业实时数据采集系统包括无线适配器、智能网关、智能终端，所述的无线适配器与分布在工业现场的设备进行物理连接，所述的无线适配器包含工业现场设备的读写引擎模块，所述的无线适配器对所述的设备产生的实时数据进行预处理、封装和加密并转换成兼容HART协议的数据格式；其中，所述的无线适配器之间组成子网，所述的设备在子网内互操作，所述的子网分别由多个智能网关进行网络资源的调度以及网络管理和维护;其中，所述的多个智能网关之间通过Ethernet进行通信，动态调整子网结构，均衡网络负载;所述的智能终端显示工业现场产生的实时数据。2.根据权利要求1所述的一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，其特征在于:所述的无线适配器与电池连接，采用电池供电。3.根据权利要求1所述的一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，其特征在于:所述的无线适配器采用wireless HART通信协议组网。4.根据权利要求1所述的一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，其特征在于:所述的工业实时数据采集系统还包括有本地服务器或者云端服务器，存储工业现场的实时数据。
【专利摘要】本发明公开了一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，工业实时数据采集系统包括无线适配器、智能网关、智能终端，无线适配器与分布在工业现场的设备进行物理连接，无线适配器包含工业现场设备的读写引擎模块，无线适配器对设备产生的实时数据进行预处理、封装和加密并转换成兼容HART协议的数据格式；无线适配器之间组成子网，设备在子网内互操作，子网分别由多个智能网关进行网络资源的调度以及网络管理和维护；多个智能网关之间通过Ethernet进行通信，动态调整子网结构，均衡网络负载；智能终端显示工业现场产生的实时数据。本发明有效解决分布式工业数据的实时采集问题，降低了采集的复杂度和成本，提高了采集系统的灵活性和可扩展性。
【IPC分类】G08C17/02, H04L29/08
【公开号】CN105488990
【申请号】CN201610079828
【发明人】李鹏飞, 胡尊亭, 赵俊涛
【申请人】苏州见微物联网科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年2月3日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工业数据采集系统，尤其涉及一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统。
【背景技术】
[0002]随着计算技术和通信技术的不断演进，工业领域迎来新一轮的技术变革一工业4.0。工业4.0是一个复杂的系统工程，而在该系统的最底层，需要解决机联网和数据采集问题。
[0003]工业现场分布着大量的机器和传感器，然而，这些设备实时地产生海量的数据，但由于技术、成本等诸多因素的限制，目前工业企业大部分的机器和传感器并没有联网，海量的数据被禁锢在现场设备中。要实现工业4.0，首先要解决这些数据的采集问题。然而，不同于一般的数据采集，工业数据的采集有着以下特点:工业现场的干扰源多，干扰强，对通信网络的可靠性要求高;工业现场的设备呈现分布式特点，需要布设的采集点多；工业现场的不同厂牌的设备接口标准不统一，存在多种通信协议;工业现场的数据总量极大，但单个点的数据量有限;工业现场的数据多用来实现闭环控制，系统优化与调度，对数据的实时性要求高;工业应用对数据的安全性要求高。
[0004]现有技术中主要分为有线数据采集和无线数据采集技术两种，有线数据采集技术多采用工业现场总线技术和工业以太网实现设备互联，并且较为成熟，也可以满足工业数据的采集问题，但有线数据采集技术需要专业的工程设计和线路敷设，安装成本较高，且系统一旦部署完成，需要改动便会十分繁琐，而且系统的可扩展性较差。
[0005]无线数据采集技术是近年来出现的新兴技术，但目前大部分的解决方案还是基于WLAN、ZigBee等消费级无线通信技术，这些技术其实并完全不适用于工业应用场景，而且网络的可靠性，安全性，功耗等方面都不能满足工业应用的要求。
【发明内容】
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，该发明能够有效解决机器和传感器的联网以及分布式工业数据的实时采集问题，此夕卜，还降低了工业数据采集的复杂度和成本并且提高了工业数据采集系统的灵活性和可扩展性，最终实现了工厂的远程在线管理，帮助企业实现智能制造。
[0007]本发明提供了一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，其特征在于:所述的工业实时数据采集系统包括无线适配器、智能网关、智能终端，所述的无线适配器与分布在工业现场的设备进行物理连接，所述的无线适配器包含工业现场设备的读写引擎模块，所述的无线适配器对所述的设备产生的实时数据进行预处理、封装和加密并转换成兼容HART协议的数据格式；其中，所述的无线适配器之间组成子网，所述的设备在子网内互操作，所述的子网分别由多个智能网关进行网络资源的调度以及网络管理和维护;其中，所述的多个智能网关之间通过Ethernet进行通信，动态调整子网结构，均衡网络负载;所述的智能终端显示工业现场产生的实时数据。
[0008]优选地，所述的无线适配器与电池连接，采用电池供电。
[0009]优选地，所述的无线适配器采用wireless HART通信协议组网。
[0010]优选地，所述的工业实时数据采集系统还包括有本地服务器或者云端服务器，存储工业现场的实时数据。
[0011]本发明的技术方案具有以下技术效果:无需专业的工程设计和线路敷设，降低安装成本，维护简单；系统采用的Wireless HART符合国际工业无线通信标准;采用模块化设计思路，系统具有高度的可扩展性;网络可靠性更高，健壮性更强;节点采用电池供电，功耗极低;无线适配器包含设备的读写引擎，既可以获取设备状态，也可以对设备进行配置。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统的结构图。
【具体实施方式】
