《一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法》是合肥美亞光電技術股份有限公司於2014年7月31日申請的發明專利，該專利申請號為2014103706539，公布號為CN104102213A，專利公布日為2014年10月15日，發明人是吳明、王斌。
《一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法》包括設定在客戶現場的至少一台物料分選設備、區域網路控制終端以及設定在售後服務中心的網際網路控制終端、數據服務中心和VPN伺服器，區域網路控制終端和網際網路控制終端均包括PC和移動終端；區域網路控制終端和物料分選設備組成區域網路，並通過網關和防火牆接入網際網路，網際網路控制終端、數據服務中心和VPN伺服器均接入網際網路。該發明實現了物料分選設備在區域網路內的聯網和多終端控制，採用VNC技術，確保網路操作無延遲，採用VPN技術，實現穿越NAT，並確保數據在網際網路上傳輸的安全性和高效性，提高了整個生產線的處理能力，確保所有物料分選設備的整體工作效能最大化。
2017年6月22日，《一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法》獲得安徽省第五屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法
- 公布號：CN104102213A
- 公布日：2014年10月15日
- 申請號：2014103706539
- 申請日：2014年7月31日
- 申請人：合肥美亞光電技術股份有限公司
- 地址：安徽省合肥市高新區望江西路668號
- 發明人：吳明、王斌
- 代理機構：合肥天明專利事務所
- 代理人：金凱
- Int.Cl.：G05B19/418(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2014年7月，物料分選設備在使用過程中存在以下問題：
（1）為提高物料分選效率，在同一生產線上部署多台（比如3到10台）物料分選設備同時工作的情況越來越多，由於各物料分選設備內部光學條件會有細微差別，針對不同物料的分選方案也很多，因此，必須解決多台物料分選設備之間協同工作的問題；
（2）通常一台物料分選設備需要配置一名操作人員，操作人員對物料分選設備的控制通過設備自帶的上位機進行，多台物料分選設備同時工作時，應儘可能少地配置操作人員，使操作人員可以集中控制所有物料分選設備以提高工作效率；
（3）物料分選設備操作相對專業，客戶現場的物料分選設備出現故障或操作問題時，客戶常常很難自主解決，如果售後服務人員無法第一時間到達客戶現場，會嚴重影響客戶的生產進度；
（4）客戶需要分選新物料品種時，必須提供有效的算法支持，如果不能對客戶現場的物料分選設備進行有效的遠程控制，設備生產廠家的售後服務人員必須趕到客戶現場，根據新物料品種的特徵升級算法；
（5）設備生產廠家希望可以通過遠程控制技術，線上採集所有物料分選設備的實時工作狀態，對數據進行分析後，可以對客戶進行針對性服務，也有利於物料分選設備的最佳化改進；
（6）物料分選設備在出廠前和客戶現場調試時，通常只能通過示波器或者液晶屏連線相機，對多路並行採集的相機調試時，連線調試設備繁瑣，在有限的空間內，一邊操作相機一邊觀察調試設備上的信號，操作困難。
針對物料分選設備的上述問題，2014年7月之前的解決方案具有以下不足：
（1）僅考慮一台物料分選設備對應一台控制PC，未考慮多台物料分選設備集中控制，未考慮對可以接入網際網路的所有設備進行統一管理，也沒有提供基於無線網路的移動終端接入方案；
（2）對物料分選設備在生產線中的控制，僅能控制開關下料和控制供料量等基本操作，無法取得物料分選設備的完整工作信息（包括信號、圖像、算法參數、實時狀態、日誌等），無法登錄遠程設備以實現實時線上控制；
