1.本发明属于熔炼控制技术领域，具体涉及一种铜熔池熔炼现场无 线控制系统及设计方法。
背景技术：2.通过物联网技术实现基层设备的互联互通：智能工厂在其运行过 程中会产生大量的结构化、半结构化、非结构化的确定性和非确定性 数据。大数据技术贯穿了整个智能工厂和智能制造体系，为各模块的 数据采集、分析、使用等提供了解决方案。利用大数据技术进行数据 整合主要包含数据的采集、传输和数据分析等步骤。传感器的种类、 连接方式及其通信标准对数据采集有着决定性的影响，国内众多学者 在传感器方面做了大量的研究。张俊认为无线传感器是智能传感器的 发展的基础，提出了无线传感器和无线传感器网络(wireless sensornetwork，wsn)；张智夫从物联网与无线传感器网络、无线传感器网 络技术、基于无线传感器物联网发展方向综述了面向物联网的无线传 感器网络。目前，智能传感器的通信标准仍以ieee1451系列标准为 主。
技术实现要素：3.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种铜熔池熔炼现场无线 控制系统及设计方法，针对富氧铜熔池熔炼过程分布式数据的实时采 集与高效传输难题，开展分布式实时数据采集与高可靠传输机制设计 和现场网络架构研究，打通工业现场网络的数据共享壁垒，实现工业 流程数据的高效获取与流通。
4.为了达到上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一 种铜熔池熔炼现场无线控制系统，包括：数据采集模块、数据传输模 块、数据汇聚模块、监控模块；
5.所述数据采集模块所采集数据经数据传输模块送至数据汇聚模 块，由监控模块对数据完整性、优先级进行监控；
6.优选的，所述数据采集模块分为有线采集部分和无线采集部分， 通过工业互联网将传感器与传感器，传感器与工作站进行组网；采用 无线网络型网络通信协议和opc-ua标准进行无线通信；
7.优选的，所述数据传输模块将实时采集到的数据传输到 rabbitmq server中；
8.优选的，所述数据汇聚模块在云服务器中的数据收集采用 rabbitmq集群收集实时数据，通过支持分布式系统数据同步服务和 负载的均衡器，保证节点数据的均衡性；
9.优选的，所述监控模块对采集到的工业过程数据项设置优先级， 保障重要数据项的实时传输不受影响，通过监测反馈调整机制对传输 数据向上进行动态调整；
10.优选的，所述工业互联网为基于sdn与tsn的工业现场网络， 其搭建方法包括：
11.1)网络整体架构设计
12.基于sdn与tsn的网络架构包括现场层、网络层和应用层，现 场层由边缘计算节点原理终端构成，包括传统工业生产网和边缘计算 服务设备两部分；网络层由运行sdn协议
tsn交换机和sdn控制器 构成；应用层则包含不同qos(质量服务)需求的应用；层节点通过 api(数据采集平台)进行数据的双向传输；
13.2)全局资源可重构功能
14.采用网络虚拟化和按需资源动态分配技术，实现不同服务需求在 同一物理网络上搭建多重虚拟网络，并针对应用场景和业务需求的按 需组网和动态调整；
15.3)数据平面可编程功能
16.采用解析表的分组头匹配机制和符合tsn标准的队列调度基础 算法，支持多种工业协议数据转发和对不同类型混合数据业务的传输 需求。基于可编程流水线结构的sdn交换机模型，开发数据平面可 编程功能。通过“匹配-动作”结构进行多种工业协议和标准协议的 适配，支持混合业务流的高效传输。
17.本发明的另一目的在于提供异构无线网络融合技术和5g-u无线 与tsn有线网络融合技术，其中异构无线网络融合技术主要包括多址 技术、调制编码技术、切换技术；
18.5g-u无线与tsn有线网络融合技术主要涉及时间同步平面融合、 数据平面融合-流量qos框架、数据平面融合-可靠桥接机制、网络管 控平面融合。
19.本发明的有益效果是：
20.针对富氧铜熔池熔炼过程分布式数据的实时采集与高效传输难 题，开展分布式实时数据采集与高可靠传输机制设计和现场网络架构 研究，打通工业现场网络的数据共享壁垒，实现工业流程数据的高效 获取与流通。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描 述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图 仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。