[0013]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0014]工业网络的堆栈结构总体可以分为硬件设计层和软件设计层。在硬件设计层，本发明的工业实时数据采集系统采用无线方案代替有线方案，以更简单、高效的方式实现设备互联;在软件设计层，基于现场设备产生的海量数据，采用大数据分析技术，通过历史数据分析建立预测模型，通过实时数据分析预测生产状态，并根据生产状态变化智能调节加工程序，优化生产过程，提高生产效率。
[0015]如图1所示，本发明提供了一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，所述的工业实时数据采集系统包括无线适配器、智能网关、智能终端，所述的无线适配器与分布在工业现场的设备进行物理连接，所述的无线适配器包含工业现场设备的读写引擎模块，所述的无线适配器对所述的设备产生的实时数据进行预处理、封装和加密并转换成兼容HART协议的数据格式;其中，所述的无线适配器之间组成子网，所述的设备在子网内互操作，所述的子网分别由多个智能网关进行网络资源的调度以及网络管理和维护;其中，所述的多个智能网关之间通过Ethernet进行通信，动态调整子网结构，均衡网络负载;所述的智能终端显示工业现场产生的实时数据。
[0016]所述的无线适配器采用电池供电，无需敷设电线和通讯线路，真正意义上实现无线组网。
[0017]所述的无线适配器采用wireless HART通信协议组网。wireless HART协议是全球第一个开放式的可互操作无线通信标准，用于满足流程工业对于实时工厂应用中可靠、稳定和安全的无线通信的关键需求。该协议于2008年9月19日正式获得国际电工标准委员会(IEC)的认可，并于2014年5月8日被中国工业部标准化管理委员会认定为国家标(GB/T29910.1-6-2013)。
[0018]Wireless HART是基于有线HART协议发展起来的无线网状网络通信协议，而HART协议被认为是真正意义上的工业智能设备全球第一标准。HART基金会的数据表明，2012年在全球已安装的7480万智能设备中，HART设备多达3710万台，占比高达49.6 %。企业已有有线HART仪表也可以通过无线适配器接入wire less HART无线网络，这一特点使得wirelessHART网络与现有自动化体系具备良好的兼容性。
[0019]所述的工业实时数据采集系统还包括有本地服务器和云端服务器，存储工业现场的实时数据。
[0020]本发明的工业实时数据采集系统安装和调试简单，除网关外所有的产品均采用电池供电和无线网络方式通信，产品安装时无需事先工程设计、现场调研或专门调试;容易集成和部署:传感器节点都可以自动组网，网络中加入新的节点时无需重新配置网络，因此产品非常容易集成和部署;通过wireless HART网关，无线网络可以与客户现有的有线网络无缝整合，接入客户已有的自动化体系结构;高度的扩展性:无线网络的规模可以根据客户实际需求灵活变化，网络规模理论上没有上限；超高可靠性:网络的可靠性高达99.9%;低功耗:传感器节点功耗极低，待机时间可达1?10年;集成度高:单一传感器节点集成温度、湿度、压力等多维度采集功能，进一步提高了系统的集成度，为客户节约了成本;灵活性:借助于wireless HART-LTE网关，系统可以在工业总线及以太网覆盖范围以外的地方部属与应用。
[0021]因此，本发明的工业实时数据采集系统是一种更智能、更简单的设备互联解决方案，通过采用本发明的技术方案方案，无需工程设计和线路敷设，便可以实现设备互联，相较于有线方案可以节省约90%的安装成本。本发明技术方案的智能分析系统通过大数据分析技术，对历史数据和实时数据进行分析，帮助用户实现生产过程优化和设备预测性维护，最终达到提高产品质量，降低维护成本，提高企业经济效益的目的。
[0022]基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。
【主权项】
1.一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，其特征在于:所述的工业实时数据采集系统包括无线适配器、智能网关、智能终端，所述的无线适配器与分布在工业现场的设备进行物理连接，所述的无线适配器包含工业现场设备的读写引擎模块，所述的无线适配器对所述的设备产生的实时数据进行预处理、封装和加密并转换成兼容HART协议的数据格式；其中，所述的无线适配器之间组成子网，所述的设备在子网内互操作，所述的子网分别由多个智能网关进行网络资源的调度以及网络管理和维护;其中，所述的多个智能网关之间通过Ethernet进行通信，动态调整子网结构，均衡网络负载;所述的智能终端显示工业现场产生的实时数据。2.根据权利要求1所述的一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，其特征在于:所述的无线适配器与电池连接，采用电池供电。3.根据权利要求1所述的一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，其特征在于:所述的无线适配器采用wireless HART通信协议组网。4.根据权利要求1所述的一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，其特征在于:所述的工业实时数据采集系统还包括有本地服务器或者云端服务器，存储工业现场的实时数据。
【专利摘要】本发明公开了一种基于无线适配器的工业实时数据采集系统，工业实时数据采集系统包括无线适配器、智能网关、智能终端，无线适配器与分布在工业现场的设备进行物理连接，无线适配器包含工业现场设备的读写引擎模块，无线适配器对设备产生的实时数据进行预处理、封装和加密并转换成兼容HART协议的数据格式；无线适配器之间组成子网，设备在子网内互操作，子网分别由多个智能网关进行网络资源的调度以及网络管理和维护；多个智能网关之间通过Ethernet进行通信，动态调整子网结构，均衡网络负载；智能终端显示工业现场产生的实时数据。本发明有效解决分布式工业数据的实时采集问题，降低了采集的复杂度和成本，提高了采集系统的灵活性和可扩展性。
【IPC分类】G08C17/02, H04L29/08
【公开号】CN105488990
【申请号】CN201610079828
【发明人】李鹏飞, 胡尊亭, 赵俊涛
【申请人】苏州见微物联网科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年2月3日
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