一种基于5G的工业数据采集和控制系统及其方法与流程

一种基于5g的工业数据采集和控制系统及其方法
技术领域
1.本发明属于工业数据技术领域，尤其涉及一种基于5g的工业数据采集和控制系统及其方法。


背景技术：

2.工业数据采集是指在工业生产和运营过程中，通过各种传感器、仪器设备等手段收集相关数据的过程。工业数据采集是对工业生产设备进行数据采集，是利用各种通信手段接入不同设备、产品、传感器等，采集工业生产的设备数据，是构建工业互联网平台的数据基础。而常用的工业数据采集方式有三种，具体为：数据直接联网通信、通过工业物联网网关进行协议转换采集以及通过远程io进行采集。而将5g技术融入工业数据采集则会使得工业生产和运营更高效、准确和智能。
3.尽管基于5g的工业数据采集工业数据采集在提高生产过程的智能化水平和优化管理方面有很多优点，但同样也会存在一些缺点，如：采集到的数据质量不稳定或存在误差、数据的安全和隐私存在一定风险，以及控制器中的控制信号会被更改导致工业生产设备出现错误和故障等。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于5g的工业数据采集和控制系统及其方法，本发明通过实时检测和采集工业数据并生成控制策略，从而根据控制策略控制工业生产设备的操作，保障了数据质量和设备操作的稳定性；再通过对数据和设备操作进行安全监控保障数据和控制信号等的安全性。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种基于5g的工业数据采集和控制系统，包括依次通信连接的数据采集模块、存储分析模块、决策控制模块和安全监控模块；
7.所述数据采集模块，用于实时检测和采集工业数据；
8.所述存储分析模块，用于接收存储所述工业数据，并对其进行分析和处理，获取分析结果；
9.所述决策控制模块，用于根据所述工业数据和所述分析结果生成控制策略，并根据所述控制策略对工业生产设备进行控制操作；
10.所述安全监控模块，用于对各模块进行数据监控和行为监控，获取监控结果；还用于根据所述监控结果对各模块进行安全防护；
11.其中，所述监控结果包括数据监控结果和行为监控结果；
12.其中，在所述决策控制模块中，基于模型参考自适应控制算法构建所述控制策略。
13.优选的，所述工业数据采集和控制系统还包括工业数据采集控制器、数据采集设备、物联网终端和人机界面；
14.所述工业数据采集控制器分别与所述数据采集设备、物联网终端连接；
15.所述工业数据采集控制器还与所述人机界面连接；
16.所述物联网终端与所述数据采集设备连接；
17.其中，所述工业数据采集控制器包括控制信号，所述控制信号用于控制所述工业生产设备运行；
18.所述数据采集设备与所述工业生产设备连接或所述数据采集设备集成在所述工业生产设备上。
19.优选的，所述数据采集设备，用于采集/记录所述工业生产设备的工业数据；
20.所述物联网终端，用于对所述数据采集设备进行远程控制，以及与所述工业数据采集控制器进行数据交互；
21.所述工业数据采集控制器，用于控制所述数据采集设备进行工业数据采集，以及与所述人机界面进行数据交互；
22.所述人机界面，用于提供人机交互接口；还用于配置参数、显示所述工业生产设备的实时状态、查看实时数据以及进行人机交互。
23.优选的，所述工业数据采集控制器包括接口单元、网关单元和5g单元；
24.所述5g单元分别与所述接口单元和所述网关单元连接；
25.所述接口单元包括若干不同类型的控制接口，所述控制接口用于连接所述数据采集设备；
26.所述网关单元包括若干通信接口，所述通信接口用于连接所述物联网终端；其中，所述通信接口支持多种不同类型的物联网通信协议；
27.所述5g单元用于连接5g网络并通过所述5g网络进行数据传输和交互。
28.优选的，所述数据采集设备包括若干传感器、仪表设备、工业机器设备以及移动终端设备。
29.优选的，在所述决策控制模块中，采用自适应控制算法生成所述控制策略，具体为采用所述自适应控制算法中的模型参考自适应控制。
30.优选的，将所述工业数据采集和控制系统作为实际系统，所述模型参考自适应控制包括参考模型、可调系统和自适应机构；