22.图1是一种铜熔池熔炼现场无线控制系统的结构示意图；图2是网络整体架构设计示意图；图3是全局资源可重构功能结构示意图；图4是5g-u与tsn融合架构示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例， 都属于本发明保护的范围。
24.实施例1
25.一种铜熔池熔炼现场无线控制系统，包括：数据采集模块、数据 传输模块、数据汇聚模块、监控模块；如图1所示；
26.所述数据采集模块所采集数据经数据传输模块送至数据汇聚模 块，由监控模块对数据完整性、优先级进行监控；
27.优选的，所述数据采集模块分为有线采集部分和无线采集部分， 通过工业互联网将传感器与传感器，传感器与工作站进行组网；采用 无线网络型网络通信协议和opc-ua标准进行无线通信；满足冶炼过 程对于实时工厂应用中可靠、稳定和安全的无线通信的关键需求；
28.优选的，所述数据传输模块将实时采集到的数据传输到 rabbitmq server中；实现“一对一”映射到“一对多、多对多”的 标识解析映射的扩展，动态汇聚多种网络资源；
29.优选的，所述数据汇聚模块在云服务器中的数据收集采用 rabbitmq集群收集实时数据，通过支持分布式系统数据同步服务和 负载的均衡器，保证节点数据的均衡性；
30.优选的，所述监控模块对采集到的工业过程数据项设置优先级， 保障重要数据项的实时传输不受影响，通过监测反馈调整机制对传输 数据向上进行动态调整；实现系统的智能采集与传输；
31.优选的，为了满足智能工厂内边缘计算服务对网络实时可靠及灵 活可重构的要求，基于软件定义网络(sdn)和时间敏感网络(tsn) 技术，搭建含全局资源可重构和数据平面可编辑功能的工业现场网络 架构，解决计算资源分布不平衡条件下的自适应计算任务迁移问题， 为边缘计算任务的高效运行提供保障；所述工业互联网为基于sdn 与tsn的工业现场网络，其搭建方法包括：
32.1)网络整体架构设计
33.基于sdn与tsn的网络架构包括现场层、网络层和应用层，如 图2所示，现场层由边缘计算节点原理终端构成，包括传统工业生产 网和边缘计算服务设备两部分；网络层由运行sdn协议tsn交换机 和sdn控制器构成；应用层则包含不同qos(质量服务)需求的应用； 层节点通过api(数据采集平台)进行数据的双向传输；
34.2)全局资源可重构功能
35.针对富氧铜熔池熔炼生产模式对工业网络提出的动态变化的需 求，采用网络虚拟化和按需资源动态分配技术，实现不同服务需求在 同一物理网络上搭建多重虚拟网络，并针对应用场景和业务需求的按 需组网和动态调整；功能结构如图3所示；
36.3)数据平面可编程功能
37.采用解析表的分组头匹配机制和符合tsn标准的队列调度基础 算法，支持多种工业协议数据转发和对不同类型混合数据业务的传输 需求；基于可编程流水线结构的sdn交换机模型，开发数据平面可 编程功能。通过“匹配-动作”结构进行多种工业协议和标准协议的 适配，支持混合业务流的高效传输；
38.本发明的另一目的在于提供异构无线网络融合技术和5g-u无线 与tsn有线网络融合技术，其中异构无线网络融合技术主要包括多址 技术、调制编码技术、切换技术；富氧铜熔池熔炼过程网络中的多种 无线网络及智能设备共同构成多层次、高密度的异构网络，各种异构 网络相互交叠、相互干扰，会导致速率低下通信受阻；为了提高网络 的利用效率和服务质量，更好地满足用户的需求，需要对异构网络进 行融合；
39.5g-u无线与tsn有线网络融合技术主要涉及时间同步平面融合、 数据平面融合-流量qos框架、数据平面融合-可靠桥接机制、网络管 控平面融合；富氧铜熔池熔炼过程不同生产单元使用不同的工业通信 网络技术，通过5g-u与tsn融合架构如图4所示，实现无线和有线 网络融合。
40.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体 示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材 料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中， 对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且， 描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施 例或示例中以合适的方式结合。
41.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实 施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实 施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说 明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和 实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。 本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
技术特征：1.一种铜熔池熔炼现场无线控制系统，其特征在于，包括：数据采集模块、数据传输模块、数据汇聚模块、监控模块；所述数据采集模块所采集数据经数据传输模块送至数据汇聚模块，由监控模块对数据完整性、优先级进行监控。2.根据权利要求1所述一种铜熔池熔炼现场无线控制系统，其特征在于，所述数据采集模块分为有线采集部分和无线采集部分，通过工业互联网将传感器与传感器，传感器与工作站进行组网；采用无线网络型网络通信协议和opc-ua标准进行无线通信。3.根据权利要求1所述一种铜熔池熔炼现场无线控制系统，其特征在于，所述数据传输模块将实时采集到的数据传输到rabbitmq server中。4.根据权利要求1所述一种铜熔池熔炼现场无线控制系统，其特征在于，所述数据汇聚模块在云服务器中的数据收集采用rabbitmq集群收集实时数据，通过支持分布式系统数据同步服务和负载的均衡器，保证节点数据的均衡性。5.根据权利要求1所述一种铜熔池熔炼现场无线控制系统，其特征在于，所述监控模块对采集到的工业过程数据项设置优先级，保障重要数据项的实时传输不受影响，通过监测反馈调整机制对传输数据向上进行动态调整。6.根据权利要求1所述一种铜熔池熔炼现场无线控制系统，其特征在于，所述工业互联网为基于sdn与tsn的工业现场网络，其搭建方法包括：1)网络整体架构设计基于sdn与tsn的网络架构包括现场层、网络层和应用层，现场层由边缘计算节点原理终端构成，包括传统工业生产网和边缘计算服务设备两部分；网络层由运行sdn协议tsn交换机和sdn控制器构成；应用层则包含不同qos(质量服务)需求的应用；层节点通过api(数据采集平台)进行数据的双向传输；2)全局资源可重构功能采用网络虚拟化和按需资源动态分配技术，实现不同服务需求在同一物理网络上搭建多重虚拟网络，并针对应用场景和业务需求的按需组网和动态调整；3)数据平面可编程功能采用解析表的分组头匹配机制和符合tsn标准的队列调度基础算法，支持多种工业协议数据转发和对不同类型混合数据业务的传输需求；基于可编程流水线结构的sdn交换机模型，开发数据平面可编程功能；通过“匹配-动作”结构进行多种工业协议和标准协议的适配，支持混合业务流的高效传输。7.一种异构无线网络融合技术和5g-u无线与tsn有线网络融合技术，其特征在于，其中异构无线网络融合技术主要包括多址技术、调制编码技术、切换技术；5g-u无线与tsn有线网络融合技术主要涉及时间同步平面融合、数据平面融合-流量qos框架、数据平面融合-可靠桥接机制、网络管控平面融合。
技术总结本发明公开了一种铜熔池熔炼现场无线控制系统，包括：数据采集模块、数据传输模块、数据汇聚模块、监控模块；所述数据采集模块所采集数据经数据传输模块送至数据汇聚模块，由监控模块对数据完整性、优先级进行监控；同时本发明还公开了基于SDN与TSN的工业现场网络搭建以及异构无线网络融合技术和5G-U无线与TSN有线网络融合技术；针对富氧铜熔池熔炼过程分布式数据的实时采集与高效传输难题，开展分布式实时数据采集与高可靠传输机制设计和现场网络架构研究，打通工业现场网络的数据共享壁垒，实现工业流程数据的高效获取与流通。实现工业流程数据的高效获取与流通。实现工业流程数据的高效获取与流通。
技术研发人员：马军 李卓睿 王晓东 熊新
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2022.07.13
技术公布日：2022/11/1