（3）未提供從本地區域網路到網際網路的完整遠程控制解決方案，僅能在特定網路條件下工作，不具備普適性，也不能為各種增值服務提供網路基礎；
（4）未考慮客戶現場的物料分選設備接入網際網路的方式，未解決遠程控制物料分選設備時如何穿越防火牆問題。
發明內容
專利目的
《一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法》的目的在於提供一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法，以彌補2014年7月之前的解決方案的不足。
技術方案
《一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法》包括設定在客戶現場的至少一台物料分選設備，還包括設定在客戶現場的區域網路控制終端以及設定在售後服務中心的網際網路控制終端、數據服務中心和具有公網IP的VPN伺服器，所述區域網路控制終端和網際網路控制終端均包括PC和移動終端；所述區域網路控制終端和物料分選設備組成區域網路，並通過網關和防火牆接入網際網路，所述網際網路控制終端、數據服務中心和VPN伺服器均接入網際網路；所述物料分選設備、網際網路控制終端和數據服務中心上分別設有VPN客戶端，所述物料分選設備與網際網路控制終端和數據服務中心之間傳輸的數據包經由VPN伺服器中轉，所述VPN伺服器用於對中轉的數據包進行重新編碼和解碼；所述物料分選設備上設有VNC伺服器端，所述區域網路控制終端和網際網路控制終端上分別設有VNC客戶端。
所述的用於物料分選設備的遠程控制系統，所述物料分選設備，用於通過其自帶的上位機將工作信息上傳至區域網路控制終端、網際網路控制終端和數據服務中心，同時接收來自區域網路控制終端、網際網路控制終端和數據服務中心的參數調整請求，並將所述參數調整請求下發至其內部的各個模組，所述工作信息包括信號、圖像、參數、狀態和日誌。所述的用於物料分選設備的遠程控制系統，所述區域網路控制終端，用於直接對區域網路內的物料分選設備進行控制，所述網際網路控制終端，用於通過賬號和密碼認證登錄VPN伺服器，對接入VPN的物料分選設備進行遠程控制；所述區域網路控制終端和網際網路控制終端，還用於根據控制許可權配置，同時監控多台物料分選設備，對不同物料分選設備的狀態和參數進行比較，計算出整條生產線上的最優工作方案，並將參數反饋給物料分選設備。所述的用於物料分選設備的遠程控制系統，所述數據服務中心，用於通過賬號和密碼認證登錄VPN伺服器，為接入VPN的物料分選設備提供數據集中管理和雲計算服務，通過網際網路採集物料分選設備工作時的實時數據，對採集的數據進行統計和算法分析，並將算法調整參數反饋給物料分選設備。
該發明包括以下步驟：
（1）將設定在客戶現場的區域網路控制終端和若干台物料分選設備組成區域網路，並通過網關和防火牆接入網際網路，所述區域網路控制終端包括PC和移動終端；
（2）在售後服務中心設定網際網路控制終端、數據服務中心和具有公網IP的VPN伺服器，並接入網際網路，所述網際網路控制終端包括PC和移動終端；
（3）將VPN客戶端分別設定在物料分選設備、網際網路控制終端和數據服務中心上，所述物料分選設備與網際網路控制終端和數據服務中心之間傳輸的數據包經由VPN伺服器中轉，所述VPN伺服器對中轉的數據包進行重新編碼和解碼；
（4）將VNC伺服器端設定在物料分選設備上，將VNC客戶端分別設定在區域網路控制終端和網際網路控制終端上。
所述的用於物料分選設備的遠程控制方法，所述步驟（3）中，所述物料分選設備與網際網路控制終端和數據服務中心之間傳輸的數據包，在傳輸前先經過壓縮和加密處理。所述的用於物料分選設備的遠程控制方法，所述步驟（4）中，還包括對VNC的遠程幀快取協定、ZRLE和Hextile編碼進行最佳化。
