基于嵌入式的远程PLC数据采集和预警系统技术方案

一种基于嵌入式的远程PLC数据采集和预警系统，包括：用于采集各个PLC设备工作参数与运行状态的信息的信息采集子系统；用于数据传输、指令转达、用户权限信息匹配的网络通讯子系统；用于对各个PLC设备的控制与管理，同时负责远程监控整个工厂运行状况的系统监控子系统。其中所述的信息采集子系统包括数据采集模块、远程控制模块和采集信息网络中间件模块，所述的网络通讯子系统包括权限管理模块和数据与控制信息传输模块，所述的网络监控子系统包括监控中心网络中间件、数据可视化模块和用户监控与管理模块。本发明专利技术可以有效的采集工厂内PLC设备实时数据信息和进行远程控制，并对实时数据信息进行大数据分析，预测PLC设备是否出现故障。

Remote PLC data acquisition and early warning system based on Embedded System

A remote PLC data acquisition and early warning system based on embedded system, including: information acquisition subsystem for collecting the information of working parameters and operation status of each PLC equipment; network communication subsystem for data transmission, instruction transfer and user authority information matching; system for controlling and managing each PLC equipment, and for remotely monitoring the operation status of the whole plant Unified monitoring subsystem. The information collection subsystem includes data collection module, remote control module and collection information network middleware module. The network communication subsystem includes authority management module and data and control information transmission module. The network monitoring subsystem includes monitoring center network middleware, data visualization module and user monitoring and management module. The invention can effectively collect real-time data information and remote control of PLC equipment in the factory, analyze big data of real-time data information, and predict whether PLC equipment has faults.

【技术实现步骤摘要】
基于嵌入式的远程PLC数据采集和预警系统
本专利技术属于工业自动化领域，尤其涉及通过嵌入式工控板实现对PLC的远程数据采集和预警功能领域。
技术介绍
在工业自动化行业，数据采集的应用场景主要发生在上位机系统与车间现场逻辑存储控制器PLC之间，数据采集的内容有很多，设备的运行状态信息、生产质量、设备运行参数数据等等，在传统的应用中，数据采集都是上位机系统或一些组态软件单方面的从PLC中读取相关数据，而不能下达指令。并且工厂存在不同品牌和型号的PLC，不同型号的PLC的数据报文格式不一样，这将会加大采集难度，工厂没有一个完善的数据库存储体系，会导致采集数据使用率不高。为了解决上述问题，一种集数据采集，数据存储，远程控制、数据分析于一体的数据管理与监控系统对工厂很重要。传统的工厂针对的只是某种特定型号的PLC进行数据采集，如果工厂有多种品牌的PLC，会给采集数据的工程师带来很大的困难，传统的PLC数据采集系统只能在现场通过以太网有线连接接入本地局域网，监控工厂内部的PLC设备，周开富提出了通过4G网络进行PLC远程控制模块(周开富通过4G网络进行PLC远程控制模块浙江；CN109164753A2018-11-09)，可以利用4G远程控制模块，将主机传过来的数据通过云端发送到数据库，可以实现足不出户就可以监控工厂设备。该系统虽然解决了可以远程连接数据库的部分，但是在采集数据以及远程控制方面并没有给出很好的解决方案。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种基于嵌入式的远程PLC数据采集和预警系统。