CN102882926B - 燃气轮机传感器数据的远程传输系统及传输方法 - Google Patents
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Abstract
燃气轮机传感器数据的远程传输系统及传输方法，属于燃气轮机传感器监测技术领域。它解决了目前燃气轮机传感器数据的远程传输对数据传输带宽和服务器的负载能力要求高的问题。传输系统包括多个分客户端、服务端通信服务器、解压服务器和服务端数据库，每个分客户端包括多个传感器、客户端数据库、客户端数据采样服务器、压缩服务器和客户端通信服务器；本发明方法通过使用负载均衡的方法，使系统具有较强的负载能力；采用具有线性时间复杂度的压缩算法，在从客户端发送到服务端之前，对数据进行高效压缩，对数据的传输带宽需求较低。本发明适用于燃气轮机传感器数据的远程传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机传感器数据的远程传输系统及传输方法，属于燃气轮机传感器监测技术领域。
背景技术
燃气轮机作为一种重要的巨型动力机械，具有结构紧凑、运行平稳、热效率较高等特点，应用范围越发广泛。现实中对燃气轮机的运行状况进行监测，并采集其运行过程中的各项数据，如燃机转速、进出口温度等，能为燃气轮机的异常检测和调优提供基础。
为有效掌握燃机的工作状态和进一步的管理，目前燃气轮机厂商或者集团管理部门都有将分散在各地的数据统一聚合在一个数据中心处理的需求，即在远程获得分散于各不同地理位置上的轮机的传感器的监测数据信息。监测记录的数据信息，如燃机转速、进出口温度等，对轮机的运行保障具有重大的意义和使用价值。但传感器数量繁多，采集的数据量十分庞大，对数据传输带宽和服务器的负载能力要求都比较高。
发明内容
本发明是为了解决目前燃气轮机传感器数据的远程传输对数据传输带宽和服务器的负载能力要求高的问题，提供一种燃气轮机传感器数据的远程传输系统及传输方法。
本发明所述燃气轮机传感器数据的远程传输系统，它包括多个分客户端，它还包括服务端通信服务器、解压服务器和服务端数据库，
每个分客户端包括多个传感器、客户端数据库、客户端数据采样服务器、压缩服务器和客户端通信服务器，
每个分客户端的多个传感器分别用于采集燃气轮机的不同运行数据，每个传感器将采样的数据发送给客户端数据库，客户端数据库将接收到的所有传感器采集的数据发送给客户端数据采样服务器，客户端数据采样服务器将接收到的数据信号发送给压缩服务器，压缩服务器将接收到的数据压缩后发送给客户端通信服务器，
每个分客户端的客户端通信服务器通过因特网与服务端通信服务器连接实现数据传输，服务端通信服务器将接收到的压缩数据分别发送给解压服务器和服务端数据库，解压服务器将接收到的压缩数据解压后发送至服务端数据库存储。
每个分客户端的客户端数据库、客户端数据采样服务器、压缩服务器和客户端通信服务器处于一个局域网中。
服务端通信服务器、解压服务器和服务端数据库处于一个局域网中。
基于上述燃气轮机传感器数据的远程传输系统的传输方法，它包括以下步骤：
步骤一：每个分客户端的传感器采集数据后，存入到客户端数据库；
步骤二：客户端数据库每秒钟扫描一次接收到的所有传感器监测点的数据，当扫描到某个监测点的数据发生改变，则将该监测点改变后的数据及发生改变的时间以单值数据包的格式添加到待发送数据包中，每隔t秒将待发送数据包形成测点数据更新包提交到客户端数据采样服务器，1＜t≤30；
步骤三：客户端数据采样服务器对接收到的测点数据更新包时时进行解包，并在内存中存储并更新各个监测点最新的采样数据；
步骤四：客户端数据采样服务器每隔t秒从内存中获取每个监测点最新的采样数据，并按照监测点编号，将每个监测点最新的采样数据添加到标准通信数据包中相应的单测点数据包，并将该标准通信数据包提交到压缩服务器；
步骤五：压缩服务器解包标准通信数据包，对其中的每个单测点数据包中的时间和测点值进行压缩，再重新组织成压缩标准通信数据包发送给客户端通信服务器；
步骤六：每个分客户端的客户端通信服务器根据配置文件，将压缩标准通信数据包通过因特网发送给服务端通信服务器；
步骤七：服务端通信服务器将压缩标准通信数据包复制成两份，一份发送给解压服务器，另一份作为历史数据发送给服务端数据库；
步骤八：解压服务器对接收到的压缩标准通信数据包进行处理后作为实时数据发送给服务端数据库；服务端数据库对接收到的压缩标准通信数据包进行处理后存入历史数据库；
步骤九：服务端数据库将接收到的作为实时数据的压缩标准通信数据包拆分成单测点数据包，提取其中的时间和测点值，存入实时数据库。
所述步骤八中解压服务器对压缩标准通信数据包进行处理后作为实时数据发送给服务端数据库的具体方法为：