改善效果
（1）將客戶現場的多台物料分選設備、用於控制的PC和移動終端組成區域網路，解決了物料分選設備在區域網路內的聯網和多終端控制問題，能夠實現同一生產線上所有物料分選設備協同工作，確保區域網路內物料分選設備工作狀態的一致性；操作人員不僅可以通過PC來控制所有物料分選設備，還可以通過智慧型手機、平板電腦等移動終端實時控制，使物料分選設備處於良好工作狀態；
（2）採用VNC（虛擬網路計算機）技術，將物料分選設備的操作平台界面直接映射到控制終端（PC或移動終端），解決了基於嵌入式系統的VNC控制問題，確保網路操作無延遲，數據傳輸安全可靠，客戶現場的操作人員可以通過PC或者移動終端隨時登錄到物料分選設備中，獲取物料分選設備的信號、圖像、算法參數、實時狀態、日誌等完整信息，並根據獲取的信息分析物料分選設備的工作狀態，線上調整算法參數，完成對物料分選設備的完整監控；
（3）採用VPN（虛擬專用網路）技術，解決了多種接入網際網路方式下（有線網路接入、移動3G或4G接入）的NAT（網路地址轉換）問題，從而解決了穿透網關和防火牆問題，也解決了數據在網際網路上傳輸的安全性和高效性問題，設備生產廠家的售後服務人員無論在哪，無論使用PC還是移動終端，只要可以接入網際網路，就可以遠程診斷解決客戶問題，第一時間回響客戶需求，有效節省售後服務成本，提高售後服務水平，並為基於雲計算的線上算法分析提供網路基礎支持。
（4）一個控制終端可以同時監控多台物料分選設備，解決了對並行工作的多台物料分選設備實時狀態和信號的採集、分析和反饋問題，提高了整個生產線的處理能力，確保所有物料分選設備的整體工作效能最大化。
附圖說明
圖1是《一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法》的系統網路拓撲圖；
圖2是該發明的數據流傳輸示意圖；
圖3是該發明的數據包定義示意圖。
權利要求
1.《一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法》包括設定在客戶現場的至少一台物料分選設備，其特徵在於，還包括設定在客戶現場的區域網路控制終端以及設定在售後服務中心的網際網路控制終端、數據服務中心和具有公網IP的VPN伺服器，所述區域網路控制終端和網際網路控制終端均包括PC和移動終端；所述區域網路控制終端和物料分選設備組成區域網路，並通過網關和防火牆接入網際網路，所述網際網路控制終端、數據服務中心和VPN伺服器均接入網際網路；所述物料分選設備、網際網路控制終端和數據服務中心上分別設有VPN客戶端，所述物料分選設備與網際網路控制終端和數據服務中心之間傳輸的數據包經由VPN伺服器中轉，所述VPN伺服器用於對中轉的數據包進行重新編碼和解碼；所述物料分選設備上設有VNC伺服器端，所述區域網路控制終端和網際網路控制終端上分別設有VNC客戶端。
2.根據權利要求1所述的用於物料分選設備的遠程控制系統，其特徵在於：所述物料分選設備，用於通過其自帶的上位機將工作信息上傳至區域網路控制終端、網際網路控制終端和數據服務中心，同時接收來自區域網路控制終端、網際網路控制終端和數據服務中心的參數調整請求，並將所述參數調整請求下發至其內部的各個模組，所述工作信息包括信號、圖像、參數、狀態和日誌。
3.根據權利要求1所述的用於物料分選設備的遠程控制系統，其特徵在於：所述區域網路控制終端，用於直接對區域網路內的物料分選設備進行控制，所述網際網路控制終端，用於通過賬號和密碼認證登錄VPN伺服器，對接入VPN的物料分選設備進行遠程控制；所述區域網路控制終端和網際網路控制終端，還用於根據控制許可權配置，同時監控多台物料分選設備，對不同物料分選設備的狀態和參數進行比較，計算出整條生產線上的最優工作方案，並將參數反饋給物料分選設備。