31.其中，所述可调系统包括被控对象、前置控制器和反馈控制器；
32.所述参考模型，用于定义期望的输出响应，以及指导所述自适应机构的设计和参数调整；
33.所述可调系统，用于根据所述实际系统的响应和误差不断地调整所述自适应机构的参数；
34.所述自适应机构，用于根据所述实际系统的反馈信息和误差更新所述可调系统的参数。
35.优选的，基于所述模型参考自适应控制，生成所述控制策略包括以下步骤：
36.s11，确定所述实际系统的响应特性并定义参考模型；其中，所述参考模型表示为所述实际系统的输出或状态随时间变化的关系；
37.s12，根据所述参考模型和所述实际系统的差异，设计所述自适应机构；
38.s13，在自适应控制中估计所述实际系统的参数；
39.s14，根据所述自适应机构的设计和实际系统参数的估计，计算控制信号；
40.s15，根据所述实际的响应和所述参考模型的差异，使用更新规则调整所述自适应机构的参数；
41.s16，重复执行所述步骤s13至所述步骤s15，不断迭代和优化所述自适应机构的参数和所述实际系统的响应。
42.优选的，所述安全监控模块包括数据监控单元、行为监控单元、报告生成单元和加密保护单元；
43.所述数据监控单元和所述行为监控单元分别与所述报告生成单元通信连接；
44.所述报告生成单元和所述加密保护单元通信连接；
45.所述数据监控单元，用于对所述数据采集设备采集的工业数据，以及所述工业数据采集和控制系统中的系统数据进行实时监控，生成数据监控结果；
46.所述行为监控单元，用于对所述工业数据采集和控制系统中各个设备的操作和行为，以及所述控制信号进行行为监控，生成行为监控结果；
47.所述报告生成单元，用于根据所述数据监控结果和行所述为监控结果生成数据监控报告和行为监控报告；
48.所述加密保护单元，用于根据所述数据监控报告对所述数据监控单元中的数据进行加密；还用于根据所述行为监控报告对所述行为监控单元中的设备操作和所述控制信号进行保护。
49.第二方面，本技术实施例提供了一种基于5g的工业数据采集和控制方法，包括如下步骤：
50.s1，对工业数据进行实时检测；
51.s2，通过工业数据采集控制器控制数据采集设备对所述工业数据进行采集；
52.s3，对采集的所述工业数据进行完整性判断，若所述工业数据完整，则执行步骤s5；若所述工业数据不完整，则执行步骤s4；
53.s4，通过物联网终端控制所述数据采集设备对所述工业数据进行采集，并将采集的所述工业数据发送至所述工业数据采集控制器；
54.s5，对所述工业数据进行存储、分析和处理，获取分析结果；
55.s6，根据所述分析结果和所述工业数据生成控制策略，并根据所述控制策略对工业生产设备进行控制操作；
56.s7，对所述工业数据进行数据监控，获取数据监控结果；
57.s8，对所述工业生产设备的控制操作进行行为监控，获取行为监控结果；
58.s9，根据所述数据监控结果对所述工业数据进行数据加密；根据所述行为监控结果对所述控制操作进行行为保护；
59.s10，在人机界面配置参数、显示所述工业生产设备的实时状态、查看实时数据以及进行人机交互；
60.其中，所述工业数据采集控制器分别与所述数据采集设备和所述物联网终端连接；
61.所述工业数据采集控制器还与所述人机界面连接；
62.所述物联网终端与所述数据采集设备连接；
63.所述工业数据采集控制器包括控制信号，所述控制信号用于控制所述工业生产设
备运行；
64.所述数据采集设备与所述工业生产设备连接，或所述数据采集设备集成在所述工业生产设备上。
65.本发明的有益效果为：
66.(1)本发明通过实时检测和采集工业数据并生成控制策略，从而根据控制策略控制工业生产设备的操作，保障了数据质量和设备操作的稳定性；再通过对数据和设备操作进行安全监控保障数据和控制信号等的安全性。
67.(2)本发明采用通过工业数据采集控制器直接控制数据采集设备采集工业数据，以及通过物联网终端间接地远程控制数据采集设备采集工业数据这两种数据采集方式，保障了工业数据采集的稳定性，使得采集到的数据始终保持高质量。
68.(3)本发明在数据采集设备、工业数据采集控制器、物联网终端和人机界面之间形成完整的数据链路，工业数据从数据采集设备－工业数据采集控制器/(物联网终端－工业数据采集控制器)－人机界面，该数据链路全程进行安全监控，保证了数据在链路中传输时的安全性和完整性。
