一种工业自动化控制系统及方法与流程

专利2022-05-09  1



1.本发明涉及自动化技术领域,特别是涉及一种工业自动化控制系统及方法。


背景技术:

2.工业自动化是在工业生产中广泛采用自动控制、自动调整装置,用以代替人工操纵机器和机器体系进行加工生产的趋势。在工业生产自动化条件下,人只是间接地照管和监督机器进行生产。工业自动化,按其发展阶段可分为:(1)半自动化。即部分采用自动控制和自动装置,而另一部分则由人工操作机器进行生产。(2)全自动化。指生产过程中全部工序,包括上料、下料、装卸等,都不需要人直接进行生产操作(人只是间接地看管和监督机器运转),而由机器连续地、重复地自动生产出一个或一批产品。
3.工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术,对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策,达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性高技术,包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一,主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业,都必须依靠自动化技术的应用。自动化系统本身并不直接创造效益,但它对企业生产过程起着明显的提升作用:
4.(1)提高生产过程的安全性;
5.(2)提高生产效率;
6.(3)提高产品质量;
7.(4)减少生产过程的原材料、能源损耗。
8.据国际权威咨询机构统计,对自动化系统投入和企业效益方面提升产出比约1:4至1:6之间。特别在资金密集型企业中,自动化系统占工业设备总投资10%以下,起到“四两拨千金”的作用。传统的工业自动化系统即机电一体化系统主要是对工业设备和生产过程的控制,即由机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、驱动部分、控制及信息处理单元、接口等硬件元素,在软件程序和电子电路逻辑的有目的的信息流引导下,相互协调、有机融合和集成,形成物质和能量的有序规则运动,从而组成工业自动化系统或产品。
9.在工业自动化领域,传统的控制系统经历了继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统和集散式控制系统dcs的发展历程。
10.随着控制技术、计算机、通信、网络等技术的发展,信息交互沟通的领域正迅速覆盖从工厂的现场工业设备层到控制、管理各个层次。工业控制机系统一般是指对工业生产过程及其机电工业设备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术工具(包括自动测量仪表、控制装置)的总称。今天,对自动化最简单的理解也转变为:用广义的机器(包括计算机)来部分代替或完全取代或超越人的体力。
11.现有的工业自动化技术控制系统软件,往往只进行单纯的控制,缺乏根据实时的运行状态进行反馈的过程,使得整个控制过程非常机械化,且控制的效率也大打折扣。


技术实现要素:

