本发明属于工业大数据及智能制造技术领域，更具体地，涉及一种终端设备联网参考模型及其交互方法。
背景技术：
目前工业大数据和智能制造正处于高速发展时期，数据采集、设备联网、远程监测与控制技术是工业大数据和智能制造基础环节。
以数据采集、联网、远程监测与控制技术为基础，构建工业设备健康保障、故障预警与诊断、远程维保、加工工艺优化、产况监控、效能分析、自动化排产、企业资源管理等智能化应用，是制造企业降低人力成本，提高资源利用率，提高生产效率，实现车间、工厂和企业生产的高效运作的重要途径。
但是，制造行业的细分行业多，制造装备种类多、型号多、数量大，生产环境和联网条件复杂。现有的数据采集、设备联网、远程监测与控制等相关的技术方案和应用案例实施起来存在软硬件设施成本高，扩展困难，难以形成规模，工业应用开发和接入难度大、兼容困难等问题，难以高效的满足工业大数据和智能制造的需求。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于nc-link(numericalcontrollinks)数据通信技术的终端设备联网参考模型及其交互方法，旨在解决现有数控系统无法兼容统筹，导致终端设备的接入难度较大且成本较高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种终端设备联网参考模型，包括：nc-link模块和应用系统；nc-link模块包括代理器和适配器；代理器与应用系统间、代理器与适配器间的数据接口兼容nc-link协议；支持多个应用系统与一个代理器的一侧双向数据交互，一个代理器的另一侧与多个适配器的双向数据交互；每个适配器连接一个终端设备；
应用系统向所述代理器发送数据交互指令，并通过所述适配器和所述代理器接收终端设备的反馈数据；代理器用于维护应用系统和适配器间的数据交互通道，并支持双向传递应用系统发送的数据交互指令和适配器返回的反馈数据；适配器用于对终端设备进行数据采集与控制，并将数据采集与控制的输出反馈给代理器和应用系统；
其中，nc-link协议包含数据交互指令；数据交互指令中包含有目标终端设备的标识信息；终端设备设置有与适配器相连接的数据接口。
优选地，代理器包括设备信息记录模块、过滤模块和分发模块，设备信息记录模块与过滤模块进行数据交互；过滤模块与分发模块进行双向数据交互；
设备信息记录模块用于录入接入终端设备的端口标识信息；过滤模块用于过滤掉未录入设备的数据交互指令；分发模块用于将应用系统传递的nc-link数据交互指令传递给终端设备对应的适配器，并将终端设备对应适配器传递的nc-link反馈数据传达至应用系统。
基于上述提供的终端设备联网参考模型，本发明提供了相应的交互方法，包括以下步骤：
应用系统通过nc-link协议发送数据交互指令至代理器；
代理器将所述数据交互指令传递至所述适配器；
适配器将代理器传递的数据交互指令进行解析，通过数据接口访问终端设备的运行数据；
运行数据经适配器处理后的结果，以nc-link协议经代理器返回至应用系统。
优选地，数据交互指令为周期性、主动采集运行数据的指令，适配器周期性将运行数据处理后返回代理器。
另一方面，基于上述的终端设备联网参考模型，本发明提供了一种树状结构层级的终端设备联网参考模型，由多个层级的终端设备联网参考模型按树状结构连接构建；其中，第m层级的终端设备联网参考模型包括第m层级的应用系统、第m层级的代理器和第m层级的适配器；同一支路的相邻层级的代理器间支持数据交互，支持同一层级的一个代理器与多个应用系统的双向数据交互，且支持同一层级的一个代理器与多个适配器的双向数据交互；m为大于等于1的整数。
优选地，当第m+2层级的代理器或第m+1层级的应用系统发送的数据交互指令传输至第m+1层级的代理器时，第m+1层级的代理器识别数据交互指令的目标终端设备的记录信息，若第m+1层级的代理器连接有对应的第m+1层级的适配器，则将数据交互指令传递至该第m+1层级的适配器；若第m+1层级的代理器连接有目标终端设备接入的第m层级的代理器，则第m+1层级的代理器将数据交互指令处理后传输至目标终端设备接入的第m层级的代理器。