69.(4)本发明在工业数据采集控制器中集成有5g单元，使得数据采集具有更高的速率，同时也保障了数据采集的实时性、大容量数据传输、远程监控和控制，以及增强的灵活性；这些优势优化了工业数据采集的过程，提高了生产效率和智能化水平。
70.(5)本发明在决策控制模块中采用自适应控制算法中的模型参考自适应控制生成控制策略，通过参考模型来定义控制目标，将本系统输出与参考模型输出进行比较，并根据误差信号生成相应的控制器输出；此外，该模型参考自适应控制还包括参数估计和参数更新的过程，通过在线辨识来估计系统的参数，并根据适当的更新规则来调整控制器参数，从而使得本发明的控制系统始终保持高精度的跟踪和鲁棒性。
71.(6)本发明通过设置安全监控模块全程实时监控工业数据和系统控制操作，保障了数据的安全性和隐私性；此外，安全监控模块还会对控制器中的控制信号以及工业设备的各种操作进行实时监控，从而防止出现控制信号被更改导致工业生产设备出现错误和故障的问题，进一步保障了工业生产和运营的准确性、高效性和安全性。
附图说明
72.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本技术的技术方案。
73.图1为本技术实施例提供的一种基于5g的工业数据采集和控制系统的结构示意图；
74.图2为本技术实施例提供的一种基于5g的工业数据采集和控制系统的另一种结构示意图；
75.图3为本技术实施例提供的工业数据采集控制器的结构示意图；
76.图4为本技术实施例提供的生成控制策略的步骤流程图；
77.图5为本技术实施例提供的安全监控模块的结构示意图；
78.图6为本技术实施例提供的一种基于5g的工业数据采集和控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
79.为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的方法和系统的例子。
80.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
81.以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、特征及其功效做详细说明。
82.实施例1
83.请参阅图1，本技术实施例提供一种基于5g的工业数据采集和控制系统，包括依次通信连接的数据采集模块、存储分析模块、决策控制模块和安全监控模块；
84.所述数据采集模块，用于实时检测和采集工业数据；
85.所述存储分析模块，用于接收存储所述工业数据，并对其进行分析和处理，获取分析结果；
86.所述决策控制模块，用于根据所述工业数据和所述分析结果生成控制策略，并根据所述控制策略对工业生产设备进行控制操作；
87.所述安全监控模块，用于对各模块进行数据监控和行为监控，获取监控结果；还用于根据所述监控结果对各模块进行安全防护；
88.其中，所述监控结果包括数据监控结果和行为监控结果；
89.其中，在所述决策控制模块中，基于模型参考自适应控制算法构建所述控制策略。
90.具体地，本技术通过数据采集模块实时检测和采集工业数据，紧接着将采集到的工业数据进行存储，并对其进行数据分析和数据处理，从而获得分析结果；进而决策控制模块根据采集到的工业数据和上述分析结果生成控制策略，该并控制策略用于对工业生产设备进行操作控制；最后通过安全监控模块对上述各模块进行数据监控和行为监控，获取数据监控结果和行为监控结果；同时还根据上述数据监控结果和行为监控结果对各模块进行安全防护。
91.需要说明的是，本技术实施例中所述的“连接”，可以为无线连接，也可以为有线连接，具体采用哪种连接方式需要根据具体的设备特性选择，本实施例中不对其做具体限定。
92.如图2所示，在本技术提供的一种实施例中，所述工业数据采集和控制系统还包括工业数据采集控制器、数据采集设备、物联网终端和人机界面；
93.所述工业数据采集控制器分别与所述数据采集设备、物联网终端连接；
94.所述工业数据采集控制器还与所述人机界面连接；
