一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及工业控制领域，具体涉及一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统，其通过实时获取当前时刻的三元组；构建网络预测模型，以历史时刻的三元组为训练样本，并利用相空间重构对所述三元组进行标注，对所述网络预测模型进行训练，得到训练好的网络预测模型；将当前时刻的三元组，输入训练好的网络预测模型，输出网关与PLC的切换结果。即本发明专利技术能够实现网关与PLC的冗余控制，保证了工业监控冗余控制的稳定性。工业监控冗余控制的稳定性。工业监控冗余控制的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及工业控制领域，具体为一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统。

技术介绍

[0002]工业控制网络主要采用可编程控制器(PLC，Programma ble LogicController)（下文简称为PLC控制器或PLC）对工业现场的诸如智能化仪器、仪表、执行机构等等的工业终端设备（下文简称为终端设备）进行控制和管理。但PLC的计算资源较少、开发接口调用方式固定，难以完成多协议开发，更无法实现强大且复杂的行业优化算法。
[0003]随着嵌入式计算机硬软件资源的飞速发展，使得基于嵌入式计算机开发的网关，已经从单纯的数据协议解析组包传输的专用设备，演进成为具有协议解析打包、数据采集、实时/历史处理、逻辑控制、就地显示、视频处理、多通信方式/多通道模式、多计算接口的新型设备——边缘计算网关，实际上已经具备替代传统的现场X86工控机的相关需求，因为工业级无风扇的特点，网关的稳定性好、可靠性高、价格更低、功耗更小，即为边缘计算网关，如图1所示，为边缘计算网关与PLC、工业终端设备连接的结构框图，其主要任务是：1) 解析南向上行通信协议，获取来自现场的实时数据（包括来自PLC的数据）。
[0004]2) 重组数据，形成北向上行通信协议，送往北向监控系统。
[0005]3) 解析北向下行通信协议，获取来自北向监控系统的控制命令。
[0006]4) 重组数据，形成南向下行通信协议，送往南向现场设备。
>[0007]上述中的边缘计算网关，主要是将北向下行的控制命令与南向上行的实时数据，导入在边缘计算网关中运行的优化算法，通过计算得出对应用现场的最优调整值，自行下发给南向受控设备（包括但不限于PLC），完成闭环控制流程。
[0008]因此，网关也能够同时执行更多的功能需求，是实现行业应用算法的理想载体，有能力成为现场智能控制的真正大脑。
[0009]而目前如何实现边缘计算网关和PLC的合理配合控制的冗余机制，从而提升控制的可靠性，使其能够既考虑现场应用的现状、需求和未来发展，又发挥各自优势，已经成为工业控制研究的新的方向。