4.根據權利要求1所述的用於物料分選設備的遠程控制系統，其特徵在於：所述數據服務中心，用於通過賬號和密碼認證登錄VPN伺服器，為接入VPN的物料分選設備提供數據集中管理和雲計算服務，通過網際網路採集物料分選設備工作時的實時數據，對採集的數據進行統計和算法分析，並將算法調整參數反饋給物料分選設備。
5.一種用於物料分選設備的遠程控制方法，其特徵在於，包括以下步驟：
（1）將設定在客戶現場的區域網路控制終端和若干台物料分選設備組成區域網路，並通過網關和防火牆接入網際網路，所述區域網路控制終端包括PC和移動終端；
（2）在售後服務中心設定網際網路控制終端、數據服務中心和具有公網IP的VPN伺服器，並接入網際網路，所述網際網路控制終端包括PC和移動終端；
（3）將VPN客戶端分別設定在物料分選設備、網際網路控制終端和數據服務中心上，所述物料分選設備與網際網路控制終端和數據服務中心之間傳輸的數據包經由VPN伺服器中轉，所述VPN伺服器對中轉的數據包進行重新編碼和解碼；
（4）將VNC伺服器端設定在物料分選設備上，將VNC客戶端分別設定在區域網路控制終端和網際網路控制終端上。
6.根據權利要求5所述的用於物料分選設備的遠程控制方法，其特徵在於：所述步驟（3）中，所述物料分選設備與網際網路控制終端和數據服務中心之間傳輸的數據包，在傳輸前先經過壓縮和加密處理。
7.根據權利要求5所述的用於物料分選設備的遠程控制方法，其特徵在於：所述步驟（4）中，還包括對VNC的遠程幀快取協定、ZRLE和Hextile編碼進行最佳化。
實施方式
如圖2所示，《一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法》包括設定在客戶現場的至少一台物料分選設備1、區域網路控制終端2以及設定在售後服務中心的網際網路控制終端6、數據服務中心7和具有公網IP的VPN伺服器8，區域網路控制終端2和網際網路控制終端6均包括PC和移動終端；物料分選設備1和區域網路控制終端2通過星型網路連線到網關3上，組成區域網路，並通過防火牆4接入網際網路5，網際網路控制終端6、數據服務中心7和VPN伺服器8均接入網際網路5。
該發明的工作原理詳述如下：
物料分選設備1自帶的上位機，通過USB、LVDS、RS485等匯流排對物料分選設備1內部多個相機的信號、圖像和實時狀態進行採集，並通過嵌入式應用程式實現信號與算法參數計算、日誌管理等功能。
物料分選設備1自帶的上位機提供基於嵌入式系統的乙太網接入模組（IEEE 802.1系列協定、IEEE 802.2系列協定、IEEE 802.3系列協定）和Wi-Fi模組（IEEE 802.11系列協定），採用嵌入式作業系統，提供完整的TCP/IP協定棧，用於接入區域網路和網際網路，同時配置多塊虛擬網卡，用於網際網路控制時連線VPN。
設定在客戶現場的區域網路控制終端2和多台物料分選設備1通過有線或無線（具備Wi-Fi連線條件時採用無線連線，不具備Wi-Fi連線條件時採用禁止雙絞線連線）的方式組成區域網路，並通過有線或無線網關3和防火牆4接入網際網路5。
在售後服務中心設定網際網路控制終端6、數據服務中心7和VPN伺服器8，並接入網際網路5。VPN伺服器8必須具有網際網路5上的公網IP位址，使得經其中轉的數據包可以在網際網路5上路由。
在物料分選設備1、網際網路控制終端6和數據服務中心7上設定VPN客戶端，物料分選設備1與網際網路控制終端6和數據服務中心7之間傳輸的數據包經由VPN伺服器8中轉，VPN伺服器8對中轉的數據包進行重新編碼和解碼。在物料分選設備1上設定VNC伺服器端，在區域網路控制終端2和網際網路控制終端6上設定VNC客戶端。
在VPN伺服器8上運行VPN伺服器端軟體，以實現物料分選設備1、網際網路控制終端6和數據服務中心7的VPN登錄認證、許可權管理和數據包轉發。區域網路內的物料分選設備1通過網關3和防火牆4接入網際網路5並登錄VPN伺服器8，網際網路控制終端6和數據服務中心7在接入網際網路5後，也登錄同一VPN伺服器8，則所有客戶現場的物料分選設備1與售後服務中心的網際網路控制終端6和數據服務中心7構成一個虛擬專用網路VPN。