95.所述物联网终端与所述数据采集设备连接；
96.其中，所述工业数据采集控制器包括控制信号，所述控制信号用于控制所述工业生产设备运行；
97.所述数据采集设备与所述工业生产设备连接或所述数据采集设备集成在所述工业生产设备上。
98.进一步地，所述数据采集设备，用于采集/记录所述工业生产设备的工业数据；
99.所述物联网终端，用于对所述数据采集设备进行远程控制，以及与所述工业数据采集控制器进行数据交互；
100.所述工业数据采集控制器，用于控制所述数据采集设备进行工业数据采集，以及与所述人机界面进行数据交互；
101.所述人机界面，用于提供人机交互接口；还用于配置参数、显示所述工业生产设备的实时状态、查看实时数据以及进行人机交互。
102.具体地，在本技术实施例中，工业数据采集控制器可以通过直接控制数据采集设备进行数据采集，也可以通过物联网终端间接进行数据采集，此外，可以采取直接采集和间接采集两种采集方式结合的方式，也可以采用其中一种的方式，本实施例不作具体限定。
103.直接采集的具体内容为：工业数据采集控制器与数据采集设备连接并通过该设备采集工业数据，数据采集设备采集到数据后再将其发送回工业数据采集控制器，然后工业数据采集控制器会将工业数据发送给人机界面进行后续处理，操作人员通过人机界面分析数据并下达后续操作指令，进而将该操作指令发送给工业数据采集控制器，由该工业数据采集控制器通过生成控制信号控制工业生产设备的运行。
104.此外，间接采集的具体内容为：工业数据采集控制器与物联网终端连接，物联网终端再与数据采集设备连接；物联网终端通过控制数据采集设备采集工业数据，将采集到数据后发送回物联网终端后，物联网终端再将工业数据发送给工业数据采集控制器，然后工业数据采集控制器会将工业数据发送给人机界面进行后续处理，操作人员通过人机界面分析数据并下达后续操作指令，进而将该操作指令发送给工业数据采集控制器，由该工业数据采集控制器通过生成控制信号控制工业生产设备的运行。物联网终端作为中间设备/端口，可以进行大规模的数据采集，会增加采集的数据量并加快数据采集的效率。
105.如图3所示，进一步地，所述工业数据采集控制器包括接口单元、网关单元和5g单元；
106.所述5g单元分别与所述接口单元和所述网关单元连接；
107.所述接口单元包括若干不同类型的控制接口，所述控制接口用于连接所述数据采集设备；
108.所述网关单元包括若干通信接口，所述通信接口用于连接所述物联网终端；其中，所述通信接口支持多种不同类型的物联网通信协议；
109.所述5g单元用于连接5g网络并通过所述5g网络进行数据传输和交互。
110.进一步地，所述数据采集设备包括但不限于若干传感器、仪表设备、工业机器设备以及移动终端设备。
111.具体地，工业数据采集控制器中集成有5g单元，5g单元与接口单元和网关单元分别连接，可以使得上述两个单元具有5g单元的相关特性，如高速、高效率等。
112.在本技术提供的一种实施例中，在所述决策控制模块中，采用自适应控制算法生成所述控制策略，具体为采用所述自适应控制算法中的模型参考自适应控制。
113.进一步地，将所述工业数据采集和控制系统作为实际系统，所述模型参考自适应
控制包括参考模型、可调系统和自适应机构；
114.其中，所述可调系统包括被控对象、前置控制器和反馈控制器；
115.所述参考模型，用于定义期望的输出响应，以及指导所述自适应机构的设计和参数调整；
116.所述可调系统，用于根据所述实际系统的响应和误差不断地调整所述自适应机构的参数；
117.所述自适应机构，用于根据所述实际系统的反馈信息和误差更新所述可调系统的参数。
118.如图4所示，进一步地，基于所述模型参考自适应控制，生成所述控制策略包括以下步骤：
119.s11，确定实际系统的响应特性并定义参考模型；其中，参考模型表示为实际系统的输出或状态随时间变化的关系；
120.s12，根据参考模型和实际系统的差异，设计自适应机构；
121.s13，在自适应控制中估计实际系统的参数；
122.s14，根据自适应机构的设计和实际系统参数的估计，计算控制信号；
123.s15，根据实际的响应和参考模型的差异，使用更新规则调整自适应机构的参数；
