用于离散控制系统的信号传输方法和系统

摘要

本发明公开了用于离散控制系统的信号传输方法和系统，其中所述方法包括：在厂区区域范围的中心位置设定5G基站，各设有5G通信模块的离散信号采集装置分别设于厂区区域中；根据离散信号采集装置与5G基站的距离的远近，将离散信号采集装置划分为多个级别；距离5G基站距离越近的离散信号采集装置其级别越高；5G通信模块用于将信号数据发送至上一级别离散信号采集装置的5G通信模块；信号数据获取自离散信号采集装置，或是，获取自下一级别离散信号采集装置的5G通信模块；5G基站将获取自最高级别的离散信号采集装置的5G通信模块的信号数据传输至离散控制系统。本发明可以有效的降低整个离散控制系统的建设成本和维护成本。

说明书

技术领域

本发明涉及工业控制领域，特别涉及用于离散控制系统的信号传输方法和系统。

背景技术

传统的石油化工工厂中信号传输，离散控制系统均使用有线通信电缆传输信号，通信电缆可以实现信号准确传输。

随着石油化工工厂中设备不断的增加，控制系统所涉及的地理区域范围越来越大，其结构组成也在不断的复杂化；由此，对于通信电缆的使用量大量的增加；通信电缆的铺设需要土建工程的配合，如挖沟，铺设管路，回填等工程；在实际应用中，由于石油化工厂区的现场条件差异性很大，经常会有部分区域由于地形复杂导致施工难度很大，这无疑增加了构建离散控制系统的人工成本和设备成本。此外，由于通信电缆通常比较脆弱，在环境恶劣的条件下容易受到损坏，导致信号无法传输，此时，在定位故障点时有时需要将电缆挖出，或者在地形复杂的通信管路上进行人工检查，因此，现有技术还存在维护成本大和效率低的缺陷。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于降低离散控制系统的建设成本和维护成本。

本发明提供了一种用于离散控制系统的信号传输方法，包括步骤：

S11、在厂区区域范围的中心位置设定5G基站；各设有5G通信模块的离散信号采集装置分别设于厂区区域内；

S12、根据离散信号采集装置与5G基站的距离的远近，将所离散信号采集装置划分为多个级别；距离5G基站距离越近的离散信号采集装置其级别越高；

S13、5G通信模块用于将信号数据发送至上一级别离散信号采集装置的5G通信模块；信号数据获取自离散信号采集装置，或是，获取自下一级别离散信号采集装置的5G通信模块；

S14、5G基站将获取自最高级别的离散信号采集装置的5G通信模块的信号数据传输至离散控制系统。

在本发明中，5G通信模块之间通过终端直通D2D技术实现通信。

在本发明中，所述根据离散信号采集装置与5G基站的距离的远近，将所离散信号采集装置划分为多个级别，包括：

以5G基站为圆心，划分多个环状区域，每个环状区域内的离散信号采集装置为同一级别。

在本发明中，一个离散信号采集装置用于同时获取多个位置临近的仪表或传感器的信号数据。

在本发明中，多个位置临近的仪表或传感器分别与一个离散信号采集装置通过数据线路连接。

在本发明中，所述信号数据包括报警信号、温度信号、电流信号和电压信号中的一种及其任意组合。

在本发明中，所述5G通信模块将信号数据发送至上一级别离散信号采集装置的5G通信模块，包括：

预设多个上一级别的离散信号采集装置为发送目标，并对多个发送目标进行优先级排序；

以优先级排序最高的发送目标为初始目标发送信号数据，当信号数据传输失败时，根据优先级排序选定下一个发送目标。

在本发明的另一面，还提供了一种用于离散控制系统的信号传输系统，包括：

分别设于各离散信号采集装置的5G通信模块，5G通信模块用于将信号数据发送至上一级别离散信号采集装置的5G通信模块；信号数据获取自所述离散信号采集装置，或是，获取自下一级别离散信号采集装置的5G通信模块；离散信号采集装置的级别划分规则为，距离5G基站距离越近的离散信号采集装置其级别越高；

设于厂区区域范围的中心位置5G基站，用于将获取自最高级别的离散信号采集装置的5G通信模块的信号数据传输至离散控制系统。

在本发明中，所述5G通信模块之间通过终端直通D2D技术实现通信。

在本发明中，所述离散信号采集装置的级别划分规则包括：

以所述5G基站为圆心，划分多个环状区域，每个环状区域内的离散信号采集装置为同一级别。

在本发明中，所述离散信号采集装置用于同时获取多个位置临近的仪表或传感器的信号数据。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