12.鉴于此,本发明的目的是提供一种工业自动化控制系统及方法,具有控制效率高和实时性高的优点。
13.为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
14.一种工业自动化控制系统,包括:安装在工厂内的信息采集单元、与所述信息采集单元相通讯的工业控制单元、与所述工业控制单元相连接的通讯单元、安装在工厂内且与所述工业控制单元相通讯的执行单元、分别与所述通讯单元相通讯的远程云服务器和人机交互单元以及与所述远程云服务器相通讯且与所述通讯单元相连接的数据分析单元;所述数据分析单元包括:数据库服务模块,其包括存储从不同的工业设备收集的数据的数据存储子系统,且其中所述数据被存储在使用基元来对所述数据分类的元结构中;以及分析引擎,其用于分析所述数据以根据所存储的一组规则确定由所述元结构定义的所述数据是否满足预定标准。
15.进一步的,所述基元包括工业设备类型、工业设备实例和数据类型,其中工业设备类型确定作为所述数据的源的工业设备的类型,工业设备实例识别在作为所述数据的所述源的工业设备类型内的特定工业设备,且数据类型指示所存储的数据的性质。
16.进一步的,所述工业设备类型包括构成所述数据的所述源的所述工业设备的状态;所述规则存储在形成部分所述数据库服务模块的数据库中。
17.进一步的,所述系统还包括安装在工厂内且与所述远程云服务器相通讯的监视单元;所述远程云服务器安装在远端控制室内,且其通过互联网与多种客户端相通讯。
18.进一步的,所述信息采集单元包括相互独立的空气温度传感器、光照强度传感器、风向/风速传感器、温度传感器、c02浓度传感器和湿度传感器。
19.一种工业自动化控制方法,所述方法执行以下步骤:步骤1:采集工厂内的环境信息和工厂内设备的运行信息;步骤2:对采集到的信息进行数据分析,判断工厂运行状态,并进行反馈。
20.进一步的,所述进行数据分析的方法执行以下步骤:在正在进行的基础上收集来自不同的工业设备的数据;将所收集的数据以使用基元来对所述数据分类的元结构存储在数据库服务模块的数据存储子系统中;以及分析所述数据以根据所存储的一组规则来确定由所述元结构定义的所述数据是否满足预定标准;所述基元包括工业设备类型、工业设备实例和数据类型,其中工业设备类型确定作为所述数据的源的工业设备的类型,工业设备实例识别在作为所述数据的所述源的工业设备类型内的特定工业设备,且数据类型指示所存储的数据的性质;所述工业设备类型包括构成所述数据的所述源的所述工业设备的状态。
21.进一步的,所述分析引擎确定哪些规则运行、以什么顺序和对照什么类型的工业设备或设备实例以及这些规则被处理的频率。
22.与现有技术相比,本发明实现的有益效果:本发明的工业自动化控制系统除了能够进行工业自动化控制以外,还能分析实时的运行数据和环境数据,从而更加有效率的进行工业自动化控制。
附图说明
23.以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明:
24.图1为本发明实施例公开的工业自动化控制系统的系统结构示意图。
25.图2为本发明实施例公开的工业自动化控制方法的方法流程示意图。
具体实施方式
26.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
27.请参阅图1。须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用于配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用于限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用于限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
28.实施例1
29.一种工业自动化控制系统,包括:安装在工厂内的信息采集单元、与所述信息采集单元相通讯的工业控制单元、与所述工业控制单元相连接的通讯单元、安装在工厂内且与所述工业控制单元相通讯的执行单元、分别与所述通讯单元相通讯的远程云服务器和人机交互单元以及与所述远程云服务器相通讯且与所述通讯单元相连接的数据分析单元;所述数据分析单元包括:包括:数据库服务模块,其包括存储从不同的工业设备收集的数据的数据存储子系统,且其中所述数据被存储在使用基元来对所述数据分类的元结构中;以及分析引擎,其用于分析所述数据以根据所存储的一组规则确定由所述元结构定义的所述数据是否满足预定标准。
30.具体的,控制网络的发展,其基本趋势是逐渐趋向于开放性、透明的通讯协议。上述出现的问题,根本原因在于现场总线的开放性是有条件的、不彻底的。以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以在商业系统中被广泛采用。近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。现场总线由于种类繁多,互不兼容,尚不能满足这一要求。而以太网的tcp/ip协议的开放性使得在工控领域通讯这一关键环节具有无可比拟的优势。
31.实施例2
32.在上一实施例的基础上,所述基元包括工业设备类型、工业设备实例和数据类型,其中工业设备类型确定作为所述数据的源的工业设备的类型,工业设备实例识别在作为所述数据的所述源的工业设备类型内的特定工业设备,且数据类型指示所存储的数据的性质。
33.具体的,数据分析是指用适当的统计分析方法对收集来的大量数据进行分析,将它们加以汇总和理解并消化,以求最大化地开发数据的功能,发挥数据的作用。数据分析是
为了提取有用信息和形成结论而对数据加以详细研究和概括总结的过程。
34.数据分析的数学基础在20世纪早期就已确立,但直到计算机的出现才使得实际操作成为可能,并使得数据分析得以推广。数据分析是数学与计算机科学相结合的产物。
35.实施例3
36.在上一实施例的基础上,所述工业设备类型包括构成所述数据的所述源的所述工业设备的状态;所述规则存储在形成部分所述数据库服务模块的数据库中。
37.实施例4
38.在上一实施例的基础上,所述系统还包括安装在工厂内且与所述远程云服务器相通讯的监视单元;所述远程云服务器安装在远端控制室内,且其通过互联网与多种客户端相通讯。
39.实施例5
40.在上一实施例的基础上,所述信息采集单元包括相互独立的空气温度传感器、光照强度传感器、风向/风速传感器、温度传感器、c02浓度传感器和湿度传感器。
41.实施例6
42.一种工业自动化控制方法,所述方法执行以下步骤:步骤1:采集工厂内的环境信息和工厂内设备的运行信息;步骤2:对采集到的信息进行数据分析,判断工厂运行状态,并进行反馈。
43.实施例7
44.在上一实施例的基础上,所述进行数据分析的方法执行以下步骤:在正在进行的基础上收集来自不同的工业设备的数据;将所收集的数据以使用基元来对所述数据分类的元结构存储在数据库服务模块的数据存储子系统中;以及分析所述数据以根据所存储的一组规则来确定由所述元结构定义的所述数据是否满足预定标准;所述基元包括工业设备类型、工业设备实例和数据类型,其中工业设备类型确定作为所述数据的源的工业设备的类型,工业设备实例识别在作为所述数据的所述源的工业设备类型内的特定工业设备,且数据类型指示所存储的数据的性质;所述工业设备类型包括构成所述数据的所述源的所述工业设备的状态。