优选地，代理器包括设备信息记录模块、过滤模块和分发模块，
设备信息记录模块单向与过滤模块进行数据交互；过滤模块与分发模块进行双向数据交互；
设备信息记录模块用于录入接入终端设备的端口标识信息；第t层级的过滤模块用于过滤掉经由第t层级设备信息记录模块传递的未录入设备的数据交互指令；第t层级的分发模块用于将第t层级的应用系统传递的nc-link数据交互指令传递给第t-1层级的分发模块或第t-1的适配器；或将第t层级的分发模块和第t层级的适配器传递的nc-link反馈数据传达至第t+1层级的分发模块；t大于等于1。
基于树状结构层级的终端设备联网参考模型，本发明提供了相应的构建方法，包括以下步骤：
s1将顺次连接的第一层级的适配器、第一层级的代理器和第一层级的应用系统作为第一层级终端设备联网参考模型；
s2将多个第n层级的代理器或第n+1层级的适配器与所在支路的第n+1层级的代理器的一侧进行并联数据交互，所在支路的第n+1层级代理器的另一侧与若干第n+1层级的应用系统进行数据交互，构建第n+1层级的终端设备联网参考模型；
s3判断第n+1层级的代理器是否为最顶层级的代理器，若是，完成树状结构层级的终端设备联网参考模型；否则，n＝n+1，转至步骤s2；其中，n的初始值为1。
基于本发明提供的树状结构层级的终端设备联网参考模型，本发明提供了相应的交互方法，包括以下步骤：
d1：最顶层级的应用系统通过nc-link协议发送数据交互指令至最顶层级的代理器；
d2：第k-1层级的代理器将第k-1层级的应用系统传递的数据交互指令与第k层级代理器传递的数据交互指令传递至第k-2层级的代理器或第k-1层级的适配器；
d3：判断k-1是否为2，若是，转至步骤d4；否则，令k＝k-1，转至步骤d2；
d4：第k-1的适配器将第k-1层级代理器传递的数据交互指令进行解析，通过数据接口访问终端设备的运行数据；
d5：运行数据经适配器处理后的结果，以nc-link协议经终端设备所在支路的代理器返回至最高层级的应用系统；其中，k为大于等于2的整数。
优选地，当第k+1层级的代理器或第k层级的应用系统发送的数据交互指令传输至第k层级的代理器时，第k层级的代理器识别数据交互指令的目标终端设备的记录信息，若第k层级的代理器连接有对应的第k层级的适配器，则将数据交互指令传递至该第k层级的适配器；若目标终端设备对应的适配器经由一个第k-1层级的代理器连接该第k层级代理器，则第k层级的代理器将数据交互指令处理后传输至该第k-1层级的代理器。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
本发明在代理器与应用系统，代理器与适配器间的技术接口兼容nc-link协议，可以根据实际需要，在单个代理器上添加多个应用系统与适配器；同时不同层级间的代理器可以相互进行数据交互，建立的终端设备联网参考模型各层级具有高的可伸缩性，适用于多个层级的实际应用中，首先能够降低企业生产资源数字化和信息化的建设成本和维护成本；其次能够降低企业运维成本，帮助企业高效地管理生产资源和管控生产数据，最后，多层级间的应用以统一的nc-link接口进行数据交互，能够降低应用开发难度和复杂度，解决设备类型、型号等导致的兼容性问题，进而解决了数控系统中终端设备接入难度较大且接入成本较高的问题。
附图说明
图1是本发明提供的终端设备联网参考模型的示意图；
图2是本发明提供的终端设备联网参考模型在数控装备中的应用示意图；
图3是本发明提供的代理器的结构示意图；
图4是本发明提供的树状结构层级的终端设备联网参考模型；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
101.应用系统；102.代理器；103.适配器；104.数控装备；105.数控装置；111.机床本体；107.网络接口；108.伺服驱动；109.电机；110.测量装置；106.plc；112.刀库；113.液压系统；114.气压系统；201.设备信息记录模块；202.过滤模块；203.分发模块；300.企业；301.企业层代理器；302.企业级的应用系统；303.工厂；304.工厂级的应用系统；305.工厂层代理器；306.车间级的应用系统；307.车间；308.车间层代理器；310.终端设备。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