124.s16，重复执行步骤s13至步骤s15，不断迭代和优化自适应机构的参数和实际系统的响应。
125.如图5所示，在本技术提供的一种实施例中，所述安全监控模块包括数据监控单元、行为监控单元、报告生成单元和加密保护单元；
126.所述数据监控单元和所述行为监控单元分别与所述报告生成单元通信连接；
127.所述报告生成单元和所述加密保护单元通信连接；
128.所述数据监控单元，用于对所述数据采集设备采集的工业数据，以及所述工业数据采集和控制系统中的系统数据进行实时监控，生成数据监控结果；
129.所述行为监控单元，用于对所述工业数据采集和控制系统中各个设备的操作和行为，以及所述控制信号进行行为监控，生成行为监控结果；
130.所述报告生成单元，用于根据所述数据监控结果和行所述为监控结果生成数据监控报告和行为监控报告；
131.所述加密保护单元，用于根据所述数据监控报告对所述数据监控单元中的数据进行加密；还用于根据所述行为监控报告对所述行为监控单元中的设备操作和所述控制信号进行保护。
132.综上所述，本技术具有以下有益效果：
133.(1)本技术通过实时检测和采集工业数据并生成控制策略，从而根据控制策略控制工业生产设备的操作，保障了数据质量和设备操作的稳定性；再通过对数据和设备操作进行安全监控保障数据和控制信号等的安全性。
134.(2)本技术采用通过工业数据采集控制器直接控制数据采集设备采集工业数据，以及通过物联网终端间接的远程控制数据采集设备采集工业数据这两种数据采集方式，保障了工业数据采集的稳定性，使得采集到的数据始终保持高质量。
135.(3)本技术在数据采集设备、工业数据采集控制器、物联网终端和人机界面之间形
成完整的数据链路，工业数据从数据采集设备－工业数据采集控制器/(物联网终端－工业数据采集控制器)－人机界面，该数据链路全程进行安全监控，保证了数据在链路中传输时的安全性和完整性。
136.(4)本技术在工业数据采集控制器中集成有5g单元，使得数据采集具有更高的速率，同时也保障了数据采集的实时性、大容量数据传输、远程监控和控制，以及增强的灵活性；这些优势优化了工业数据采集的过程，提高了生产效率和智能化水平。
137.(5)本技术在决策控制模块中采用自适应控制算法中的模型参考自适应控制生成控制策略，通过参考模型来定义控制目标，将本系统输出与参考模型输出进行比较，并根据误差信号生成相应的控制器输出；此外，该模型参考自适应控制还包括参数估计和参数更新的过程，通过在线辨识来估计系统的参数，并根据适当的更新规则来调整控制器参数，从而使得本技术的控制系统始终保持高精度的跟踪和鲁棒性。
138.(6)本技术通过设置安全监控模块全程实时监控工业数据和系统控制操作，保障了数据的安全性和隐私性；此外，安全监控模块还会对控制器中的控制信号以及工业设备的各种操作进行实时监控，从而防止出现控制信号被更改导致工业生产设备出现错误和故障的问题，进一步保障了工业生产和运营的准确性、高效性和安全性。
139.实施例2
140.请参阅图6，本技术实施例提供一种基于5g的工业数据采集和控制方法，包括如下步骤：
141.s1，对工业数据进行实时检测；
142.s2，通过工业数据采集控制器控制数据采集设备对工业数据进行采集；
143.s3，对采集的工业数据进行完整性判断，若工业数据完整，则执行步骤s5；若工业数据不完整，则执行步骤s4；
144.s4，通过物联网终端控制数据采集设备对工业数据进行采集，并将采集的工业数据发送至工业数据采集控制器；
145.s5，对工业数据进行存储、分析和处理，获取分析结果；
146.s6，根据分析结果和工业数据生成控制策略，并根据控制策略对工业生产设备进行控制操作；
147.s7，对工业数据进行数据监控，获取数据监控结果；
148.s8，对工业生产设备的控制操作进行行为监控，获取行为监控结果；
149.s9，根据数据监控结果对工业数据进行数据加密；根据行为监控结果对控制操作进行行为保护；
150.s10，在人机界面配置参数、显示工业生产设备的实时状态、查看实时数据以及进行人机交互；
151.其中，所述工业数据采集控制器分别与所述数据采集设备和所述物联网终端连接；
152.所述工业数据采集控制器还与所述人机界面连接；