技术实现思路

[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法及系统，所采用的技术方案具体如下：本专利技术提供的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法的技术方案，包括如下步骤：实时获取当前时刻的三元组；构建网络预测模型，以历史时刻的三元组为训练样本，并利用相空间重构对所述训练样本进行标注，对所述网络预测模型进行训练，得到训练好的网络预测模型；
将当前时刻的三元组，输入训练好的网络预测模型，输出网关与PLC的切换结果；其中，当前时刻的三元组和历史时刻的三元组的获取过程为：获取PLC控制回环时间、网关回环时间以及全局回环时间，所述全局回环时间为PLC控制回环时间与所述网关回环时间中较大的时间；分别记录网关和PLC待处理的指令队列长度，进而获取全局的指令队列长度，所述全局的指令队列长度为两指令队列长度中较大的指令队列长度，其中，指令队列长度为接收缓冲区的数据包长度；根据所述PLC控制回环时间以及PLC待处理的指令队列长度，得到PLC指令质量因子，根据所述网关回环时间以及网关待处理的指令队列长度，得到网关指令质量因子，根据全局回环时间以及全局的指令队列长度，得到全局指令质量因子，将PLC指令质量因子、网关指令质量因子以及全局指令质量因子构成三元组。
[0011]优选地，所述对训练样本进行标注的过程为：利用相空间重构分别对所述历史时刻的三元组中的指令质量因子进行跟踪，得到设定时间窗口的跟踪指标，基于所述跟踪指标，获取该跟踪指标在t时刻的标准差；基于所述标准差，得到各指令质量因子对应的冗余系数，进而得到联合冗余系数三元组，按照设定准则对联合冗余系数三元组进行判断，确定网关与PLC的切换时间窗口，对联合冗余系数三元组进行是否切换标注，其中切换标注为真，不切换标注为假。
[0012]优选地，三元组中的网关指令质量因子的冗余系数为其中，为第t
‑
T时刻对应的标准差，为第t时刻对应的标准差，T为时间长度。
[0013]优选地，所述设定准则为：设定准则一：若网关指令质量因子的冗余系数和PLC指令质量因子的冗余系数中任意一方连续大于另一方N次，则此时进行网关和PLC的切换，N大于等于2；设定准则二：当全局指令质量因子的冗余系数连续上升M次，则确认网关和PLC的切换，反之全局指令质量因子的冗余系数不稳定，则无需进行切换，M大于等于2。
[0014]优选地，当同时满足所述设定准则时，即存在一个切换时间窗口，根据所述联合冗余系数三元组，在的时间长度内进行切换。
[0015]优选地，所述网络预测模型为TCN网络。
[0016]本专利技术还提供了一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制系统的技术方案，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储在存储器中的用于实现上述的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法的技术方案。
[0017]本专利技术的有益效果：本专利技术通过实时获取当前时刻的三元组；构建网络预测模型，以历史时刻的三元组为训练样本，并利用相空间重构对训练样本进行标注，对所述网络预测模型进行训练，得到训练好的网络预测模型；将当前时刻的三元组，输入训练好的网络预测模型，输出网关与PLC的切换结果，能够实现网关与PLC的切换控制。
[0018]同时，基于父相空间的指标和PLC及网关代表的子相空间指标计算当前工业控制
的冗余度和超控方，进而通过TCN网络直接确定超控方的时间窗口，实现更可靠的双机指令冗余度监控方法。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0020]图1是现有的边缘计算网关与PLC连接控制的结构框图；图2是本专利技术的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法的方法实施例的流程图。
具体实施方式
[0021]为了更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术的方案，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0022]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。
[0023]本专利技术针对的是基于边缘计算网关与PLC的控制，由于PLC的内部中断情况不同，网关的队列缓存、非实时操作系统的抢占操作都会造成延本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：实时获取当前时刻的三元组；构建网络预测模型，以历史时刻的三元组为训练样本，并利用相空间重构对所述训练样本进行标注，对所述网络预测模型进行训练，得到训练好的网络预测模型；将当前时刻的三元组，输入训练好的网络预测模型，输出网关与PLC的切换结果；其中，当前时刻的三元组和历史时刻的三元组的获取过程为：获取PLC控制回环时间、网关回环时间以及全局回环时间，所述全局回环时间为PLC控制回环时间与所述网关回环时间中较大的时间；分别记录网关和PLC待处理的指令队列长度，进而获取全局的指令队列长度，所述全局的指令队列长度为两指令队列长度中较大的指令队列长度，其中，指令队列长度为接收缓冲区的数据包长度；根据所述PLC控制回环时间以及PLC待处理的指令队列长度，得到PLC指令质量因子，根据所述网关回环时间以及网关待处理的指令队列长度，得到网关指令质量因子，根据全局回环时间以及全局的指令队列长度，得到全局指令质量因子，将PLC指令质量因子、网关指令质量因子以及全局指令质量因子构成三元组。2.根据权利要求1所述的一种网关与PLC配合的工业监控冗余系统的控制方法，其特征在于，所述对训练样本进行标注的过程为：利用相空间重构分别对所述历史时刻的三元组中的指令质量因子进行跟踪，得到设定时间窗口的跟踪指标，基于所述跟踪指标，获取该跟踪指标在t时刻的标准差；基于所述标准差，得到各指令质量因子对应的冗余系数，进而得到联合冗余系数三元组，按照设定准则对联合冗...

【专利技术属性】
技术研发人员：胥鸣，张奇，王继业，
申请(专利权)人：深圳市吉斯凯达智慧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：