解压服务器对压缩标准通信数据包解压，重新组织成标准通信数据包，作为实时数据发送给服务端数据库。
步骤八中服务端数据库对压缩标准通信数据包进行处理后存入历史数据库的具体方法为：
服务端数据库将压缩标准通信数据包拆分成单测点数据包，提取单测点数据包中的机组编号、监测点编号、开始时间、结束时间和压缩模式，然后根据该五个字段所提供的信息，将整个单测点数据包存入历史数据库。
步骤二中测点数据更新包中的单值数据包的信息包括测点编号、时间和测点值；测点数据更新包的前四个字节表示单值数据包的个数。
步骤四中标准通信数据包中的信息包括数据包长度、压缩模式、机组编号、目的IP、目的端口和单测点数据包个数，
其中数据包长度为标准通信数据包所占的字节数；压缩模式为标准通信数据包的压缩形式，当压缩模式值为0时，标准通信数据包未被压缩；机组编号为标准通信数据包中测点数据所属的分客户端；目的IP和目的端口共同表明该标准通信数据包的去向；单测点数据包个数为该标准通信数据包内包含的单测点数据包个数。
步骤四中所述单测点数据包中的信息包括机组编号、测点编号、数据包长度、压缩模式、测点值个数、开始时间和结束时间，
其中，机组编号表明该单测点数据包所从属的分客户端编号，测点编号表明该单测点数据包所从属的分客户端的测点编号；数据包长度为该单测点数据包所占的字节数；压缩模式为该单测点数据包的压缩形式；测点值个数为该单测点数据包中包含的测点值个数；开始时间为该单测点数据包中最小的时间值，结束时间则为该单测点数据包中最大的时间值。
步骤四中客户端数据采样服务器每m秒完成一个标准通信数据包的组包，并将其提交到压缩服务器，其中60≤m≤600。
本发明的优点是：本发明装置针对燃气轮机运行数据远程监测过程中，传感器数量众多、分布地域广泛及传输数据量巨大，而数据传输带宽不足、接收端服务器负载过大的问题，在燃机传感器设备及现场生产网络的安全性要求下，在现实工业生产设备网络和因特网应用环境被多重隔离的情况下，通过多个服务器的设置，有效连接了所有相关终端。
本发明方法对计算资源的需求较小，它通过使用负载均衡的方法，使系统具有较强的负载能力；采用具有线性时间复杂度的压缩算法，在从客户端发送到服务端之前，对数据进行高效压缩，对数据的传输带宽需求较低。
附图说明
图1为本发明所述远程传输系统的结构示意图，图中所示的分客户端为两个；
图2为本发明所述远程传输方法的流程图；
图3为单值数据包的格式示意图；
图4为测点数据更新包的格式示意图；
图5为标准通信数据包的格式示意图；
图6为单测点数据包的格式示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述燃气轮机传感器数据的远程传输系统，它包括多个分客户端，它还包括服务端通信服务器2、解压服务器3和服务端数据库4，
每个分客户端包括多个传感器1-1、客户端数据库1-2、客户端数据采样服务器1-3、压缩服务器1-4和客户端通信服务器1-5，
每个分客户端的多个传感器1-1分别用于采集燃气轮机的不同运行数据，每个传感器1-1将采样的数据发送给客户端数据库1-2，客户端数据库1-2将接收到的所有传感器1-1采集的数据发送给客户端数据采样服务器1-3，客户端数据采样服务器1-3将接收到的数据信号发送给压缩服务器1-4，压缩服务器1-4将接收到的数据压缩后发送给客户端通信服务器1-5，
每个分客户端的客户端通信服务器1-5通过因特网与服务端通信服务器2连接实现数据传输，服务端通信服务器2将接收到的压缩数据分别发送给解压服务器3和服务端数据库4，解压服务器3将接收到的压缩数据解压后发送至服务端数据库4存储。
本实施方式通过一种有效的系统架构来对采样数据进行分流并实现接收端服务器的负载均衡。
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，每个分客户端的客户端数据库1-2、客户端数据采样服务器1-3、压缩服务器1-4和客户端通信服务器1-5处于一个局域网中。
具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，服务端通信服务器2、解压服务器3和服务端数据库4处于一个局域网中。
具体实施方式四：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式为基于实施方式一所述燃气轮机传感器数据的远程传输系统的传输方法，它包括以下步骤：
步骤一：每个分客户端的传感器1-1采集数据后，存入到客户端数据库1-2；
步骤二：客户端数据库1-2每秒钟扫描一次接收到的所有传感器1-1监测点的数据，当扫描到某个监测点的数据发生改变，则将该监测点改变后的数据及发生改变的时间以单值数据包的格式添加到待发送数据包中，每隔t秒将待发送数据包形成测点数据更新包提交到客户端数据采样服务器1-3，1＜t≤30；