在本发明中，为每个离散信号采集装置设有5G通信模块来进行无线的数据信号的实时通信；同时，为了解决由于地形复杂造成的5G通信质量较差的问题，在本发明中还根据散信号采集装置与5G基站的距离的远近，对离散信号采集装置级别划分，将距离5G基站距离越近的离散信号采集装置级别设定的越高；接着，本发明中，还设定了离散信号采集装置所设有5G通信模块的通信规则，每5G通信模块只能将信号数据发送至比自己高一级别的离散信号采集装置的5G通信模块中，这样，既可以在5G通信模块当前的5G信号不好的时候，借由临近的其他5G通信模块来将信号数据转发至5G基站，此外还可以确保信号数据在各个5G通信模块之间的每次转发都会距离5G基站更加接近，进而提高传输路径的优化程度；这样，就可以有效的提高数据的传输效率，避免通信网络中出现过多的干扰数据，从而提高了整个信号传输系统数据传输的负载能力。

由上可以看出，本发明所构建的包括了5G基站和多个5G通信模块的用于离散控制系统的信号传输系统，可以适用于地域范围较大且地形复杂的石化厂等应用场景；由于本发明中的信号传输系统无需进行成本巨大的线缆铺设的施工工程，而且，相对于现有技术中铺设电缆线路，本发明后期的维护难度和复杂度也较小，因此，本发明可以有效的降低整个离散控制系统的建设成本和维护成本。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是本发明中所述用于离散控制系统的信号传输方法的步骤图；

图2是本发明中所述用于离散控制系统的信号传输系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

为了降低离散控制系统的建设成本和维护成本，参考图1和图2，本发明实施例提供了一种用于离散控制系统的信号传输方法，包括步骤：

S11、在厂区区域范围的中心位置设定5G基站；各设有5G通信模块的离散信号采集装置分别设于厂区区域内；

在本发明实施例中，以化工厂为例，化工厂的区域范围一般会很大，其离散控制系统中的各个离散信号采集装置之间的距离往往会很远，有的还会处于地形复杂的位置（如坑洼位置或是山丘脚下等）；如果采用常规的无线通信方式很难保证数据传输的通信质量和带宽需求。

本发明实施例首先通过设有5G基站01和在各离散信号采集装置02设有5G通信模块的方式，来构建一个用于实现信号数据无线传输的5G网络。为了实现通信信号质量均衡的最大化，在本发明实施例中，将5G基站01的位置设定在了厂区区域范围的中心位置。

S12、根据离散信号采集装置与5G基站的距离的远近，将所离散信号采集装置划分为多个级别；距离5G基站距离越近的离散信号采集装置其级别越高；

在本发明实施例中，还根据离散信号采集装置02与5G基站01的距离的远近，将所离散信号采集装置02划分为多个级别，从理论上来说，距离5G基站01越远的离散信号采集装置02，其5G通信模块与5G基站01的通信质量就会越差；特别是当该5G通信模块处于地形复杂的位置时，与5G基站01的通信质量将很难得到保证。

在实际应用中，离散信号采集装置02级别的划分方式可以如图2所示，以5G基站01为圆心，划分多个环状区域，每个环状区域内的离散信号采集装置02为同一级别。

在每个环状区域中可以包括有多个离散信号采集装置02，处于同一环状区域的离散信号采集装置02为同一级别，更靠近5G基站01的环状区域中的离散信号采集装置02的级别更高。

S13、5G通信模块用于将信号数据发送至上一级别离散信号采集装置的5G通信模块；信号数据获取自离散信号采集装置，或是，获取自下一级别离散信号采集装置的5G通信模块；

本发明实施例利用了5G通信模块的设备间可以直接通信的技术（如终端直通技术，Device-to-Device，D2D）来将邻近的5G通信模块作为信号数据的转发设备，以实现将所有离散信号采集装置02的信号数据最终传输至离散控制系统。此外，本发明实施例还设定了离散信号采集装置02所设有5G通信模块的通信规则，每5G通信模块只能将信号数据发送至比自己高一级别的离散信号采集装置02的5G通信模块中，这样，既可以在5G通信模块当前的5G信号不好的时候，借由临近的其他5G通信模块来将信号数据转发至5G基站，此外还可以确保信号数据在各个5G通信模块之间的每次转发都会距离5G基站01更加接近，进而提高传输路径的优化程度；这样，就可以有效的提高数据的传输效率，避免通信网络中出现过多的干扰数据，从而提高了整个信号传输系统数据传输的负载能力。

本发明实施例中的信号数据是指由各种石化厂内各种设备中的仪表或是传感器所采集的报警信号、温度信号、电流信号和电压信号等数据。在实际应用中，当某些信号数据的初始状态为模拟信号的时候，还需要进模数转换，将所有需要传输的信号数据均统一为数字信号。