如图1所示，本发明提供了一种终端设备联网参考模型，包括：nc-link模块和应用系统；nc-link模块包括代理器和适配器；代理器与应用系统间、代理器与适配器间的数据接口兼容nc-link协议；支持多个应用系统与一个代理器的一侧双向数据交互，一个代理器的另一侧与多个适配器的双向数据交互；每个适配器连接一个终端设备；
应用系统向所述代理器发送数据交互指令，并通过适配器和所述代理器接收终端设备的反馈数据；代理器用于维护应用系统和适配器间的数据交互通道，并支持双向传递应用系统发送的数据交互指令和适配器返回的反馈数据；适配器用于对终端设备进行数据采集与控制，并将数据采集与控制的输出反馈给代理器和应用系统；
其中，nc-link协议包含数据交互指令；数据交互指令包括数据查询、采样和设置；数据交互指令中包含有目标终端设备的标识信息；终端设备设置有与适配器相连接的数据接口。
优选地，代理器包括设备信息记录模块、过滤模块和分发模块，设备信息记录模块单向与过滤模块进行数据交互；过滤模块与分发模块进行双向数据交互；
设备信息记录模块用于录入接入终端设备的端口标识信息；过滤模块用于过滤掉未录入设备的数据交互指令；分发模块用于将应用系统传递的nc-link数据交互指令传递给终端设备对应的适配器，并将终端设备对应适配器传递的nc-link反馈数据传达至应用系统。
基于上述提供的终端设备联网参考模型，本发明提供了相应的交互方法，包括以下步骤：
应用系统通过nc-link协议发送数据交互指令至代理器；
代理器将数据交互指令传递至所述适配器；
适配器将代理器传递的数据交互指令进行解析，通过网络端口访问终端设备的运行数据；
运行数据经适配器处理后的结果，以nc-link协议经代理器返回至应用系统。
优选地，数据交互指令为周期性、主动采集运行数据的指令，适配器周期性将运行数据处理后返回代理器。另一方面，基于上述的终端设备联网参考模型，本发明提供了一种树状结构层级的终端设备联网参考模型，由多个层级的终端设备联网参考模型按树状结构连接构建；其中，第m层级的终端设备联网参考模型包括第m层级的应用系统、第m层级的代理器和第m层级的适配器；同一支路的相邻层级的代理器间支持数据交互，支持同一层级的一个代理器与多个应用系统的双向数据交互，且支持同一层级的一个代理器与多个适配器的双向数据交互；m为大于等于1的整数。
优选地，当第m+2层级的代理器或第m+1层级的应用系统发送的数据交互指令传输至第m+1层级的代理器时，第m+1层级的代理器识别数据交互指令的目标终端设备的记录信息，若第m+1层级的代理器连接有对应的第m+1层级的适配器，则将数据交互指令传递至第m+1层级的适配器；若第m+1层级的代理器连接有目标终端设备接入的第m层级的代理器，则第m+1层级的代理器将数据交互指令处理后传输至目标终端设备接入的第m层级的代理器。
代理器包括设备信息记录模块、过滤模块和分发模块；
所述设备信息记录模块与过滤模块进行数据交互；所述过滤模块与所述分发模块进行双向数据交互；
所述设备信息记录模块用于录入接入终端设备的端口标识信息；第t层级的过滤模块用于过滤掉经由第t层级设备信息记录模块传递的未记录录入设备的数据交互指令；第t层级的分发模块用于将第t层级的应用系统传递的nc-link数据交互指令传递给第t-1层级的分发模块或第t-1的适配器；或将第t层级的分发模块和第t层级的适配器传递的nc-link反馈数据传达至第t+1层级的分发模块；t大于等于1。
基于树状结构层级的终端设备联网参考模型，本发明提供了相应的构建方法，包括以下步骤：
s1将顺次连接的第一层级的适配器、第一层级的代理器和第一层级的应用系统作为第一层级终端设备联网参考模型；
s2将多个第n层级的代理器或第n+1层级的适配器与所在支路的第n+1层级的代理器的一侧进行并联数据交互，所在支路的第n+1层级代理器的另一侧与若干第n+1层级的应用系统进行数据交互，构建第n+1层级的终端设备联网参考模型；
