一种可重构的织机控制系统和方法
技术领域
本发明涉及织机工业控制技术领域，具体为一种可重构的织机控制系统和方法。
背景技术
数字化、网络化和智能化已经成为了工业生产的一种潮流，通过在织机上添加传感器硬件，采集织机数据和运行状况，并通过网络终端传输到云平台，利用手机、电脑等客户端对织机设备的生产集中监控，从而实现织机上网和制造执行系统(MES)的智能化。然而，工业生产的情况是复杂而变化的，需要织机的智能控制系统具有一定的柔性以适应不断变换的工业环境，而现有的智能织机控制系统，由于包括本地控制系统、网络通讯、云平台、客户端等多个部分，虽然能实现远程集中监控和比较智能的制造执行系统，但功能和性能在开发完成后就固定下来，当有较大变化时，需要重新开发，成本较高，相关技术需要进一步的提高。
现有技术存在以下缺点：
1.不同的厂家有不同的生产需求，不同的织机有不同的控制系统，进行智能化改造需要针对性开发配套的制造执行系统，投入成本较高。
2.从织机底层设备到云平台的网络通讯，开发完成后通讯的功能和性能固定，网络通讯的灵活性不高。
3.只实现了织机与对应的服务器的数据交换，缺少织机之间、织机与不同的服务器之间，不同的织机服务器之间的协同工作。
“一种基于嵌入式的高速剑杆织机专机化控制系统”(专利号201910479776.9)的织机控制系统虽然对织机系统进行模块化的设计增加灵活性，通过网络模块和云平台专家系统实现织机的智能化，但对应的嵌入式控制系统开发投入较大，更新换代成本高，网络通讯功能固定，移植新的功能困难，只有织机与专家系统的通讯，通讯对象单一，不能有效利用织机网络完成更加复杂的功能。
基于现有的不足，针对织机控制的工业互联方案向这灵活、开发、柔性化的方向的优化很有必要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种可重构的织机控制系统和方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.织机控制系统通过多个服务器与织机网络的协同工作，可以对织机网络连接逻辑程序、织机设备程序、织机生产参数进行修改，利用服务器通过网络更改软件程序实现织机控制系统的可重构。
2.系统通讯采用面向协同工作的JSON语言，通讯过程快捷、通讯内容灵活，可以快速的交换数据，对通讯内容进行较为详细的描述，通过解析JSON语言便使通讯的设备能够理解通讯的内容，信息共享更为方便。
3.织机的硬件根据功能划分为多个功能不同的子模块，由其中负责协调其它模块的主控模块协调工作任务，多个功能不同的子模块协同工作，改进子模块和增加子模块可改变织机控制系统的功能和性能，出现故障可更换对应的子模块，从而使织机控制系统具有一定的柔性。
4.用户对织机网络的需求，通过客户端、服务器最后部署到智能网关，织机网络通过智能网关进行管理，智能网关和织机的通讯模块通过JSON语言通讯，修改通讯模块的程序和程序设定的参数，更改通讯模块的TCP连接和通讯任务，使织机网络能够可重构。
5.本发明在硬件和软件上都具备一定的柔性，当工业环境改变时，织机控制系统能够通过网络，利用云平台服务器快速改动适应新的生产需求，同时可以与多个服务器进行协同工作，监控织机生产的同时对织机进行故障报警和诊断，生产产品的同时向客户提供产品定制的服务，当客户应对多变和趋向个性化的市场需求，需要迅速改变生产的纺织产品时，借助云平台服务器上行业专家、研发人员和其它厂商上传的设备程序、生产参数和产品信息，根据客户定制的产品需求，快速调整纺织机的程序和生产参数，完成定制产品的生产，实现知识的复用。利用不同服务器带来的不同功能，灵活的应对变换的生产需求。
附图说明
图1为本发明可重构的织机控制系统的工业互联宏观架构。
图2为织机控制系统的通讯模块功能示意。
图3为一种可重构的纺织机的硬件结构框图。
图4为织机控制系统的可重构的网络互联方法。
具体实施方式