首先本专利技术的核心是利用了嵌入式工控板对PLC设备进行数据采集和远程控制，并从大数据的角度对PLC设备的实时数据进行分析，预测出PLC设备当下是否发生故障，其次本专利技术在数据库存储部分采用了异构的存储方式，将数据上传到Redis用作缓存，将一部分历史数据首先进入Redis中，加快读取速率，如不能命中则进入MySQL中查询，Redis中的数据定时会将数据转存到Mysql数据库中保存起来，最后，本专利技术在数据与控制信息传输模块中，使用消息队列对数据与控制信息进行传输，将数据与控制信息放到对应的消息队列中，等待需要数据的模块提出请求，利用消息队列传输数据使得一致性问题得到了改善，实时性也更好。本专利技术为解决现有技术问题所采用的的技术方案是：一种基于嵌入式的远程PLC数据采集和预警系统，其特征在于：工厂的PLC设备和嵌入式工控机通过以太网方式连接，嵌入式工控板通过板载无线或4G连上网络与网络中间件进行双向通讯，所述的基于嵌入式的远程PLC数据采集和预警系统有三个子系统，分别是用于采集各个PLC设备工作参数与运行状态的信息采集子系统，用于数据传输、指令转达、用户权限信息匹配的网络通讯子系统，用于对各个PLC设备的控制与管理，同时负责远程监控整个工厂运行状况的系统监控子系统；信息采集子系统、网络通讯子系统和系统监控子系统分别与网络中间件双向通讯连接。所述信息采集子系统包括：数据采集模块，用于采集PLC设备的工作参数和用户设定的数据信息，所述的工作参数包括电流、电压、温度，并根据所述工作参数判断其运行状态是否正常；若运行状态异常，则采集信息网络中间件模块经由网络通讯子系统，向系统监控子系统提供报警信息；若运行状态正常，则把采集到的所有工作参数信息和用户设定的数据信息，经由网络通讯子系统，向系统监控子系统上传数据采集信息；远程控制模块，用于通过采集信息网络中间件接收来自系统监控子系统的控制指令，并根据指令的相关内容对PLC设备进行远程控制；采集信息网络中间件模块，用于完成上、下行通信任务；所述的上行通讯任务为：将数据采集模块获得的数据按照通讯协议报文格式封装成为数据分组，经由网络通讯子系统上传至系统控制子模块；所述的下行通讯任务为：通过网络通讯子系统获得来自系统控制子系统的控制指令，然后根据通讯协议的报文格式进行拆分，下达至远程控制模块，完成对应PLC设备的控制任务；所述网络通讯子系统包括：权限管理模块，接收来自系统监控子系统中用户监控与管理模块传输的用户登录请求，输出为对用户的请求进行审核；其内部存储用户的各项相关权限，包括动态码发放，行为合法性验证，连接证书生成及发放策略，其中保存了所有设备的基础证书，并会根据链接需求以及其权限程度基于不同的客户生成连接证书并给予发放；数据与控制信息传输模块，用于通过网络进程通讯的方法实现对PLC设备的实时数据与控制信息的传输，接收来自信息采集子系统中数据采集模块的工作参数数据，经过此模块将这些数据传输到系统监控子模块；接收来自系统监控子系统的用户监控与管理模块的控制信息，经过此模块将控制信息传输到信息采集子系统的远程控制模块；所述系统监控子系统包括：监控中心网络中间件，用于各PLC设备的控制的系统服务调配中心，根据控制信息所携带的参数完成对应的控制任务；接收网络通讯子系统上传的实时数据和控制信息；实时数据信息传输到数据可视化模块和用户监控与管理模块，控制信息传输到用户监控与管理模块；数据可视化模块，用于接收监控中心网络中间件传输的实时数据信息，通过表格、曲线图将数据清晰的显示出来；接收来自用户监控与管理模块的PLC设备出现故障信息，显示先可视化界面上，并上传到数据库保存起来；用户监控与管理模块，由运行状态分析子模块和用户登录子模块组成，所述运行状态分析子模块，接收来自网络通讯子系统的数据与控制信息传输模块的PLC设备的实时数据和控制信息，经过对实时数据和控制信息的分析，若分析结果显示PLC设备异常，则经由数据可视化模块，提示用户PLC设备发生故障；所述用户登录子模块，在用户登录时，登录请求传输网络通讯子系统的权限管理模块；本专利技术的优点和积极效果是：1.基于嵌入式的远程PLC数据采集、处理和上传方法，设备布局简单方便、系统稳定、兼容性高，且支持多平台数据显示功能。2.网络技术中间件技术的引入是的系统结构明细。实现整个网络可配置，可定制化操作。3.具有设备预警功能，在设备出现故障或出现故障之前发出通知，减少因设备停机对工厂造成的巨大损失。4.采集数据信息和控制信息采用消息队列的形式传输，实时性较好。本专利技术设计了数据可视化界面，相较于传统的依靠人工注视设备更加的简洁，并且可以远程接入工厂局域网，达到设备本地化操作的效果，当PLC出现故障时，云端将会给用户发送预警信息，提醒用户需对设备进行维护，当现场工程师给指定人员权限后，指定人员便可在远程对PLC设备进行调试。使工厂做到真正的智能化。附图说明图1为本专利技术的系统原理框图。图2为本专利技术的系统硬件图。具体实施方式以下为结合附图对本专利技术的实施做进一步详述。参照图1和图2，一种基于嵌入式的远程PLC数据采集和预警系统，由信息采集子系统、网络通讯子系统、系统监控子系统组成，其中信息采集子系统用于采集各个PLC设备工作参数与运行状态的信息；网络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于嵌入式的远程PLC数据采集和预警系统，其特征在于：工厂的PLC设备和嵌入式工控机通过以太网方式连接，嵌入式工控板通过板载无线或4G连上网络与网络中间件进行双向通讯，所述的基于嵌入式的远程PLC数据采集和预警系统有三个子系统，分别是用于采集各个PLC设备工作参数与运行状态的信息采集子系统，用于数据传输、指令转达、用户权限信息匹配的网络通讯子系统，用于对各个PLC设备的控制与管理，同时负责远程监控整个工厂运行状况的系