为了进一步的优化信号数据的传输路径，本发明实施例中5G通信模块进行信号数据的发送方式或转发方式具体还可以是：

预设多个上一级别的离散信号采集装置为发送目标，并对多个发送目标进行优先级排序；

以优先级排序最高的发送目标为初始目标发送信号数据，当信号数据传输失败时，根据优先级排序选定下一个发送目标。

比如，每个3级离散信号采集装置均设有多个2级的离散信号采集装置的5G通信模块作为可选的发送目标；当需要发送信号数据或是转发信号数据的时候，可以首先向发送目标中优先级别最高的5G通信模块发送信号数据，当与该5G通信模块通信失败后，再根据优先级排序选定下一个发送目标，直至将信号数据发送到上一级别的5G通信模块中去。

这样，通过优先级排序的方式，可以使通信网络中信号数据的传输路径唯一化，从而进一步的避免通信网络中出现干扰数据，以提高数据的传输效率，从而提高了整个信号传输系统数据传输的负载能力。

S14、5G基站将获取自最高级别的离散信号采集装置的5G通信模块的信号数据传输至离散控制系统。

由上可以看出，本发明所构建的包括了5G基站和多个5G通信模块的用于离散控制系统的信号传输系统，可以适用于地域范围较大且地形复杂的石化厂等应用场景；由于本发明中的信号传输系统无需进行成本巨大的线缆铺设的施工工程，而且，相对于现有技术中铺设电缆线路，本发明后期的维护难度和复杂度也较小，因此，本发明可以有效的降低整个离散控制系统的建设成本和维护成本。

为了进一步的降低信号传输的成本，进一步的，在本发明实施例中，一个离散信号采集装置用于同时获取多个位置临近的仪表或传感器的信号数据。

在实际应用中，一个设备中往往会有多个信号数据的采集模块（采集模块可以是各种仪表或传感器）来分别采集报警信号、温度信号、电流信号和电压信号等不同的信号数据；本发明实施例通过将这些临近的仪表或传感器通过小范围的有线连接的方式来将多种或多个信号数据集中到一个离散信号采集装置，然后再通过离散信号采集装置集中发送至离散控制系统，从而来有效的减少5G通信模块的使用量以降低成本。

在本发明实施例的另一面，如图2所示，还提供一种用于离散控制系统的信号传输系统，包括：

分别设于各离散信号采集装置02的5G通信模块（图中未示出），5G通信模块用于将信号数据发送至上一级别离散信号采集装置02的5G通信模块；信号数据获取自所述离散信号采集装置02，或是，获取自下一级别离散信号采集装置02的5G通信模块；离散信号采集装置02的级别划分规则为，距离5G基站01距离越近的离散信号采集装置02其级别越高；

设于厂区区域范围的中心位置5G基站01，用于将获取自最高级别的离散信号采集装置02的5G通信模块的信号数据传输至离散控制系统（图中未示出）。

在实际应用中，5G通信模块之间通过终端直通D2D技术实现通信。

优选的，本发明实施例中的离散信号采集装置的级别划分规则可以是：以5G基站为圆心，划分多个环状区域，每个环状区域内的离散信号采集装置为同一级别。

在实际应用中，离散信号采集装置用于同时获取多个位置临近的仪表的信号数据。

在本发明中，为每个离散信号采集装置设有5G通信模块来进行无线的数据信号的实时通信；同时，为了解决由于地形复杂造成的5G通信质量较差的问题，在本发明中还根据散信号采集装置与5G基站的距离的远近，对离散信号采集装置级别划分，将距离5G基站距离越近的离散信号采集装置级别设定的越高；接着，本发明中，还设定了离散信号采集装置所设有5G通信模块的通信规则，每5G通信模块只能将信号数据发送至比自己高一级别的离散信号采集装置的5G通信模块中，这样，既可以在5G通信模块当前的5G信号不好的时候，借由临近的其他5G通信模块来将信号数据转发至5G基站，此外还可以确保信号数据在各个5G通信模块之间的每次转发都会距离5G基站更加接近，进而提高传输路径的优化程度；这样，就可以有效的提高数据的传输效率，避免通信网络中出现过多的干扰数据，从而提高了整个信号传输系统数据传输的负载能力。

由上可以看出，本发明所构建的包括了5G基站和多个5G通信模块的离散控制系统的信号传输系统，可以适用于地域范围较大且地形复杂的石化厂等应用场景；由于本发明中的信号传输系统无需进行成本巨大的线缆铺设的施工工程，而且，相对于现有技术中铺设电缆线路，本发明后期的维护难度和复杂度也较小，因此，本发明可以有效的降低整个离散控制系统的建设成本和维护成本。

由于本发明实施例中离散控制系统的信号传输系统的工作原理和有益效果已经在图1所对应的离散控制系统的信号传输方法中也进行了记载和说明，因此可以相互参照，在此就不再过多赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储设备中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储设备包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、ReRAM、MRAM、PCM、NAND Flash，NOR Flash，Memristor、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。