45.具体的,在线数据分析也称为联机分析处理,用来处理用户的在线请求,它对响应时间的要求比较高(通常不超过若干秒)。与离线数据分析相比,在线数据分析能够实时处理用户的请求,允许用户随时更改分析的约束和限制条件。与离线数据分析相比,在线数据分析能够处理的数据量要小得多,但随着技术的发展,当前的在线分析系统已经能够实时地处理数千万条甚至数亿条记录。传统的在线数据分析系统构建在以关系数据库为核心的数据仓库之上,而在线大数据分析系统构建在云计算平台的nosql系统上。如果没有大数据的在线分析和处理,则无法存储和索引数量庞大的互联网网页,就不会有当今的高效搜索引擎,也不会有构建在大数据处理基础上的微博、博客、社交网络等的蓬勃发展。
46.实施例8
47.在上一实施例的基础上,所述分析引擎确定哪些规则运行、以什么顺序和对照什么类型的工业设备或设备实例以及这些规则被处理的频率。
48.需要说明的是,上述实施例提供的系统,仅以上述各功能单元的划分进行举例说明,在实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元来完成,即将本发明
实施例中的单元或者步骤再分解或者组合,例如,上述实施例的单元可以合并为一个单元,也可以进一步拆分成多个子单元,以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的单元、步骤的名称,仅仅是为了区分各个单元或者步骤,不视为对本发明的不当限定。
49.所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
50.本领域技术人员应该能够意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元、方法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,软件单元、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd~rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
51.术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
52.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者工业设备/装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其它要素,或者还包括这些过程、方法、物品或者工业设备/装置所固有的要素。
53.至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
54.以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。
55.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征:
1.一种工业自动化控制系统,其特征在于,所述系统包括:安装在工厂内的信息采集单元、与所述信息采集单元相通讯的工业控制单元、与所述工业控制单元相连接的通讯单元、安装在工厂内且与所述工业控制单元相通讯的执行单元、分别与所述通讯单元相通讯的远程云服务器和人机交互单元以及与所述远程云服务器相通讯且与所述通讯单元相连接的数据分析单元;所述数据分析单元包括:数据库服务模块,其包括存储从不同的工业设备收集的数据的数据存储子系统,且其中所述数据被存储在使用基元来对所述数据分类的元结构中;以及分析引擎,其用于分析所述数据以根据所存储的一组规则确定由所述元结构定义的所述数据是否满足预定标准。2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述基元包括工业设备类型、工业设备实例和数据类型,其中工业设备类型确定作为所述数据的源的工业设备的类型,工业设备实例识别在作为所述数据的所述源的工业设备类型内的特定工业设备,且数据类型指示所存储的数据的性质。3.如权利要求2所述的系统,其特征在于,所述工业设备类型包括构成所述数据的所述源的所述工业设备的状态;所述规则存储在形成部分所述数据库服务模块的数据库中。4.如权利要求3所述的系统,其特征在于,所述系统还包括安装在工厂内且与所述远程云服务器相通讯的监视单元;所述远程云服务器安装在远端控制室内,且其通过互联网与多种客户端相通讯。5.如权利要求4所述的系统,其特征在于:所述信息采集单元包括相互独立的空气温度传感器、光照强度传感器、风向/风速传感器、温度传感器、c02浓度传感器和湿度传感器。6.一种基于权利要求1至5之一所述系统的方法,其特征在于,所述方法执行以下步骤:步骤1:采集工厂内的环境信息和工厂内设备的运行信息;步骤2:对采集到的信息进行数据分析,判断工厂运行状态,并进行反馈。7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述进行数据分析的方法执行以下步骤:在正在进行的基础上收集来自不同的工业设备的数据;将所收集的数据以使用基元来对所述数据分类的元结构存储在数据库服务模块的数据存储子系统中;以及分析所述数据以根据所存储的一组规则来确定由所述元结构定义的所述数据是否满足预定标准;所述基元包括工业设备类型、工业设备实例和数据类型,其中工业设备类型确定作为所述数据的源的工业设备的类型,工业设备实例识别在作为所述数据的所述源的工业设备类型内的特定工业设备,且数据类型指示所存储的数据的性质;所述工业设备类型包括构成所述数据的所述源的所述工业设备的状态。8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述分析引擎确定哪些规则运行、以什么顺序和对照什么类型的工业设备或设备实例以及这些规则被处理的频率。
技术总结
本发明公开了一种工业自动化控制系统及方法,涉及自动化技术领域,所述系统包括:安装在工厂内的信息采集单元、与所述信息采集单元相通讯的工业控制单元、与所述工业控制单元相连接的通讯单元、安装在工厂内且与所述工业控制单元相通讯的执行单元、分别与所述通讯单元相通讯的远程云服务器和人机交互单元以及与所述远程云服务器相通讯且与所述通讯单元相连接的数据分析单元;所述数据分析单元包括:包括:数据库服务模块,其包括存储从不同的工业设备收集的数据的数据存储子系统,且其中所述数据被存储在使用基元来对所述数据分类的元结构中。具有控制效率高和实时性高的优点。具有控制效率高和实时性高的优点。具有控制效率高和实时性高的优点。


技术研发人员:杨斌
受保护的技术使用者:常州市安丰自动化设备有限公司
技术研发日:2019.12.31
技术公布日:2021/7/15

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