统监控子系统；信息采集子系统、网络通讯子系统和系统监控子系统分别与网络中间件双向通讯连接；/n所述信息采集子系统包括：/n数据采集模块，用于采集PLC设备的工作参数和用户设定的数据信息，所述的工作参数包括电流、电压、温度，并根据所述工作参数判断其运行状态是否正常；若运行状态异常，则通过采集信息网络中间件模块，经由网络通讯子系统，向系统监控子系统提供报警信息；若运行状态正常，则把采集到的所有工作参数信息和用户设定的数据信息，经由网络通讯子系统，向系统监控子系统上传数据采集信息；/n远程控制模块，用于通过采集信息网络中间件接收来自系统监控子系统的控制指令，并根据指令的相关内容对PLC设备进行远程控制；/n采集信息网络中间件模块，用于完成上、下行通信任务；所述的上行通讯任务为：将数据采集模块获得的数据按照通讯协议报文格式封装成为数据分组，经由网络通讯子系统上传至系统控制子模块；所述的下行通讯任务为：通过网络通讯子系统获得来自系统控制子系统的控制指令，然后根据通讯协议的报文格式进行拆分，下达至远程控制模块，完成对应PLC设备的控制任务；/n所述网络通讯子系统包括：/n权限管理模块，接收来自系统监控子系统中用户监控与管理模块传输的用户登录请求，输出为对用户的请求进行审核；其内部存储用户的各项相关权限，包括动态码发放，行为合法性验证，连接证书生成及发放策略，其中保存了所有设备的基础证书，并会根据链接需求以及其权限程度基于不同的客户生成连接证书并给予发放；/n数据与控制信息传输模块，用于通过网络进程通讯的方法实现对PLC设备的实时数据与控制信息的传输，接收来自信息采集子系统中数据采集模块的工作参数数据，经过此模块将这些数据传输到系统监控子模块；接收来自系统监控子系统的用户监控与管理模块的控制信息，经过此模块将控制信息传输到信息采集子系统的远程控制模块；/n所述系统监控子系统包括：/n监控中心网络中间件，用于各PLC设备的控制的系统服务调配中心，根据控制信息所携带的参数完成对应的控制任务；接收网络通讯子系统上传的实时数据和控制信息；实时数据信息传输到数据可视化模块和用户监控与管理模块，控制信息传输到用户监控与管理模块；/n数据可视化模块，用于接收监控中心网络中间件传输的实时数据信息，通过表格、曲线图将数据清晰的显示出来；接收来自用户监控与管理模块的PLC设备出现故障信息，显示先可视化界面上，并上传到数据库保存起来；/n用户监控与管理模块，由运行状态分析子模块和用户登录子模块组成，所述运行状态分析子模块，接收来自网络通讯子系统的数据与控制信息传输模块的PLC设备的实时数据和控制信息，经过对实时数据和控制信息的分析，若分析结果显示PLC设备异常，则经由数据可视化模块，提示用户PLC设备发生故障；所述用户登录子模块，在用户登录时，登录请求传输网络通讯子系统的权限管理模块。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于嵌入式的远程PLC数据采集和预警系统，其特征在于：工厂的PLC设备和嵌入式工控机通过以太网方式连接，嵌入式工控板通过板载无线或4G连上网络与网络中间件进行双向通讯，所述的基于嵌入式的远程PLC数据采集和预警系统有三个子系统，分别是用于采集各个PLC设备工作参数与运行状态的信息采集子系统，用于数据传输、指令转达、用户权限信息匹配的网络通讯子系统，用于对各个PLC设备的控制与管理，同时负责远程监控整个工厂运行状况的系统监控子系统；信息采集子系统、网络通讯子系统和系统监控子系统分别与网络中间件双向通讯连接；
所述信息采集子系统包括：
数据采集模块，用于采集PLC设备的工作参数和用户设定的数据信息，所述的工作参数包括电流、电压、温度，并根据所述工作参数判断其运行状态是否正常；若运行状态异常，则通过采集信息网络中间件模块，经由网络通讯子系统，向系统监控子系统提供报警信息；若运行状态正常，则把采集到的所有工作参数信息和用户设定的数据信息，经由网络通讯子系统，向系统监控子系统上传数据采集信息；
远程控制模块，用于通过采集信息网络中间件接收来自系统监控子系统的控制指令，并根据指令的相关内容对PLC设备进行远程控制；
采集信息网络中间件模块，用于完成上、下行通信任务；所述的上行通讯任务为：将数据采集模块获得的数据按照通讯协议报文格式封装成为数据分组，经由网络通讯子系统上传至系统控制子模块；所述的下行通讯任务为：通过网络通讯子系统获得来自系统控制子系统的控制指令，然后根据通讯协议的报文格式进行拆分，下达至远程控制模块，完成对应PLC设备的控制任务；
所述网络通讯子系统包括：
权限管理模块，接收来自系统监控子系统中用户监控与管理模块传输的用户登录请求，输出为对用户的请求进行审核；其内部存储用户的各项相关权限，包括动态码发放，行为合法性验证，连接证书生成及发放策略，其中保存了所有设备的基础证书，并会根据链接需求以及其权限程度基于不同的客户生成连接证书并给予发放；
数据与控制信息传输模块，用于通过网络进程通讯的方法实现对PLC设备的实时数据与控制信息的传输，接收来自信息采集子系统中数据采集模块的工作参数数据，经过此模块将这些数据传输到系统监控子模块；接收来自系统监控子系统的用户监控与管理模块的控制信息，经过此模块将控制信...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹鑫燚，唐权瑞，欧林林，殷慧武，施甜峰，王煦焱，程兆赢，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33