s3判断第n+1层级的代理器是否为最顶层级的代理器，若是，完成树状结构层级的终端设备联网参考模型；否则，n＝n+1，转至步骤s2；其中，n的初始值为1。
基于本发明提供的树状结构层级的终端设备联网参考模型，本发明提供了相应的交互方法，包括以下步骤：
d1：最顶层级的应用系统通过nc-link协议发送数据交互指令至最顶层级的代理器；
d2：第k-1层级的代理器将第k-1层级的应用系统传递的数据交互指令与第k层级代理器传递的数据交互指令传递至第k-2层级的代理器或第k-1层级的适配器；
d3：判断k-1是否为2，若是，转至步骤d4；否则，令k＝k-1，转至步骤d2；
d4：第k-1的适配器将第k-1层级代理器传递的数据交互指令进行解析，通过数据接口访问终端设备的运行数据；
d5：运行数据经适配器处理后的结果，以nc-link协议经终端设备所在支路的代理器返回至最高层级的应用系统；其中，k为大于等于2的整数。
当第k+1层级的代理器或第k层级的应用系统发送的数据交互指令传输至第k层级的代理器时，第k层级的代理器识别数据交互指令的目标终端设备的记录信息，若第k层级的代理器连接有对应的第k层级的适配器，则将数据交互指令传递至该第k层级的适配器；若目标终端设备对应的适配器经由一个第k-1层级的代理器连接该第k层级代理器，则第k层级的代理器将数据交互指令处理后传输至该第k-1层级的代理器。
优选地，数据交互采用网络连接，网络主要包括以太网、wifi、2g/3g/4g、nb-iot。
实施例1
图2给出了终端设备联网参考模型在数控装备中的应用示意图。该结构示意图描述了实现实施例1的系统组成，包括应用系统101、代理器102、适配器103和数控装备104；在图2中，数控装置105是数控装备104的核心模块，数控装置105可以控制数控装备104的运行，具体能够控制机床运动部件的运动，并接收运行部件的反馈数据和传感器数据。在图2中，机床本体111指机床执行运动的物理部件；伺服驱动108接收数控装置105传递的数据交互指令，经由电机109控制机床本体111相应运动机件的运动，并将运动控制的反馈数据发送至数控装置105；数控装置105通过plc(可编程控制器，plc)106，以控制刀库112、液压系统113、气压系统114等设备子系统，进一步间接控制各个子系统对应机床本体111的运动机体的运动；测量装置110包含位置、电流、速度和温度等传感器，通过传感器对机床本体111的各个运动机体进行测量，获取测量数据，并将测量数据反馈给数控装置105。适配器103通过网络接口107与数控装置105上运行的数控系统建立数据连接；适配器103与代理器102、应用系统101与代理器102之间通过网络建立数据连接。应用系统101、代理器102和适配器103相互之间通过数据连接发送和接收nc-link数据。
在实现远程控制时，可以由应用系统101通过nc-link协议发送数据交互指令至代理器102，经由代理器102将nc-link协议的数据交互指令转发至适配器103，适配器103通过解析数据交互指令，通过网络接口107访问数控装置105中数控装备104提供的数据交互指令对应的网络控制接口，实现向数控装置105发送数据交互指令，进一步，再由数控装置105向伺服驱动108、plc106等数控装备模块发送数据交互指令，实现应用系统101对数控装备的远程控制功能。另外，数控装置105可以通过网络接口向适配器103报告数据交互指令的执行结果，执行结果经由适配器103处理，以nc-link协议发送至代理器102，再由代理器102发送给应用系统101，应用系统101根据执行结果，可以获取数据交互指令的执行信息。