物料分選設備1自帶的上位機可以將物料分選設備1的信號、圖像、參數、狀態、日誌等工作信息上傳至區域網路控制終端2、網際網路控制終端6和數據服務中心7，同時接收來自區域網路控制終端2、網際網路控制終端6和數據服務中心7的參數調整請求，並將這些參數調整請求下發至物料分選設備1內部的各個模組。在物料分選設備1的上位機中運行VPN客戶端軟體，使物料分選設備1在通過賬號和密碼認證後，接入VPN伺服器8，所有設備接入VPN後，即在該VPN中接受統一管理和服務。VPN技術通過對數據包的二次封裝和伺服器轉發，解決了物料分選設備1在區域網路（區域網路）中經過網路地址轉換後，無法從網際網路對其進行訪問的問題。同時，在VPN內，可統一控制所有接入設備的許可權，保障了遠程控制的數據安全性。在物料分選設備1的上位機中運行VNC伺服器端軟體，使網際網路控制終端6在VPN內，或區域網路控制終端2在區域網路內接入物料分選設備1，實現物料分選設備1的VNC控制。在區域網路控制終端2和網際網路控制終端6中運行終端軟體，終端軟體具備VPN客戶端功能，可以通過賬號和密碼方式認證登錄VPN伺服器8，對接入VPN的物料分選設備1進行遠程控制（通過網際網路遠程控制時），終端軟體也可以不用接入VPN而直接對區域網路內的物料分選設備1進行控制（區域網路控制時）。終端軟體實現VNC客戶端功能，可以接入物料分選設備1，實時複製物料分選設備1的操作界面，遠程實時、線上、完整控制物料分選設備1。區域網路控制終端2和網際網路控制終端6可自動查找所有物料分選設備1，並在終端軟體中註冊，終端軟體生成物料分選設備列表，並實時查詢各物料分選設備1狀態是否正常，如有異常，報警提示。終端軟體還可以根據控制許可權配置，同時監控多台物料分選設備1，對不同物料分選設備1的狀態和參數進行比較，計算出整條生產線上的最優工作方案，並將參數反饋給物料分選設備1。
接入VPN的網際網路控制終端6控制物料分選設備1的方法與不接入VPN的區域網路控制終端2的控制方法完全相同，只是將數據包全部加上VPN控制信息，並將網際網路控制終端6與物料分選設備1之間傳輸的數據包全部經過VPN伺服器8中轉。
數據服務中心7通過賬號和密碼認證登錄VPN伺服器8，為接入VPN的物料分選設備1提供數據集中管理和雲計算服務，實現VPN內所有物料分選設備1的註冊、管理、採集和控制。數據服務中心7具備線上信號與圖像分析功能，通過網際網路5採集物料分選設備1工作時的實時數據，對大量數據進行統計和算法分析後，反饋算法調整參數到物料分選設備1，實現遠程線上指導物料分選設備1工作，達到分選效果最最佳化。
客戶操作人員在區域網路內通過PC（個人電腦）或移動終端（智慧型手機、平板電腦）對工廠內的所有物料分選設備1進行監控，該方式無需接入VPN；售後服務人員在網際網路上通過PC或移動終端對客戶現場的物料分選設備1進行監控，提供售後服務，該方式必須接入VPN；物料分選設備服務商通過數據服務中心7的開發和管理，對客戶現場的物料分選設備1進行數據採集和分析，提供各項增值服務，該方式必須接入VPN。
在以上實現方式中，涉及VNC技術，該發明通過最佳化遠程幀快取協定（RFB）、ZRLE和Hextile編碼方式，確保控制操作的實時性；涉及VPN技術，該發明通過採用最佳化的LZO壓縮算法，確保網際網路數據傳輸的效率，通過採用SSL加密算法，確保數據傳輸的安全性，通過採用用戶認證技術，確保遠程服務的安全性，通過VPN伺服器對中轉數據包的重新編碼和解碼，解決了網路地址轉換（NAT）和IP網路安全（IPSpec）對穿越防火牆的限制。
榮譽表彰
2017年6月22日，《一種用於物料分選設備的遠程控制系統及方法》獲得安徽省第五屆專利獎優秀獎。