步骤三：客户端数据采样服务器1-3对接收到的测点数据更新包时时进行解包，并在内存中存储并更新各个监测点最新的采样数据；
步骤四：客户端数据采样服务器1-3每隔t秒从内存中获取每个监测点最新的采样数据，并按照监测点编号，将每个监测点最新的采样数据添加到标准通信数据包中相应的单测点数据包，并将该标准通信数据包提交到压缩服务器1-4；
步骤五：压缩服务器1-4解包标准通信数据包，对其中的每个单测点数据包中的时间和测点值进行压缩，再重新组织成压缩标准通信数据包发送给客户端通信服务器1-5；
步骤六：每个分客户端的客户端通信服务器1-5根据配置文件，将压缩标准通信数据包通过因特网发送给服务端通信服务器2；
步骤七：服务端通信服务器2将压缩标准通信数据包复制成两份，一份发送给解压服务器3，另一份作为历史数据发送给服务端数据库4；
步骤八：解压服务器3对接收到的压缩标准通信数据包进行处理后作为实时数据发送给服务端数据库4；服务端数据库4对接收到的压缩标准通信数据包进行处理后存入历史数据库；
步骤九：服务端数据库4将接收到的作为实时数据的压缩标准通信数据包拆分成单测点数据包，提取其中的时间和测点值，存入实时数据库。
所述步骤五中，对单测点数据包中的时间和测点值进行压缩采用线性复杂度的算法进行，通过高效的压缩技术来处理传感器采集到的海量数据，并使用负载均衡技术分担服务器过于庞大的压力。
步骤三中，客户端数据采样服务器1-3开辟了一块内存，用于存储各个监测点最新的值。接收到客户端数据库1-2传来的测点数据更新包后，客户端数据采样服务器1-3进行解包，并根据测点数据更新包中的内容更新内存区中记录的各个监测点的数据值。
具体实施方式五：本实施方式为对实施方式四的进一步说明，所述步骤八中解压服务器3对压缩标准通信数据包进行处理后作为实时数据发送给服务端数据库4的具体方法为：
解压服务器3对压缩标准通信数据包解压，重新组织成标准通信数据包，作为实时数据发送给服务端数据库4。
具体实施方式六：本实施方式为对实施方式四或五的进一步说明，步骤八中服务端数据库4对压缩标准通信数据包进行处理后存入历史数据库的具体方法为：
服务端数据库4将压缩标准通信数据包拆分成单测点数据包，提取单测点数据包中的机组编号、监测点编号、开始时间、结束时间和压缩模式，然后根据该五个字段所提供的信息，将整个单测点数据包存入历史数据库。
具体实施方式七：本实施方式为对实施方式四、五或六的进一步说明，步骤二中测点数据更新包中的单值数据包的信息包括测点编号、时间和测点值；测点数据更新包的前四个字节表示单值数据包的个数。
所述步骤二中，客户端数据库1-2每秒扫描一次所有监测点的数据，检测监测点的数据值是否发生改变。若发生改变，则将发生改变后的数据及发生改变的时间以单值数据包的格式添加到待发送数据包中。单值数据包的格式如图3所示。
测点数据更新包格式如图4所示。
具体实施方式八：本实施方式为对实施方式四、五、六或七的进一步说明，步骤四中标准通信数据包中的信息包括数据包长度、压缩模式、机组编号、目的IP、目的端口和单测点数据包个数，
其中数据包长度为标准通信数据包所占的字节数；压缩模式为标准通信数据包的压缩形式，当压缩模式值为0时，标准通信数据包未被压缩；机组编号为标准通信数据包中测点数据所属的分客户端；目的IP和目的端口共同表明该标准通信数据包的去向；单测点数据包个数为该标准通信数据包内包含的单测点数据包个数。
标准通信数据包的格式如图5所示。
具体实施方式九：本实施方式为对实施方式四、五、六、七或八的进一步说明，步骤四中所述单测点数据包中的信息包括机组编号、测点编号、数据包长度、压缩模式、测点值个数、开始时间和结束时间，
其中，机组编号表明该单测点数据包所从属的分客户端编号，测点编号表明该单测点数据包所从属的分客户端的测点编号；数据包长度为该单测点数据包所占的字节数；压缩模式为该单测点数据包的压缩形式；测点值个数为该单测点数据包中包含的测点值个数；开始时间为该单测点数据包中最小的时间值，结束时间则为该单测点数据包中最大的时间值。
单测点数据包的格式如图6所示。
单测点数据包记录一个监测点某段时间内连续的多个值。若单测点数据包被压缩后无法区分单个测点值，则直接将压缩后的数据添加到单测点数据包尾部，此时测点值个数置为-1，表示该字段无效。开始时间和结束时间这两个字段指明了该单测点数据包中的数据采集自哪个时间段。
具体实施方式十：本实施方式为对实施方式四、五、六、七、八或九的进一步说明，本实施方式所述步骤四中客户端数据采样服务器1-3每m秒完成一个标准通信数据包的组包，并将其提交到压缩服务器1-4，其中60≤m≤600。