为使本发明的实施方案与意义优势表述得更为清楚，下面结合附图对本发明进行更为详细的说明。
本发明为一种可重构的织机控制系统，通过织机网络和平台服务实现织机控制系统的可重构，包括系统的工业互联宏观架构和一种柔性的织机控制的硬件结构。其工业互联宏观架构如图1所示，纺织机1通过通讯模块2，接入织机网络3并与织机网络3进行通讯，智能网关4管理织机网络3，织机网络3通过智能网关4与云平台进行通讯，云平台由多个服务器组成，包括通讯逻辑服务器5、设备程序服务器6、客户端服务器7、产品信息服务器8、专家系统服务器9，服务器之间相互通讯协同工作，并通过智能网关4与织机网络3通讯提供相应的服务，同时客户端服务器7与客户端10通讯，用户通过客户端10实现对织机的监控，并利用系统的可重构性，根据厂家和工业环境的需要和改变系统的功能和性能。
织机控制系统运用机器协同与理解的原理，采用面向协同工作的通讯方法，根据实际需求，选择通讯延时小、数据交换效率高、通讯内容灵活、利于计算机解析和理解的通讯语言，以满足多个机器协同工作时并行的通讯需要，例如将要通讯的信息转换为JSON的格式，对信息进行描述，用于几个需要协同工作的设备通讯，使几个设备能够相互理解。
所述织机控制系统运用上述原理，实现多个服务器之间协同工作和相互理解，服务器与织机网络的协同工作和相互理解，织机网络中的织机之间的协同工作和信息共享，纺织机内子模块之间的协同工作。
将纺织机的硬件按照功能拆分为多个部分，包括负责通讯的通讯模块、负责协调其它模块工作的主控模块、具有其它不同的控制功能的子控模块，每个部分都可作为一个电子控制单元，是织机控制系统的子模块，通过上述子模块之间的协同工作，实现一种柔性的硬件结构(参见图3)，主控模块主要协调子控模块之间的协同工作，由子控模块直接对纺织的运动机构进行控制，上述子模块(主控模块、通讯模块、子控模块)之间通过模块之间的常用的通讯方式，如现场总线、控制器局域网和控制器厂家如西门子开发的专用通讯协议，实现相互理解和协调工作。例如，主控模块与这些子控模块之间通过CAN BUS进行通讯，主控模块与通讯模块连接，使系统能够进行网络通讯，同时通讯模块也可利用CAN BUS直接与子控模块进行通讯，进行数据交换，也可进行反向编程，绕过主控模块，提供更高的通讯效率。织机传感器(属于纺织机生产线本身固有的设备)监测运动机构的数据，并将数据传输给子控模块完成对运动机构的准确控制，有些重要的传感器(包括检测纺织机控制效果的传感器、检测纺织机故障情况的传感器、检测纺织机产品质量的传感器，如检测纺织机的电机转速的传感器、检测纺织机张力的传感器、检测纺织机生产产品质量的光学传感器、检测纺织机主轴故障情况的主轴振动传感器)可以通过现场总线传输给主模块，帮主模块协调控制和通讯任务，可由主模块处理后，将这些重要的传感器数据分享给子控模块。其它外接设备如组态屏也可通过现场总线与主控模块连接，协同工作。主控模块由于需要协同多个任务，可将任务分配给子控模块，也可搭载软件操作系统，如Lunix操作系统，由操作系统协调处理各个任务。此外，可以通过外接传感器(外接传感器不是纺织机生产线本身工作所必须的，需要获得某些数据而外加的)直接监测织机的数据，通过通讯模块直接发送到织机网络中。
通过将纺织机的硬件根据功能划分为多个功能模块，并能搭载外接设备和外接传感器，使厂家可以根据实际生产的需要，更改子模块或添加外接设备，改变系统的功能和性能，当织机控制系统的某一部分不满足需要或缺少某项功能时，可通过更换子控模块或增加CAN BUS连接的新模块，而不用对整个设备进行重新开发，大大提高了织机控制系统的柔性。
云平台由多个服务器提供不同的云服务，由通讯逻辑服务器、设备程序服务器、客户端服务器、产品信息服务器、专家系统服务器分别提供织机网络的通讯逻辑程序，织机设备的程序，设备监控界面，产品生产信息和故障诊断服务，服务器之间通过JSON语言进行数据交换，进行协同工作，将织机设备的程序、织机网络的通讯逻辑程序、织机监控的参数、织机生产产品的信息通过相互对应，使织机设备的程序与织机网络的通讯逻辑程序对应，织机设备与织机网络能正常通讯；使织机监控的参数与织机生产产品的信息对应，监控织机生产产品的过程中的重要参数；使织机监控参数与织机设备的程序对应，监控织机设备程序设定的重要参数，同时织机设备的程序利用监控数据优化对织机的控制；织机网络连接的逻辑程序将其它服务器向织机网络反馈的程序和信息，按照一定的逻辑部署到织机网络中，将织机网络的通讯逻辑程序部署到管理织机网络的智能网关中，由智能网关解析织机网络的通讯逻辑程序并管理织机网络，将设备程序部署到设备程序存储器中，并完成织机监控参数的上传和织机生产参数的设定，通讯模块将上述逻辑服务器、设备程序服务器、客户端服务器等服务器发送的JSON语言进行解析，并作为织机设备反向编程的API接口。通过织机网络中的织机之间的协同工作和信息共享，由织机网络完成一部分通讯工作，服务器向某个纺织机传输的数据，其它纺织机可以通过织机网络获得，减轻了服务器的数据传输压力。
利用上述过程，实现织机控制系统的可重构，包括织机网络连接的可重构、织机设备的可重构编程、用户监控界面的可重构、设备对应的产品生产参数的可重构。
通讯逻辑服务器5上部署了织机网络连接的逻辑程序，包括各种经典的连接逻辑的实现：织机按型号、生产设备分组进行TCP连接的逻辑；织机按照物理地址进行定位，按照地理位置进行分组的TCP连接逻辑；织机自组织连接，根据通讯包的大小建立TCP连接的连接逻辑和UDP数据包传输的逻辑，同时可以与客户端服务器7通讯交流，协同工作，使用户通过客户端设置织机网络3的通讯逻辑，同时还可以根据实际需求设计网络连接逻辑，通过客户端服务器7上传到通讯逻辑服务器5中，新增加用户自己设计的设备织机的连接逻辑。通讯逻辑服务器5将网络连接的逻辑部署到智能网关4，智能网关4管理织机网络3，让纺织机1按照相应的连接逻辑建立TCP连接，构建织机网络3，当织机网络3需要可重构时，用户可以在客户端10进行设置，选择经典的通讯逻辑，或选择其他用户上传到通讯逻辑服务器5中的通讯逻辑，当需要的通讯逻辑没有时，用户可以将自己根据需求设计的通讯逻辑上传，使用自己的通讯逻辑，通讯逻辑服务器5将客户设定的新的通讯逻辑部署到智能网关4，通过智能网关4让纺织机1建立新的织机网络3。
设备程序服务器6提供织机设备的可重构编程服务，由纺织机1的厂家提供纺织机设备的模型，并识别织机网络3中对应编号和地址的设备的型号和设备信息，设备程序服务器6在与其他服务器协同工作时提供纺织机1的设备信息。设备程序服务器6作为云端可以接收储存各种纺织机设备的程序，并与通讯逻辑服务器5通讯，协同工作，根据通讯逻辑，将储存的设备程序传输给纺织机。具有修改设备程序的权限的用户可以通过客户端修改纺织机1的设备程序，也可以上传新的设备程序给设备程序服务器6供其他用户使用。
客户端服务器7提供客户端的用户界面，将纺织机1的监控数据显示在数据界面上，同时与通讯逻辑服务器5、设备程序服务器6、产品信息服务器8、专家系统服务器9通讯，协同工作，给客户端提供对应的通讯逻辑设置和上传界面，设备程序重构设置和上传界面，产品信息的显示、选择、检测和产品生产参数设定的用户界面，故障诊断和专家系统完善的用户界面。
产品信息服务器8提供各种成熟的产品信息，与设备程序服务器6协同工作提供各种设备的产品生产参数，与客户端服务器7通讯，协同工作，使用户可以选择生产的产品，获得产品的生产信息，将产品的生产参数部署到纺织机1中，可以接收储存用户上传的产品信息和产品生产参数，也可以统计产品的生产情况。
专家系统服务器9与其他服务器协同工作，根据纺织机1上传的数据判断纺织机1的故障，并通过客户端10向用户报警，并给出判断的故障信息方便用户在现场及时排除纺织机1的故障。专家系统可以由权限高的用户不断完善知识和算法，提供故障诊断的准确性。
客户端10为用户提供人机交互的载体，可以是电脑，也可以是手机等移动设备，用户可以在客户端监控纺织机1，监控生产过程。除基本的显示纺织机1的数据的功能外，客户端10对不同功能设有不同的权限，给生产人员提供更改生产参数，获得故障信息的权限，给管理人员提供重构生产系统，改变通讯逻辑，更改设备程序的权限，给厂家和研发人员上传通讯逻辑、设备程序、设备信息、产品信息和完善专家系统的权限，使织机控制系统有序运转。
智能网关4管理织机网络3，将织机的TCP连接的逻辑部署给织机网络3中的各个织机，让纺织机1按相应的通讯逻辑组建为织机网络3，同时，智能网关4可与云平台的各个服务器进行连接，根据用户设置连接一个或多个服务器，使织机网络3与各个服务器协同工作，完成服务器对纺织机1的信息采集、信息处理、信息共享、预警和控制工作，并协助服务器完成织机控制系统的重构工作。
通讯模块2使纺织机1能够进行通讯，与织机网络3进行连接，完成织机网络3内的各种信息传输，将纺织机1和智能网关4通讯的信息进行转换，将各服务器的通讯内容解析给纺织机1，存放到纺织机1指定的储存位置中。通讯模块也可看做是纺织机内的一个子模块。
纺织机1为织机网络3中的各种纺织机，包括纺织生产所需的各种织机设备。
所述通讯模块2的功能如图2所示，主要具有三大功能，通讯模块2使纺织机1能够进行网络通讯，通过织机网络3实现与本地局域网上其它设备的通讯，然后通过与织机网络3连接的智能网关4，与云平台的服务器进行数据交换，使云平台能够对织机的设备进行反向编程。通讯模块具备通讯协议库，将RS232、RS485、CAN BUS、LAN等设备通讯协议转换为WAN、WIFI、蓝牙、4G/5G等网络通讯协议，使纺织机的设备的通讯信息能够在网络中进行通讯，同时，通讯模块也作为系统重构时的反向编程的应用程序接口，使服务器的程序能够下载到纺织机1的设备程序储存器中，使织机设备运行重构后的新程序。纺织机1的数据存放在程序预设的储存器位置中，与服务器进行数据交换时，需要对数据进行描述说明，纺织机向服务器发送数据时，通讯模块向云平台说明是属于哪类服务器中数据库的哪个数据，当服务器向织机发送数据时，通讯模块根据对数据的描述，向纺织机说明更改的是储存器哪个位置的数据，将服务器中的信息解析给纺织机。通讯模块通过JOSN等数据交换语言，将数据描述为计算机语音，将计算机语言解析为数据，完成对数据的描述和解析工作。
如图4所示为一种可重构的纺织机网络的互联结构示意图，此方法采用自组织的连接方式，多个纺织机之间根据通讯逻辑建立TCP连接，当网络中的两个织机设备进行通讯时，如通讯线路被占用，可以通过其它通讯的线路进行通讯。例如，当纺织机a11需要与纺织机a17进行通讯时，纺织机a11可以通过纺织机a12、纺织机a13、纺织机a14与纺织机a17进行通讯，也可以通过纺织机a15、纺织机a16与纺织机a17进行通讯，还可以通过纺织机a18、纺织机a19与纺织机a17进行通讯，织机网络的通讯逻辑程序会判断与纺织机11连接的设备距离纺织机a17的节点数，由于纺织机a15和纺织机a18距离纺织机a17的节点更少，会优先通过后这两个节点与纺织机a17进行通讯。当纺织机通过通讯模块进行网络连接时，首先接入到织机网络中，广播自己的信息，被智能网关发现后，与智能网关建立TCP连接，从而织机网络中的织机设备都与智能网关建立连接。智能网关与所有的织机设备均建立连接，并能够更改纺织机的通讯模块的连接对象，和设置织机通讯时，其通讯模块是接收数据还是发送数据，按照部署的通讯逻辑程序，对纺织机的通讯模块进行管理，让纺织机的通讯模块按照部署的通讯逻辑程序，进行网络连接，使纺织机按照部署的通讯逻辑程序自动建立织机网络，并与云平台服务器建立连接，实现织机网络的智能、可重构连接。通过织机网络，纺织机可以协同工作，进行信息的分享，服务器向某个纺织机传输的数据，其它纺织机可以通过织机网络获得，减轻了服务器的数据传输压力。
本发明未述及之处适用于现有技术。