153.所述物联网终端与所述数据采集设备连接；
154.所述工业数据采集控制器包括控制信号，所述控制信号用于控制所述工业生产设备运行；
155.所述数据采集设备与所述工业生产设备连接，或所述数据采集设备集成在所述工业生产设备上。
156.本技术通过实时检测和采集工业数据并生成控制策略，从而根据控制策略控制工业生产设备的操作，保障了数据质量和设备操作的稳定性；再通过对数据和设备操作进行安全监控保障数据和控制信号等的安全性。
157.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
158.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
159.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件，或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
160.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种基于5g的工业数据采集和控制系统，其特征在于：包括依次通信连接的数据采集模块、存储分析模块、决策控制模块和安全监控模块；所述数据采集模块，用于实时检测和采集工业数据；所述存储分析模块，用于接收存储所述工业数据，并对其进行分析和处理，获取分析结果；所述决策控制模块，用于根据所述工业数据和所述分析结果生成控制策略，并根据所述控制策略对工业生产设备进行控制操作；所述安全监控模块，用于对各模块进行数据监控和行为监控，获取监控结果；还用于根据所述监控结果对各模块进行安全防护；其中，所述监控结果包括数据监控结果和行为监控结果；其中，在所述决策控制模块中，基于模型参考自适应控制算法构建所述控制策略。2.根据权利要求1所述的一种基于5g的工业数据采集和控制系统，其特征在于：所述工业数据采集和控制系统还包括工业数据采集控制器、数据采集设备、物联网终端和人机界面；所述工业数据采集控制器分别与所述数据采集设备、物联网终端连接；所述工业数据采集控制器还与所述人机界面连接；所述物联网终端与所述数据采集设备连接；其中，所述工业数据采集控制器包括控制信号，所述控制信号用于控制所述工业生产设备运行；所述数据采集设备与所述工业生产设备连接或所述数据采集设备集成在所述工业生产设备上。3.根据权利要求2所述的一种基于5g的工业数据采集和控制系统，其特征在于：所述数据采集设备，用于采集/记录所述工业生产设备的工业数据；所述物联网终端，用于对所述数据采集设备进行远程控制，以及与所述工业数据采集控制器进行数据交互；所述工业数据采集控制器，用于控制所述数据采集设备进行工业数据采集，以及与所述人机界面进行数据交互；所述人机界面，用于提供人机交互接口；还用于配置参数、显示所述工业生产设备的实时状态、查看实时数据以及进行人机交互。4.根据权利要求3所述的一种基于5g的工业数据采集和控制系统，其特征在于：所述工业数据采集控制器包括接口单元、网关单元和5g单元；所述5g单元分别与所述接口单元和所述网关单元连接；所述接口单元包括若干不同类型的控制接口，所述控制接口用于连接所述数据采集设备；所述网关单元包括若干通信接口，所述通信接口用于连接所述物联网终端；其中，所述通信接口支持多种不同类型的物联网通信协议；所述5g单元用于连接5g网络并通过所述5g网络进行数据传输和交互。5.根据权利要求3所述的一种基于5g的工业数据采集和控制系统，其特征在于：所述数据采集设备包括若干传感器、仪表设备、工业机器设备以及移动终端设备。