Claims (9)
1.一种燃气轮机传感器数据的远程传输系统的传输方法，所述燃气轮机传感器数据的远程传输系统包括多个分客户端、服务端通信服务器(2)、解压服务器(3)和服务端数据库(4)，
每个分客户端包括多个传感器(1-1)、客户端数据库(1-2)、客户端数据采样服务器(1-3)、压缩服务器(1-4)和客户端通信服务器(1-5)，
每个分客户端的多个传感器(1-1)分别用于采集燃气轮机的不同运行数据，每个传感器(1-1)将采样的数据发送给客户端数据库(1-2)，客户端数据库(1-2)将接收到的所有传感器(1-1)采集的数据发送给客户端数据采样服务器(1-3)，客户端数据采样服务器(1-3)将接收到的数据信号发送给压缩服务器(1-4)，压缩服务器(1-4)将接收到的数据压缩后发送给客户端通信服务器(1-5)，
每个分客户端的客户端通信服务器(1-5)通过因特网与服务端通信服务器(2)连接实现数据传输，服务端通信服务器(2)将接收到的压缩数据分别发送给解压服务器(3)和服务端数据库(4)，解压服务器(3)将接收到的压缩数据解压后发送至服务端数据库(4)存储；
其特征在于：所述传输方法包括以下步骤：
步骤一：每个分客户端的传感器(1-1)采集数据后，存入到客户端数据库(1-2)；
步骤二：客户端数据库(1-2)每秒钟扫描一次接收到的所有传感器(1-1)监测点的数据，当扫描到某个监测点的数据发生改变，则将该监测点改变后的数据及发生改变的时间以单值数据包的格式添加到待发送数据包中，每隔t秒将待发送数据包形成测点数据更新包提交到客户端数据采样服务器(1-3)，1<t≤30；
步骤三：客户端数据采样服务器(1-3)对接收到的测点数据更新包时时进行解包，并在内存中存储并更新各个监测点最新的采样数据；
步骤四：客户端数据采样服务器(1-3)每隔t秒从内存中获取每个监测点最新的采样数据，并按照监测点编号，将每个监测点最新的采样数据添加到标准通信数据包中相应的单测点数据包，并将该标准通信数据包提交到压缩服务器(1-4)；
步骤五：压缩服务器(1-4)解包标准通信数据包，对其中的每个单测点数据包中的时间和测点值进行压缩，再重新组织成压缩标准通信数据包发送给客户端通信服务器(1-5)；
步骤六：每个分客户端的客户端通信服务器(1-5)根据配置文件，将压缩标准通信数据包通过因特网发送给服务端通信服务器(2)；
步骤七：服务端通信服务器(2)将压缩标准通信数据包复制成两份，一份发送给解压服务器(3)，另一份作为历史数据发送给服务端数据库(4)；
步骤八：解压服务器(3)对接收到的压缩标准通信数据包进行处理后作为实时数据发送给服务端数据库(4)；服务端数据库(4)对接收到的压缩标准通信数据包进行处理后存入历史数据库；
步骤九：服务端数据库(4)将接收到的作为实时数据的压缩标准通信数据包拆分成单测点数据包，提取其中的时间和测点值，存入实时数据库。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机传感器数据的远程传输系统的传输方法，其特征在于：每个分客户端的客户端数据库(1-2)、客户端数据采样服务器(1-3)、压缩服务器(1-4)和客户端通信服务器(1-5)处于一个局域网中。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机传感器数据的远程传输系统的传输方法，其特征在于：服务端通信服务器(2)、解压服务器(3)和服务端数据库(4)处于一个局域网中。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机传感器数据的远程传输系统的传输方法，其特征在于：所述步骤八中解压服务器(3)对压缩标准通信数据包进行处理后作为实时数据发送给服务端数据库(4)的具体方法为：
解压服务器(3)对压缩标准通信数据包解压，重新组织成标准通信数据包，作为实时数据发送给服务端数据库(4)。
5.根据权利要求1或4所述的燃气轮机传感器数据的远程传输系统的传输方法，其特征在于：步骤八中服务端数据库(4)对压缩标准通信数据包进行处理后存入历史数据库的具体方法为：
服务端数据库(4)将压缩标准通信数据包拆分成单测点数据包，提取单测点数据包中的机组编号、监测点编号、开始时间、结束时间和压缩模式，然后根据该五个字段所提供的信息，将整个单测点数据包存入历史数据库。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机传感器数据的远程传输系统的传输方法，其特征在于：步骤二中测点数据更新包中的单值数据包的信息包括测点编号、时间和测点值；测点数据更新包的前四个字节表示单值数据包的个数。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机传感器数据的远程传输系统的传输方法，其特征在于：步骤四中标准通信数据包中的信息包括数据包长度、压缩模式、机组编号、目的IP、目的端口和单测点数据包个数，
