一种工业控制系统及工业控制方法

摘要

本发明提供一种工业控制系统及工业控制方法，工业控制系统包括边缘云和至少一个工业控制设备侧装置，工业控制设备侧装置与至少一个被控设备连接；或者工业控制系统包括边缘云和至少一个被控设备，被控设备包括设备本体以及工业控制设备侧装置，工业控制设备侧装置根据被控设备或设备本体的工作数据和预设规则确定出响应方式，如果确定出的响应方式为实时响应处理，则在本地进行实时响应处理，如果确定出的响应方式为远程响应处理，则通过无线通信模块传输边缘云进行处理。本发明降低了对本地部署的处理能力的要求、本地部署的成本，提高对被控设备的工作数据的处理能力。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及工业控制领域，具体而言，涉及一种工业控制系统及工业控制方法。

背景技术

计算机数控系统(Computer numerical control，CNC)是一种包含计算机在内的数字控制系统，或者说它是一种位置控制系统，主要用于控制刀具和工件之间的相对位置。计算机数控系统的主要工作过程是根据输入的信息(加工程序)，进行数据处理(刀具长度和半径补偿)和插补运算(确定刀具或工件的运动轨迹)，从而获得理想的运动轨迹信息。现有的计算机数控系统的组成主要包括被控设备和工控机，以激光切割机为例，机床为被控设备，每台机床都配置有一个工控机，工控机上安装数字控制系统。目前业界的数控机床普遍采用这种架构，这种架构存在如下缺陷：所有运算和数据处理都在工控机上，对工控机的处理能力要求较高，也增加了部署成本，还不方便集中控制。

发明内容

本发明实施例提供的工业控制系统及工业控制方法，主要解决的技术问题是提高对被控设备的工作数据的处理能力。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的工业控制系统包括边缘云和至少一个工业控制设备侧装置；所述工业控制设备侧装置包括接口模块、无线通信模块，以及连接在接口模块和无线通信模块之间的处理单元；所述接口模块与至少一个被控设备连接，所述无线通信模块与边缘云通信，其中，

所述处理单元用于通过所述接口模块实时或定时地获取与其连接的被控设备的工作数据，根据所述工作数据和预设规则确定出响应方式，所述响应方式包括实时响应处理和远程响应处理，所述处理单元还用于在确定出的响应方式为实时响应处理后，在本地进行实时响应处理，并通过所述接口模块向所述被控设备反馈第一响应数据；所述处理单元还用于在确定出的响应方式为远程响应处理，通过无线通信模块传输必要数据给所述边缘云，接收所述边缘云反馈的第二响应数据，以及通过所述接口模块向所述被控设备反馈所述第二响应数据；

所述边缘云用于根据所述必要数据进行响应处理，并通过无线通信方式向所述处理单元下发第二响应数据。

本发明实施例还提供另一种工业控制系统，所述工业控制系统包括边缘云和至少一个被控设备；所述被控设备包括设备本体，以及设置于所述设备本体内的工业控制设备侧装置，所述工业控制设备侧装置包括无线通信模块，以及与无线通信模块连接的处理单元，所述无线通信模块与边缘云通信，其中，

所述处理单元用于实时或定时地获取所述设备本体的工作数据；根据所述工作数据和预设规则确定出响应方式，所述响应方式包括实时响应处理和远程响应处理；所述处理单元还用于如果确定出的响应方式为实时响应处理时，在本地进行实时响应处理，并向所述设备本体反馈第一响应数据；如果确定出的响应方式为远程响应处理时，通过所述无线通信模块传输必要数据给所述边缘云，接收所述边缘云反馈的第二响应数据，以及向所述设备本体反馈所述第二响应数据；

所述边缘云用于根据所述必要数据进行响应处理，并通过无线通信方式向所述处理单元下发第二响应数据。

本发明实施例还提供一种工业控制方法，所述工业控制方法应用于工业控制系统，所述工业控制系统包括边缘云和至少一个工业控制设备侧装置；所述工业控制设备侧装置包括接口模块、无线通信模块，以及连接在接口模块和无线通信模块之间的处理单元；所述接口模块与至少一个被控设备连接，所述无线通信模块与边缘云通信；所述工业控制方法包括：

所述处理单元通过所述接口模块实时或定时地获取与其连接的被控设备的工作数据；

所述处理单元根据所述工作数据和预设规则确定出响应方式，所述响应方式包括实时响应处理和远程响应处理；

如果确定出的响应方式为实时响应处理，则所述处理单元在本地进行实时响应处理，并通过所述接口模块向所述被控设备反馈第一响应数据；

如果确定出的响应方式为远程响应处理，则所述处理单元通过所述无线通信模块传输必要数据给所述边缘云，所述边缘云根据所述必要数据进行响应处理，并通过所述无线通信模块向所述处理单元下发第二响应数据，所述处理单元收到后通过所述接口模块向所述被控设备反馈所述第二响应数据。

本发明实施例还提供另一种工业控制方法，所述工业控制方法应用于工业控制系统；所述工业控制系统包括边缘云和至少一个被控设备；所述被控设备包括设备本体，以及设置于所述设备本体内的工业控制设备侧装置，所述工业控制设备侧装置包括无线通信模块，以及与无线通信模块连接的处理单元，所述无线通信模块与边缘云通信；所述工业控制方法包括：

所述处理单元实时或定时地获取所述设备本体的工作数据；

所述处理单元根据所述工作数据和预设规则确定出响应方式，所述响应方式包括实时响应处理和远程响应处理；

如果确定出的响应方式为实时响应处理，则所述处理单元在本地进行实时响应处理，并向所述设备本体反馈第一响应数据；

如果确定出的响应方式为远程响应处理，则所述处理单元通过所述无线通信模块传输必要数据给所述边缘云，所述边缘云根据所述必要数据进行响应处理，并通过所述无线通信模块向所述处理单元下发第二响应数据，所述处理单元收到后向所述设备本体反馈所述第二响应数据。

本发明实施例提供的工业控制系统及工业控制方法，将被控设备的部分工作数据放在本地实时处理，满足某些数据的事实处理要求，而部分工作数据传输给边缘云处理，降低了对本地部署的处理能力的要求，也降低了本地部署的成本，而且边缘云上可以集中部署、集中操控，更方便运维，边缘云侧的计算能力也得到共享，并且可以按需扩容。当新增被控设备时，边缘云侧的系统不变，相对现有技术而言具有更弹性的架构。整体上，提高对被控设备的工作数据的处理能力。

本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的工业控制系统的示意图；

图2为本发明实施例一提供的工业控制系统的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的工业控制系统的示意图，参见图1所示。本实施例提供的工业控制系统包括边缘云113、至少一个工业控制设备侧装置112和至少一个被控设备111。当然在其他实施例中，工业控制系统的范畴也可以只包括边缘云和至少一个工业控制设备侧装置，而不纳入被控设备。

为了方便表述，本实施例及图中仅示出一个工业控制设备侧装置112，实际上边缘云113可以对应一个或多个工业控制设备侧装置112，换言之，当新增被控设备111时，边缘云113侧不变，具有更弹性的架构，云侧的计算能力得到共享，并且可以按需扩容。边缘云113实现了对被控设备111的集中部署、集中操控，方便运维。可以在边缘云上安装工控APP，利用工控APP对各个被控设备111进行集中控制。

一个工业控制设备侧装置112可以对应一个或多个被控设备111，无需针对各个被控设备111均配置一个工业控制设备侧装置112。本实施例中的工业控制设备侧装置112与各被控设备111分离设置；工业控制设备侧装置112用于通过接口模块与各被控设备111进行数据交互，通过无线通信模块与边缘云113通信。

为了进一步描述本实施例的细节，在本实施例中，各被控设备111可以具有第一接口模块1111；工业控制设备侧装置112可以包括第二接口模块1121、无线通信模块1122，以及连接在第二接口模块1121和无线通信模块1122之间处理单元1123，处理单元1123可以是一个或多个处理器。在本实施例中，第一接口模块1111与第二接口模块1121进行数据交互；处理单元1123与第二接口模块1121、无线通信模块1122进行数据交互；无线通信模块1122还可以直接通过公共网络接入边缘云113进行数据交互；第一接口模块1111、第二接口模块1121相适配，可以是通用的接触式接口模块，只要能满足数据传输即可，无线通信模块1122可以为但不限于4G通信模块、5G通信模块或WIFI模块，被控设备111包括但不限于机床。

本实施例中，处理单元1123可以用于通过第二接口模块1121实时或定时地获取与其连接的被控设备111的工作数据，根据工作数据和预设规则确定出响应方式，响应方式包括实时响应处理和远程响应处理，处理单元1123还用于在确定出的响应方式为实时响应处理后，在本地进行实时响应处理，并通过第二接口模块1121向被控设备111反馈第一响应数据；处理单元1123还用于在确定出的响应方式为远程响应处理，通过无线通信模块1122传输必要数据给边缘云113，接收边缘云113反馈的第二响应数据，以及通过第二接口模块1121向被控设备111反馈第二响应数据；

边缘云113可以用于根据该必要数据进行响应处理，并通过无线通信方式向处理单元1123下发第二响应数据。

对应的，本实施例的该工业控制系统的工业控制方法可以包括：

A1、边缘云113下发控制数据，控制数据包括但不局限于控制指令、机床运行轨迹标准数据、配置参数等。

B1、无线通信模块1122接收后传输给处理单元1123，处理单元1123进行缓存，再通过第二接口模块1121、第一接口模块1111将此控制数据下发给与其连接的被控设备111。

C1、被控设备111根据接收的所述控制数据进行响应，将工作数据实时或定时地通过第一接口模块1111、第二接口模块1121传输给处理单元1123；该工作数据包括但不局限于机床根据机床运行轨迹标准数据进行运行后的工作数据。

D1、处理单元1123实时或定时地获取与其连接的被控设备111的工作数据。

E1、处理单元1123根据该工作数据和预设规则确定出响应方式，该响应方式包括实时响应处理和远程响应处理。

本步骤的实施方式包括但不局限于以下所列举的；

处理单元1123将工作数据和预设标准数据进行比较，判断是否需要进行插补处理；如果需要进行插补处理，则确定出的响应方式为实时响应处理；

或者，处理单元1123识别出工作数据包含了预设类别数据，则确定出的响应方式为实时响应处理。

或者，处理单元1123将工作数据和预设标准数据进行比较，判断是否需要进行插补处理；如果不需要进行插补处理，则确定出的响应方式为远程响应处理；

或者，处理单元1123识别出所述工作数据不包含预设类别数据，则确定出的响应方式为远程响应处理。

例如，根据加工零部件计算出机床刀具的运行轨迹，即理论运行轨迹，这个计算可以放在边缘云113进行处理；根据刀具的实际运行轨迹，计算实际运行轨迹与理论运行轨迹之间的差异，进行插补，可以放在处理单元1123进行本地实时处理。那么通过本实施例，机床在运行过程中，实时获取其工作数据，当工作数据反映的实际运行轨迹偏离了预设标准数据反映的理论运行轨迹时，往往需要进行插补处理对其运行轨迹进行纠正，可确定出响应方式为实时响应处理，这时，处理单元1123便在本地进行实时处理，以确保及时对运行轨迹进行插补。

预设类别数据包括但不局限于报警数据、异常数据等，这类数据可能来不及上传到云端处理，因此可在本地进行实时处理。

F1、如果确定出的响应方式为实时响应处理，则处理单元1123在本地进行实时响应处理，并通过第二接口模块1121、第一接口模块1111向被控设备111反馈第一响应数据；

如果确定出的响应方式为远程响应处理，则处理单元1123通过无线通信模块1122传输必要数据给边缘云113，边缘云113根据该必要数据进行响应处理，并通过无线通信模块1122向处理单元1123下发第二响应数据，处理单元1123收到后通过第二接口模块1121、第一接口模块1111向被控设备111反馈该第二响应数据。必要数据指的是边缘云113进行远程响应所需的必要数据，包括但不局限于工作数据本身。

通过本实施例，可在边缘云113处理实时性要求不高的数据(如可以接受几十毫秒的时延的数据)、运算量大的数据、管理类数据等，如计算出刀具的理论运行轨迹；在处理单元1123本地实时处理对实时性要求高的数据(如微秒级的控制要求的数据)、运算量不大的数据，比如在刀具的实际运行过程中，会有偏差，针对这个偏差，会进行插补修正，由于刀具是在高速运行的，这个插补修正的指令，实时性要求高，则在处理单元1123进行计算处理。

本发明实施例提供的工业控制系统，将被控设备111的部分工作数据放在本地处理，而部分工作数据传输给边缘云113处理，降低了对本地部署的处理能力的要求，也降低了本地部署的成本，而且边缘云113上可以集中部署、集中操控，更方便运维，边缘云113侧的计算能力也得到共享，并且可以按需扩容。当新增被控设备时，边缘云113侧的系统不变，相对现有技术而言具有更弹性的架构。

实施例二：

图2为本发明实施例二提供的工业控制系统的示意图，参见图2所示。

本实施例提供的工业控制系统包括边缘云213以及至少一个被控设备，被控设备包括设备本体211，以及设置于设备本体211内的工业控制设备侧装置212。本实施例与实施例一不同之处在于，工业控制设备侧装置212设置在设备本体211内，实施例一中两者是分离设置。本实施例中，工业控制设备侧装置212与设备本体211还可以复用全部或部分模块，比如设备本体211的处理器可以与工业控制设备侧装置212中的处理器复用。

边缘云213可以对应一个或多个被控设备，换言之，当新增被控设备时，边缘云213侧不变，具有更弹性的架构，云侧的计算能力得到共享，并且可以按需扩容。边缘云213实现了对被控设备的集中部署、集中操控，方便运维。边缘云213可以包括但不限于边缘云，可以在边缘云上安装工控APP，利用工控APP对各个被控设备进行集中控制。

为了进一步描述本实施例的细节，在本实施例中，工业控制设备侧装置212可以包括无线通信模块2121，以及与无线通信模块2121连接的处理单元2122，处理单元2122可以包括一个或多个第一处理器，无线通信模块2121与处理单元2122进行数据交互，并可以直接通过公共网络接入边缘云213进行数据交互。无线通信模块2121可以为但不限于4G通信模块、5G通信模块或WIFI模块，设备本体211作为被控设备，包括但不限于机床。

本实施例中，处理单元2122用于实时或定时地获取设备本体211的工作数据；根据工作数据和预设规则确定出响应方式，响应方式包括实时响应处理和远程响应处理；处理单元2122还用于如果确定出的响应方式为实时响应处理时，在本地进行实时响应处理，并向设备本体211反馈第一响应数据；如果确定出的响应方式为远程响应处理时，通过无线通信模块2121传输必要数据给边缘云213，接收边缘云213反馈的第二响应数据，以及向设备本体211反馈第二响应数据；

边缘云213用于根据该必要数据进行响应处理，并通过无线通信方式向处理单元2122下发第二响应数据。

对应的，该工业控制系统的工业控制方法可以包括：

A2、边缘云213下发控制数据，控制数据包括但不局限于控制指令、机床运行轨迹标准数据、配置参数等。

B2、无线通信模块2121接收后传输给处理单元2122，处理单元2122进行缓存，再通将此控制数据传输给设备本体211。

C2、设备本体211根据接收的控制数据进行响应，将工作数据实时或定时地传输给处理单元2122；该工作数据包括但不局限于机床根据机床运行轨迹标准数据进行运行后的工作数据。

D2、处理单元2122实时或定时地获取设备本体211的工作数据。

E2、处理单元2122根据该工作数据和预设规则确定出响应方式，该响应方式包括实时响应处理和远程响应处理。

本步骤的实施方式包括但不局限于以下所列举的；

处理单元2122将工作数据和预设标准数据进行比较，判断是否需要进行插补处理；如果需要进行插补处理，则确定出的响应方式为实时响应处理；

或者，处理单元2122识别出工作数据包含了预设类别数据，则确定出的响应方式为实时响应处理。

或者，处理单元2122将工作数据和预设标准数据进行比较，判断是否需要进行插补处理；如果不需要进行插补处理，则确定出的响应方式为远程响应处理；

或者，处理单元2122识别出所述工作数据不包含预设类别数据，则确定出的响应方式为远程响应处理。

例如，根据加工零部件计算出机床刀具的运行轨迹，即理论运行轨迹，这个计算可以放在边缘云213进行处理；根据刀具的实际运行轨迹，计算实际运行轨迹与理论运行轨迹之间的差异，进行插补，可以放在处理单元2122进行本地实时处理。那么通过本实施例，机床在运行过程中，实时获取其工作数据，当工作数据反映的实际运行轨迹偏离了预设标准数据反映的理论运行轨迹时，往往需要进行插补处理对其运行轨迹进行纠正，可确定出响应方式为实时响应处理，这时，处理单元2122便在本地进行实时处理，以确保及时对运行轨迹进行插补。

预设类别数据包括但不局限于报警数据、异常数据等，这类数据可能来不及上传到云端处理，因此可在本地进行实时处理。

F2、如果确定出的响应方式为实时响应处理，则处理单元2122在本地进行实时响应处理，向设备本体211反馈第一响应数据；

如果确定出的响应方式为远程响应处理，则处理单元2122通过无线通信模块1122传输必要数据给边缘云113，边缘云113根据该必要数据进行响应处理，并通过无线通信模块2121向处理单元2122下发第二响应数据，处理单元2122收到后向设备本体211反馈该第二响应数据。必要数据指的是边缘云113进行远程响应所需的必要数据，包括但不局限于工作数据本身。

通过本实施例，可在边缘云213处理实时性要求不高的数据(如可以接受几十毫秒的时延的数据)、运算量大的数据、管理类数据等，如计算出刀具的理论运行轨迹；在处理单元2122本地实时处理对实时性要求高的数据(如微秒级的控制要求的数据)、运算量不大的数据，比如在刀具的实际运行过程中，会有偏差，针对这个偏差，会进行插补修正，由于刀具是在高速运行的，这个插补修正的指令，实时性要求高，则在处理单元2122进行计算处理。

本发明实施例提供的工业控制系统，将设备本体211的部分工作数据放在本地处理，而部分工作数据传输给边缘云213处理，降低了对本地部署的处理能力的要求，也降低了本地部署的成本，而且边缘云213上可以集中部署、集中操控，更方便运维，边缘云213侧的计算能力也得到共享，并且可以按需扩容。当新增被控设备时，边缘云213侧的系统不变，相对现有技术而言具有更弹性的架构。

本领域的技术人员应该明白，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件(可以用计算装置可执行的计算机程序代码来实现)、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。