6.根据权利要求1所述的一种基于5g的工业数据采集和控制系统，其特征在于：在所述决策控制模块中，采用自适应控制算法生成所述控制策略，具体为采用所述自适应控制算法中的模型参考自适应控制。7.根据权利要求6所述的一种基于5g的工业数据采集和控制系统，其特征在于：将所述工业数据采集和控制系统作为实际系统，所述模型参考自适应控制包括参考模型、可调系统和自适应机构；其中，所述可调系统包括被控对象、前置控制器和反馈控制器；所述参考模型，用于定义期望的输出响应，以及指导所述自适应机构的设计和参数调整；所述可调系统，用于根据所述实际系统的响应和误差不断地调整所述自适应机构的参数；所述自适应机构，用于根据所述实际系统的反馈信息和误差更新所述可调系统的参数。8.根据权利要求7所述的一种基于5g的工业数据采集和控制系统，其特征在于：基于所述模型参考自适应控制，生成所述控制策略包括以下步骤：s11，确定所述实际系统的响应特性并定义参考模型；其中，所述参考模型表示为所述实际系统的输出或状态随时间变化的关系；s12，根据所述参考模型和所述实际系统的差异，设计所述自适应机构；s13，在自适应控制中估计所述实际系统的参数；s14，根据所述自适应机构的设计和实际系统参数的估计，计算控制信号；s15，根据所述实际的响应和所述参考模型的差异，使用更新规则调整所述自适应机构的参数；s16，重复执行所述步骤s13至所述步骤s15，不断迭代和优化所述自适应机构的参数和所述实际系统的响应。9.根据权利要求2所述的一种基于5g的工业数据采集和控制系统，其特征在于：所述安全监控模块包括数据监控单元、行为监控单元、报告生成单元和加密保护单元；所述数据监控单元和所述行为监控单元分别与所述报告生成单元通信连接；所述报告生成单元和所述加密保护单元通信连接；所述数据监控单元，用于对所述数据采集设备采集的工业数据，以及所述工业数据采集和控制系统中的系统数据进行实时监控，生成数据监控结果；所述行为监控单元，用于对所述工业数据采集和控制系统中各个设备的操作和行为，以及所述控制信号进行行为监控，生成行为监控结果；所述报告生成单元，用于根据所述数据监控结果和行所述为监控结果生成数据监控报告和行为监控报告；所述加密保护单元，用于根据所述数据监控报告对所述数据监控单元中的数据进行加密；还用于根据所述行为监控报告对所述行为监控单元中的设备操作和所述控制信号进行保护。10.一种基于5g的工业数据采集和控制方法，其特征在于：包括如下步骤：s1，对工业数据进行实时检测；
s2，通过工业数据采集控制器控制数据采集设备对所述工业数据进行采集；s3，对采集的所述工业数据进行完整性判断，若所述工业数据完整，则执行步骤s5；若所述工业数据不完整，则执行步骤s4；s4，通过物联网终端控制所述数据采集设备对所述工业数据进行采集，并将采集的所述工业数据发送至所述工业数据采集控制器；s5，对所述工业数据进行存储、分析和处理，获取分析结果；s6，根据所述分析结果和所述工业数据生成控制策略，并根据所述控制策略对工业生产设备进行控制操作；s7，对所述工业数据进行数据监控，获取数据监控结果；s8，对所述工业生产设备的控制操作进行行为监控，获取行为监控结果；s9，根据所述数据监控结果对所述工业数据进行数据加密；根据所述行为监控结果对所述控制操作进行行为保护；s10，在人机界面配置参数、显示所述工业生产设备的实时状态、查看实时数据以及进行人机交互；其中，所述工业数据采集控制器分别与所述数据采集设备和所述物联网终端连接；所述工业数据采集控制器还与所述人机界面连接；所述物联网终端与所述数据采集设备连接；所述工业数据采集控制器包括控制信号，所述控制信号用于控制所述工业生产设备运行；所述数据采集设备与所述工业生产设备连接，或所述数据采集设备集成在所述工业生产设备上。

技术总结
本发明公开了一种基于5G的工业数据采集和控制系统及其方法，涉及工业数据技术领域。该系统包括用于检测采集工业数据的数据采集模块、用于分析存储和处理工业数据的存储分析模块、用于生成控制策略并控制工业生产设备的决策控制模块和用于监控数据和操作并进行防护的安全监控模块；还包括生成控制信号并控制工业生产设备运行的工业数据采集控制器、用于采集/记录工业数据的数据采集设备、用于远程控制和数据交互的物联网终端以及用于进行人机交互的人机界面。本发明通过实时检测和采集工业数据并生成控制策略，再根据其控制工业生产设备的操作，保障了数据质量和设备的稳定性；再通过监控数据和设备操作从而保障数据和控制信号的安全性。控制信号的安全性。控制信号的安全性。


技术研发人员：潘明 张航 郭子明
受保护的技术使用者：工数科技（广州）有限公司
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/10/11