在实现数据采集与远程监测时，一方面，可以由应用系统101通过nc-link协议发送数据查询指令至代理器102，经由代理器102将nc-link协议的数据查询指令转发给适配器103，适配器103通过解析数据查询指令，通过网络接口107访问数控装备104中对应的数据采集网络接口。数控装备104中的数据采集网络端口将采集的数据提供给适配器103，数据经由适配器103处理，以nc-link协议经由代理器102发送至应用系统101。另一方面，可以通过nc-link协议提供的数据采样接口，由适配器103通过网络接口107访问数控装备104提供的数据采集网络接口，主动、周期性地采集数据，并周期性地将数据发送到代理器102，代理器102将数据进一步推送给应用系统。
图3给出了一种代理器的结构，包括设备信息记录模块201、分发模块203和过滤模块202；其中，设备信息记录模块201用于记录接入终端设备的端口标识信息；过滤模块202用于过滤掉未记录设备的数据交互指令，用于实现终端设备的限制和管理；分发模块202用于将应用系统101传递的nc-link数据交互指令传递给终端设备对应的适配器；并将终端设备对应适配器传递的nc-link反馈数据传达至应用系统。
图4给出了一种树状结构层级的终端设备联网参考模型，由企业层代理器301、工厂层代理器305和车间层代理器308构成多层级代理器网络架构；其中，车间307内包含若干终端设备310，终端设备310通过适配器103接入车间层代理器308，车间层代理器308上运行车间级的应用系统306，用于提供车间级的生产和管理等服务；工厂303内包含若干车间307，各个车间307的车间层代理器307接入所在工厂303的工厂层代理器305，工厂层代理器305上运行工厂级的应用系统304，主要提供工厂级的生产和管理等服务；企业300内包含若跟工厂303，各个工厂303的工厂层代理器305接入所在企业300的企业层代理器301，企业层代理器301上运行企业级的应用系统302，主要提供企业级的生产和管理等服务。
本发明与现有技术相比，存在以下优势：
本发明在代理器与应用系统，代理器与适配器间的技术接口兼容nc-link协议，可以根据实际需要，在单个代理器上添加多个应用系统与适配器；同时不同层级间的代理器可以相互进行数据交互，建立的终端设备联网参考模型各层级具有高的可伸缩性，适用于多个层级的实际应用中，首先能够降低企业生产资源数字化和信息化的建设成本和维护成本；其次能够降低企业运维成本，帮助企业高效地管理生产资源和管控生产数据，最后，多层级间的应用以统一的nc-link接口进行数据交互，能够降低应用开发难度和复杂度，解决设备类型、型号等导致的兼容性问题，进而解决了数控系统中终端设备接入难度较大且接入成本较高的问题。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种终端设备联网参考模型，其特征在于，包括nc-link模块和应用系统；nc-link模块包括代理器和适配器；所述代理器与所述应用系统间、所述代理器与所述适配器间的数据接口兼容nc-link协议；支持多个所述应用系统与一个所述代理器的一侧双向数据交互，一个所述代理器的另一侧与多个所述适配器的双向数据交互；每个所述适配器连接一个终端设备；
所述应用系统向所述代理器发送数据交互指令，并通过所述适配器和所述代理器接收终端设备的反馈数据；所述代理器用于维护应用系统和适配器间的数据交互通道，并支持双向传递应用系统发送的数据交互指令和适配器返回的反馈数据；所述适配器用于对终端设备进行数据采集与控制，并将反馈数据传输至代理器和应用系统；
其中，所述nc-link协议包含数据交互指令，所述数据交互指令中包含有目标终端设备的标识信息；
所述终端设备设置有与适配器相连接的数据接口。
2.根据权利要求1所述的终端设备联网参考模型，其特征在于，所述代理器包括设备信息记录模块、过滤模块和分发模块，所述设备信息记录模块单向与所述过滤模块进行数据交互；所述过滤模块与所述分发模块进行双向数据交互；
所述设备信息记录模块用于录入接入终端设备的端口标识信息；所述过滤模块用于过滤掉未录入设备的数据交互指令；所述分发模块用于将应用系统传递的nc-link数据交互指令传递给终端设备对应的适配器，并将终端设备对应适配器传递的nc-link反馈数据传达至应用系统。