其中数据包长度为标准通信数据包所占的字节数；压缩模式为标准通信数据包的压缩形式，当压缩模式值为0时，标准通信数据包未被压缩；机组编号为标准通信数据包中测点数据所属的分客户端；目的IP和目的端口共同表明该标准通信数据包的去向；单测点数据包个数为该标准通信数据包内包含的单测点数据包个数。
8.根据权利要求1所述的燃气轮机传感器数据的远程传输系统的传输方法，其特征在于：步骤四中所述单测点数据包中的信息包括机组编号、测点编号、数据包长度、压缩模式、测点值个数、开始时间和结束时间，
其中，机组编号表明该单测点数据包所从属的分客户端编号，测点编号表明该单测点数据包所从属的分客户端的测点编号；数据包长度为该单测点数据包所占的字节数；压缩模式为该单测点数据包的压缩形式；测点值个数为该单测点数据包中包含的测点值个数；开始时间为该单测点数据包中最小的时间值，结束时间则为该单测点数据包中最大的时间值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200804 Address after: Room 109, building D6, No. 9, Kechuang Avenue, Zhongshan Science and Technology Park, Jiangbei new district, Nanjing, Jiangsu Province, 210046 Patentee after: NANJING POWER HORIZON INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 150001 Harbin, Nangang, West District, large straight street, No. 92 Patentee before: HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Remote transmission system and method of gas turbine sensor data Effective date of registration: 20220119 Granted publication date: 20150114 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Nanjing Hexi sub branch Pledgor: NANJING POWER HORIZON INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980000753 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230217 Granted publication date: 20150114 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Nanjing Hexi sub branch Pledgor: NANJING POWER HORIZON INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980000753 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Remote transmission system and transmission method of gas turbine sensor data Effective date of registration: 20230220 Granted publication date: 20150114 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Nanjing Hexi sub branch Pledgor: NANJING POWER HORIZON INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980033014 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |