基于工业控制系统的设备运行控制方法、装置及终端设备与流程

1.本发明涉及工业控制技术领域，尤其涉及一种基于工业控制系统的设备运行控制方法、装置及终端设备。


背景技术：

2.以嵌入式计算机(ipc)、可编程逻辑控制器(plc)、现场总线控制系统(fcs)为代表的可编程控制系统(pmc)作为实现各类工业设备自动化的“大脑”和“神经”，是工业控制系统中实时控制、信息采集、过程监控管、安全保障与防护等设备不可或缺的共性基础控制部件，广泛应用于数控机床、机器人、自动化生产线等自动化工业装备中。
3.虽然国内也自主研发了可编程控制系统，即自主可控工业控制系统，但尚未形成完整的关键技术链条和研发生态，存在缺陷和空白。例如，国内研发的可编程控制系统涉及的工业生产用逻辑算法，主要针对独立的内部控制结构进行设计，无法同步操作多组设备，协同能力不足，整体实时性能较之国外仍然具有一定差距。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提出一种基于工业控制系统的设备运行控制方法、装置及终端设备，解决目前自主研发的工业控制系统，无法同步操作多组设备，协同能力不足，整体实时性能较差的问题。
5.为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供了一种基于工业控制系统的设备运行控制方法，所述工业控制系统包括控制平台、n组控制子系统，任一组控制子系统包括相互连接的plc控制器和监控系统，plc控制器和监控系统还与工业设备连接；
6.所述设备运行控制方法包括：
7.所述控制平台获取k个生产任务及每个生产任务的任务优先级；
8.根据任务优先级将第k个生产任务分配给第n组控制子系统的第n个plc控制器，其中，与第n个plc控制器连接的第n个工业设备执行第k个生产任务；
9.获取第n个plc控制器所接收的监控数据，其中，第n个监控系统对第n个工业设备进行监控获得所述监控数据；
10.根据第n个plc控制器所接收的监控数据计算第n个工业设备的生产效率和负载率，当第n个工业设备的生产效率小于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率增加其执行的生产任务数量，当第n个工业设备的生产效率大于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率减少其执行的生产任务数量；
11.其中，k和n为正整数，k为小于或者等于k的正整数，n为小于或者等于n的正整数。
12.可选地，获取k个生产任务及每个生产任务的任务优先级之前，包括：
13.通过任务调度表对所述生产任务进行排序；
14.根据排序结果生成所述生产任务的任务优先级。
15.可选地，监控系统包括加工状态监控器；
16.所述加工状态监控器用于获取工业设备的生产效率及工业设备的负载率。
17.可选地，监控系统还包括电力系统监控器和产品质量监测器；
18.所述电力系统监控器用于获取工业设备的电力数据；
19.所述产品质量监测器用于对工业设备所产产品进行质量检测。
20.可选地，还包括：
21.获取历史监控数据；
22.基于第n个plc控制器所接收的监控数据和所述历史监控数据分析并预测第n个工业设备的运行状态；
23.当所述运行状态异常时，进行故障预警。
24.可选地，当工业设备损坏出现故障时，重新设定所述平均数值。
25.可选地，根据第n个工业设备的负载率增加其执行的生产任务数量时，增加的生产任务根据任务优先级在k个生产任务中选取；
26.根据第n个工业设备的负载率减少其执行的生产任务数量时，减少的生产任务根据任务优先级在k个生产任务中选取。
27.本发明实施例第二方面提供一种基于工业控制系统的设备运行控制装置，所述工业控制系统包括控制平台、n组控制子系统，任一组控制子系统包括相互连接的plc控制器和监控系统，plc控制器和监控系统还与工业设备连接；
28.所述设备运行控制装置包括：
29.任务获取模块，用于所述控制平台获取k个生产任务及每个生产任务的任务优先级；
30.任务分配模块，用于根据任务优先级将第k个生产任务分配给第n组控制子系统的第n个plc控制器，其中，与第n个plc控制器连接的第n个工业设备执行第k个生产任务；
31.监控数据获取模块，用于获取第n个plc控制器所接收的监控数据，其中，第n个监控系统对第n个工业设备进行监控获得所述监控数据；
32.任务调整模块，用于根据第n个plc控制器所接收的监控数据计算第n个工业设备的生产效率和负载率，当第n个工业设备的生产效率小于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率增加其执行的生产任务数量，当第n个工业设备的生产效率大于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率减少其执行的生产任务数量；
33.其中，k和n为正整数，k为小于或者等于k的正整数，n为小于或者等于n的正整数。
34.本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在上述存储器中并可在上述处理器上运行的计算机程序，上述处理器执行上述计算机程序时实现如上第一方面所提供的方法的步骤。
35.本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面所提供的方法的步骤。
36.本发明实施例提供的基于工业控制系统的设备运行控制方法，通过多组子控制系统同时操作多个工业设备，并依据生产任务的生产优先级及工业设备的监控数据，调整各工业设备的生产效率和负载率，在避免产品的生产出现遗漏的前提下，合理运行控制工业设备，最大化生产效率和资源利用率。
附图说明
37.图1为本发明实施例提供的基于工业控制系统的设备运行控制方法的实现流程示意图；
38.图2为本发明实施例提供的工业控制系统的组成结构示意图；
39.图3为本发明实施例提供的基于工业控制系统的设备运行控制装置的组成结构示意图。
40.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
41.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。
42.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
43.在本文中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。
44.如图1所示，本发明实施例提供一种基于工业控制系统的设备运行控制方法，应用于如图2所示的工业控制系统，图2中，所述工业控制系统20包括控制平台21、n组控制子系统22，任一组控制子系统22包括相互连接的plc控制器221和监控系统222，plc控制器221和监控系统222还与工业设备223连接。
45.工业控制系统的原理为：
46.控制平台，控制平台与多组plc控制器连接，用于将生产任务按照任务优先级分配给多组plc控制器；多组plc控制器，任一组plc控制器连接有控制平台、监控系统、工业设备，用于接收控制平台的分配指令、监控系统的监控数据，向控制平台反馈监控数据，并向工业设备发送控制指令，plc控制器发送的控制指令包括但不限于设备重启、io重置等；监控系统，监控系统与plc控制器和工业设备连接，用于通过传感器对工业设备进行监控，获得监控数据，并将监控数据传输给plc控制器。
47.本发明实施例中，图2以4组控制子系统22对工业控制系统20的结构进行示例性的说明。
48.所述设备运行控制方法包括但不限于如下步骤：
49.s101、所述控制平台获取k个生产任务及每个生产任务的任务优先级。
50.在上述步骤s101中，生产任务包括生产类型及任务要求，任务要求包括但不限于工艺柔性切换、指定工艺对应的io数据等。
51.示例性的，任务优先级根据生产任务的发布时间进行排序，或根据生产任务的预设完成时间进行排序，本发明实施例不对其进行限定。
52.基于此，可以通过任务调度表记录生产任务的发布时间，生产任务的预设完成时间，则在一个实施例中，任务优先级的生成方式，即获取k个生产任务及每个生产任务的任务优先级之前，包括：
53.通过任务调度表对所述生产任务进行排序；
54.根据排序结果生成所述生产任务的任务优先级。
55.s102、根据任务优先级将第k个生产任务分配给第n组控制子系统的第n个plc控制器，其中，与第n个plc控制器连接的第n个工业设备执行第k个生产任务。
56.需要说明的是，上述步骤s102中，可以将第k个生产任务分配给第n组控制子系统的第n个plc控制器，同时将第k+1个生产任务分配给第n组控制子系统的第n个plc控制器，即将多个生产任务分配给第n组控制子系统的第n个plc控制器。
57.s103、获取第n个plc控制器所接收的监控数据，其中，第n个监控系统对第n个工业设备进行监控获得所述监控数据。
58.在本发明实施例中，监控系统包括加工状态监控器，用于获取工业设备的生产效率及工业设备的负载率。
59.在实际应用中，监控系统还包括传感器设备，多方面监测工业设备的运行状态，如电力系统监控器和产品质量监测器，其中，所述电力系统监控器用于获取工业设备的电力数据；所述产品质量监测器用于对工业设备所产产品进行质量检测。
60.可以想到是，基于上述监控系统，本发明实施例获取的监控数据包括工业设备的生产效率、负载率、电力数据、产品质量数据，在监控数据充足的情况下，控制平台还能够根据监控数据进行故障检测及故障预测。
61.基于此，在一个实施例中，设备运行控制方法还包括：
62.获取历史监控数据；
63.基于第n个plc控制器所接收的监控数据和所述历史监控数据分析并预测第n个工业设备的运行状态；
64.当所述运行状态异常时，进行故障预警。
65.示例性的，基于第n个plc控制器所接收的监控数据和所述历史监控数据分析并预测第n个工业设备的运行状态，包括：
66.当前获取的监控数据与历史监控数据，如历史生产效率、历史负载率、历史电力数据、历史产品质量数据相比持续偏差大于预设差值时，第n个工业设备的运行状态异常。
67.s104、根据第n个plc控制器所接收的监控数据计算第n个工业设备的生产效率和负载率，当第n个工业设备的生产效率小于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率增加其执行的生产任务数量，当第n个工业设备的生产效率大于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率减少其执行的生产任务数量。
68.需要说明的是，在本发明实施例中，生产任务可以运行在指定的plc控制器内，控制平台支持生产任务的调度切换，调度后的生产任务可以运行在原plc控制器内也可以运行在其它plc控制器内。
69.在实际应用中，完成第一次发布的任务后，即上述步骤s102之后，一方面可能出现工业设备出现故障的问题，另一方面可能出现工业设备的不均衡使用的问题，此时需要对工业设备的任务量进行调整，避免产品的生产出现遗漏，因此，本发明实施例通过上述步骤s104进行趋同调整。
70.在一个实施例中，趋同调整优先考虑工业设备出现故障的情况，则上述步骤s104包括：
71.当工业设备损坏出现故障时，重新设定所述平均数值。
72.在一个实施例中，由于生产任务具有任务优先级，本发明实施例进行趋同调整时，仍然考虑任务优先级，则上述步骤s104还包括：
73.根据第n个工业设备的负载率增加其执行的生产任务数量时，增加的生产任务根据任务优先级在k个生产任务中选取；
74.根据第n个工业设备的负载率减少其执行的生产任务数量时，减少的生产任务根据任务优先级在k个生产任务中选取。
75.基于上述步骤s101至步骤s104，本发明实施例通过多组子控制系统同时操作多个工业设备，并依据生产任务的生产优先级及工业设备的监控数据，调整各工业设备的生产效率和负载率，在避免产品的生产出现遗漏的前提下，合理运行控制工业设备，最大化生产效率和资源利用率，提高整体实时性能。
76.此外，本发明实施例所提供的工业控制系统中，控制平台对存储区进行分区管理，通过三组信息储存模块存储不同信息，其中，所述控制平台包括第一信息储存模块，第二信息储存模块和第三信息储存模块，通过设置所述第一信息储存模块的存储值，向所述plc控制器发送开启工业设备或关闭工业设备的指令，通过所述第二信息储存模块读取监控数据，通过所述第三信息储存模块向控制子系统分配生产任务。
77.示例性的，第一信息储存模块表示％m存储，为输出信号的存储，通过更改％m存储的值，可以控制相关设备的打开或关闭。第二信息储存模块表示％i存储，为输入信号的存储，用于读取输入设备(如传感器、开关等)的状态，通过读取并检查％i存储的值，可以获取输入设备的信息。第三信息储存模块表示％q存储，为输出信号的存储，通过更改％q存储的值，可以控制和驱动与plc连接的执行器、电机等输出设备。
78.如图3所示，本发明实施例还提供一种基于工业控制系统的设备运行控制装置30，应用于图2所示的工业控制系统，所述设备运行控制装置30包括：
79.任务获取模块31，用于所述控制平台获取k个生产任务及每个生产任务的任务优先级；
80.任务分配模块32，用于根据任务优先级将第k个生产任务分配给第n组控制子系统的第n个plc控制器，其中，与第n个plc控制器连接的第n个工业设备执行第k个生产任务；
81.监控数据获取模块33，用于获取第n个plc控制器所接收的监控数据，其中，第n个监控系统对第n个工业设备进行监控获得所述监控数据；
82.任务调整模块34，用于根据第n个plc控制器所接收的监控数据计算第n个工业设备的生产效率和负载率，当第n个工业设备的生产效率小于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率增加其执行的生产任务数量，当第n个工业设备的生产效率大于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率减少其执行的生产任务数量；
83.其中，k和n为正整数，k为小于或者等于k的正整数，n为小于或者等于n的正整数。
84.本发明实施例还提供一种终端设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述实施例中所述的基于工业控制系统的设备运行控制方法中的各个步骤。
85.本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述实施例中所述的基于工
业控制系统的设备运行控制方法中的各个步骤。
86.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于工业控制系统的设备运行控制方法，其特征在于，所述工业控制系统包括控制平台、n组控制子系统，任一组控制子系统包括相互连接的plc控制器和监控系统，plc控制器和监控系统还与工业设备连接；所述设备运行控制方法包括：所述控制平台获取k个生产任务及每个生产任务的任务优先级；根据任务优先级将第k个生产任务分配给第n组控制子系统的第n个plc控制器，其中，与第n个plc控制器连接的第n个工业设备执行第k个生产任务；获取第n个plc控制器所接收的监控数据，其中，第n个监控系统对第n个工业设备进行监控获得所述监控数据；根据第n个plc控制器所接收的监控数据计算第n个工业设备的生产效率和负载率，当第n个工业设备的生产效率小于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率增加其执行的生产任务数量，当第n个工业设备的生产效率大于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率减少其执行的生产任务数量；其中，k和n为正整数，k为小于或者等于k的正整数，n为小于或者等于n的正整数。2.如权利要求1所述的基于工业控制系统的设备运行控制方法，其特征在于，获取k个生产任务及每个生产任务的任务优先级之前，包括：通过任务调度表对所述生产任务进行排序；根据排序结果生成所述生产任务的任务优先级。3.如权利要求1所述的基于工业控制系统的设备运行控制方法，其特征在于，监控系统包括加工状态监控器；所述加工状态监控器用于获取工业设备的生产效率及工业设备的负载率。4.如权利要求3所述的基于工业控制系统的设备运行控制方法，其特征在于，监控系统还包括电力系统监控器和产品质量监测器；所述电力系统监控器用于获取工业设备的电力数据；所述产品质量监测器用于对工业设备所产产品进行质量检测。5.如权利要求4所述的基于工业控制系统的设备运行控制方法，其特征在于，还包括：获取历史监控数据；基于第n个plc控制器所接收的监控数据和所述历史监控数据分析并预测第n个工业设备的运行状态；当所述运行状态异常时，进行故障预警。6.如权利要求1所述的基于工业控制系统的设备运行控制方法，其特征在于，当工业设备损坏出现故障时，重新设定所述平均数值。7.如权利要求1所述的基于工业控制系统的设备运行控制方法，其特征在于，根据第n个工业设备的负载率增加其执行的生产任务数量时，增加的生产任务根据任务优先级在k个生产任务中选取；根据第n个工业设备的负载率减少其执行的生产任务数量时，减少的生产任务根据任务优先级在k个生产任务中选取。8.一种基于工业控制系统的设备运行控制装置，其特征在于，所述工业控制系统包括控制平台、n组控制子系统，任一组控制子系统包括相互连接的plc控制器和监控系统，plc
控制器和监控系统还与工业设备连接；所述设备运行控制装置包括：任务获取模块，用于所述控制平台获取k个生产任务及每个生产任务的任务优先级；任务分配模块，用于根据任务优先级将第k个生产任务分配给第n组控制子系统的第n个plc控制器，其中，与第n个plc控制器连接的第n个工业设备执行第k个生产任务；监控数据获取模块，用于获取第n个plc控制器所接收的监控数据，其中，第n个监控系统对第n个工业设备进行监控获得所述监控数据；任务调整模块，用于根据第n个plc控制器所接收的监控数据计算第n个工业设备的生产效率和负载率，当第n个工业设备的生产效率小于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率增加其执行的生产任务数量，当第n个工业设备的生产效率大于平均数值时，根据第n个工业设备的负载率减少其执行的生产任务数量；其中，k和n为正整数，k为小于或者等于k的正整数，n为小于或者等于n的正整数。9.一种终端设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至7任一项所述的基于工业控制系统的设备运行控制方法中的各个步骤。10.一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的基于工业控制系统的设备运行控制方法中的各个步骤。

技术总结
本发明适用于工业控制技术领域，提供了一种基于工业控制系统的设备运行控制方法、装置及终端设备，方法包括：控制平台获取K个生产任务及每个生产任务的任务优先级；根据任务优先级将第k个生产任务分配给第n组控制子系统的第n个PLC控制器，与第n个PLC控制器连接的第n个工业设备执行第k个生产任务；获取第n个PLC控制器所接收的监控数据，根据第n个PLC控制器所接收的监控数据调整第n个工业设备的生产任务数量。通过本发明可以同步操作多组设备，具有较好的协同能力，提升系统的整体实时性能。提升系统的整体实时性能。提升系统的整体实时性能。


技术研发人员：杨凡 崔喆 刘巍
受保护的技术使用者：中科院成都信息技术股份有限公司
技术研发日：2023.08.01
技术公布日：2023/10/15