3.一种基于权利要求1所述的终端设备联网参考模型的交互方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述应用系统通过nc-link协议发送数据交互指令至所述代理器；
所述代理器将所述数据交互指令传递至所述适配器；
所述适配器将所述代理器传递的数据交互指令进行解析，通过数据接口访问终端设备的运行数据；
所述运行数据经适配器处理后的结果，以nc-link协议经所述代理器返回至所述应用系统。
4.一种树状结构层级的终端设备联网参考模型，其特征在于，由多个层级的终端设备联网参考模型按树状结构连接构建；其中，第m层级的终端设备联网参考模型包括第m层级的应用系统、第m层级的代理器和第m层级的适配器；同一支路相邻层级的代理器间支持数据交互，支持同一层级的一个代理器与多个应用系统的双向数据交互，且支持同一层级的一个代理器与多个适配器的双向数据交互；m为大于等于1的整数。
5.根据权利要求4所述的终端设备联网参考模型，其特征在于，当第m+2层级的代理器或第m+1层级的应用系统发送的数据交互指令传输至第m+1层级的代理器时，第m+1层级的代理器识别数据交互指令的目标终端设备的记录信息，若第m+1层级的代理器连接有对应的第m+1层级的适配器，则将数据交互指令传递至该第m+1层级的适配器；若第m+1层级的代理器连接有目标终端设备接入的第m层级的代理器，则第m+1层级的代理器将数据交互指令处理后传输至目标终端设备接入的第m层级的代理器。
6.根据权利要求4或5所述的终端设备联网参考模型，其特征在于，代理器包括设备信息记录模块、过滤模块和分发模块；
所述设备信息记录模块与过滤模块进行数据交互；所述过滤模块与所述分发模块进行双向数据交互；
所述设备信息记录模块用于录入接入终端设备的端口标识信息；第t层级的过滤模块用于过滤掉经由第t层级设备信息记录模块传递的未录入设备的数据交互指令；第t层级的分发模块用于将第t层级的应用系统传递的nc-link数据交互指令传递给第t-1层级的分发模块或第t层级的适配器；或将第t-1层级的分发模块和第t层级的适配器传递的nc-link反馈数据传达至第t+1层级的分发模块；t大于等于1。
7.一种基于权利要求4所述的终端设备联网参考模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1将顺次连接的第一层级的适配器、第一层级的代理器和第一层级的应用系统作为第一层级终端设备联网参考模型；
s2将多个第n层级的代理器或第n+1层级的适配器与所在支路的第n+1层级的代理器的一侧进行并联数据交互，所在支路的第n+1层级代理器的另一侧与若干第n+1层级的应用系统进行数据交互，构建第n+1层级的终端设备联网参考模型；
s3判断第n+1层级的代理器是否为最顶层级的代理器，若是，完成树状结构层级的终端设备联网参考模型；否则，n＝n+1，转至步骤s2；n的初始值为1。
8.根据权利要求4所述的终端设备联网参考模型的交互方法，其特征在于，包括以下步骤：
d1：最顶层级的应用系统通过nc-link协议发送数据交互指令至最顶层级的代理器；
d2：第k-1层级的代理器将第k-1层级的应用系统传递的数据交互指令与第k层级代理器传递的数据交互指令传递至第k-2层级的代理器或第k-1层级的适配器；
d3：判断k-1是否为2，若是，转至步骤d4；否则，令k＝k-1，转至步骤d2；
d4：第k-1的适配器将第k-1层级代理器传递的数据交互指令进行解析，通过数据接口访问终端设备的运行数据；
d5：运行数据经适配器处理后的结果，以nc-link协议经终端设备所在支路的代理器返回至最高层级的应用系统；其中，k为大于等于2的整数。
9.根据权利要求8所述的终端设备联网参考模型的交互方法，其特征在于：
当第k+1层级的代理器或第k层级的应用系统发送的数据交互指令传输至第k层级的代理器时，第k层级的代理器识别数据交互指令的目标终端设备的记录信息，若第k层级的代理器连接有对应的第k层级的适配器，则将数据交互指令传递至该第k层级的适配器；若目标终端设备对应的适配器经由一个第k-1层级的代理器连接该第k层级代理器，则第k层级的代理器将数据交互指令处理后传输至该第k-1层级的代理器。
技术总结