CN104155957A - 一种基于多节点的工控采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种基于多节点的工控采集系统根据可重定义的业务流程、业务命令逻辑集和可配置的采集数据集模块来灵活构建、重构应用模型，系统配置灵活，扩展性好，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及工控采集领域，尤其涉及一种基于多节点的工控采集系统。
背景技术
传统的工控采集是在工业控制机或PC机上安装相应的数据采集设备，就地进行数据采集及测量分析，是一种单机本地化的测量系统。随着社会技术的进步，工控采集需要面对的采集节点越来越多，数据也越来越庞大，而工业局域网和internet的出现，使得通过网络系统进行工控采集的控制成为可能。
但是采用网络系统控制存在的问题是，网络系统控制组成复杂，设备和软件开发成本高，调试、维护困难，不便于工位与系统之间的分层管理，开发周期长，控制系统再现率低，从而导致工业控制系统中无法普及网络系统控制，限制了制造业的规模发展，影响了产品更新换代的速度。
另外，在现有技术中，远程数据采集系统多为单个的嵌入式产品，对应于具体的数据采集平台，需对每个嵌入式产品单独进行二次开发，用户需进行大量的底层重复性开发工作，不仅开发效率低，而且系统重用性差，无法进行系统的快速重构，系统维护工作量大。此外，现有的远程数据采集系统一般只能支持单一的采集技术和通讯技术，扩展性差，无法根据采集现场的条件进行采集方式和通信组网方式的灵活配置，适用范围十分有限。
因此，有必要针对现有技术中的缺陷提出一种针对多节点的工控采集系统。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
根据本发明的实施方式，提出一种基于多节点的工控采集系统，其特征在于：包括中央控制系统、中央数据库、服务端中继交换机及嵌入式数据采集控制终端；
所述中央控制系统包括实现实时采集功能时供服务端中继交换机调用的实时控制命令逻辑模块，以及用于对中央数据库中数据进行调用的数据获取模块；
所述中央数据库包括数据存储过程组成的业务控制逻辑模块和采集数据集模块，所述业务控制逻辑模块供服务端中继交换机调用以完成数据采集和业务应用模型的构建，所述采集数据集模块用于构建各类应用模型；
所述服务端中继交换机包括：
数据采集查询模块、数据采集业务规则定义模块、基础数据配置模块、远程控制模块及通信中继模块；
所述数据采集查询模块，用于完成业务命令逻辑调度和执行，从中央控制系统调用业务命令逻辑，并控制嵌入式数据采集控制终端执行，实现数据采集、过滤、数据入库，同时还可根据配置条件查询中央数据库中的数据；
所述数据采集业务规则定义模块，用于业务命令逻辑规则定义和业务流程定义；
基础数据配置模块，用于输入构建各类应用模型的数据；
所述远程控制模块，用于实现嵌入式数据采集终端远程状态监测、设备参数设置、软件升级；
所述通信中继模块，用于与嵌入式数据采集控制终端、中央数据库及中央控制系统进行通信；
所述嵌入式数据采集控制终端包括与外部设备通信的驱动指令集、设备驱动模块、完成与服务端中继交换机交互的客户端应用模块以及可扩展的通用通信模块，嵌入式数据采集控制终端通过采集模块进行数据采集。
根据本发明的一个实施方式，所述服务端中继交换机的通信中继模块支持多种通信网络组网方式，包括互联网、现场总线、工业无线网络和公共无线通信网络，嵌入式数据采集控制终端对应于其中一种通信网络通过通用通信模块与通信中继模块进行通信。
根据本发明的一个实施方式，上述通用通信模块支持WIFI、RS、串行总线、TDD-LTE通信网络。
根据本发明的一个实施方式，上述嵌入式数据采集控制终端上的驱动指令集包括：各类UHFRFID设备驱动指令集；P/S键盘、RS接口的外设类指令集；DI/DO、AI/AO输入输出控制指令集。
根据本发明的一个实施方式，上述嵌入式数据采集控制终端上设有人机交互的人机界面驱动。
本发明提供的一种基于多节点的工控采集系统根据可重定义的业务流程、
业务命令逻辑集和可配置的采集数据集模块来灵活构建、重构应用模型，系统配置灵活，扩展性好，适用范围广。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图1示出了根据本发明实施方式的基于多节点的工控采集系统结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的实施方式，公开一种基于多节点的工控采集系统，如附图1所示，所述工控采集系统包括中央控制系统、中央数据库、服务端中继交换机及嵌入式数据采集控制终端；
所述中央控制系统包括实现实时采集功能时供服务端中继交换机调用的实时控制命令逻辑模块以及用于对中央数据库中数据进行调用的数据获取模块；所述中央控制系统包括连接于互联网或专网上的各类公用应用服务器。
所述中央数据库包括数据存储过程组成的业务控制逻辑模块和采集数据集模块，所述业务控制逻辑模块供服务端中继交换机调用以完成数据采集和业务应用模型的构建，所述采集数据集模块用于构建各类应用模型；
所述服务端中继交换机包括：
数据采集查询模块，用于完成业务命令逻辑调度和执行，从上层数据库服务器调用业务命令逻辑，并控制下层采集终端执行，实现数据采集、过滤、数据入库，同时还可根据配置条件查询数据库中的数据；
数据采集业务规则定义模块，用于业务命令逻辑规则定义和业务流程定义；
基础数据配置模块，用于输入构建各类应用模型的数据；
远程控制模块，用于实现数据采集终端远程状态监测、设备参数设置、软件升级；
以及
通信中继模块，用于与嵌入式数据采集控制终端、中央数据库及中央控制系统进行通信；
所述嵌入式数据采集控制终端包括与外部设备通信的驱动指令集、设备驱动模块、完成与服务端中继交换机交互的客户端应用模块以及可扩展的通用通信模块，各类数据采集装置通过系统提供的驱动指令集与嵌入式数据采集控制终端交互通信、进行数据采集。各类数据采集装置包括UHFRFID读写器、监测仪等各类设备。
上述述服务端中继交换机的通信中继模块支持多种通信网络组网方式，包括互联网、现场总线、工业无线网络和公共无线通信网络，嵌入式数据采集控制终端对应于其中一种通信网络通过通用通信模块与通信中继模块进行通信。
在本发明的较佳实施例中，上述通用通信模块支持工业网络，如：WIFI、RS、串行总线等，也支持TDD-LTE等无线通信网络。
上述嵌入式数据采集控制终端上的驱动指令集包括：各类UHFRFID设备驱动指令集；P/S键盘、RS接口的外设类指令集；DI/DO、AI/AO输入输出控制指令集。
上述嵌入式数据采集控制终端上设有用于人机交互的人机界面驱动。
系统可以分布部署服务端中继交换机、嵌入式数据采集控制终端，将它们安装在各种现场环境，以控制现场设备，如分析仪器、RFID读写器、读码枪、小键盘、自动控制设备等，进行现场数据采集，数据传送网络根据数据采集点的现场条件灵活选择各种网络(IP网络：ADSL、TDD-LTE等；工业网络：WIFI、串行总线、RS等)，系统中的数据采集模块和数据采集控制终端的通讯功能强大、支持通讯网络方式多种，因此可以灵活、快速地部署在各种应用场合，组成一个区域自动监控网络平台和局域采用WIFI技术的控制网络，可满足相关公用数据中心的公用信息服务平台的数据采集需求。
数据采集控制终端采集来自于分析仪器、键盘、条码枪、HF/UHFRFID或信号传感器的数据，按服务端模块的逻辑控制指令，通过RS/串行总线、WIFI/WIFI、TDD-LTE等通信方式的一种送往服务端中继交换机处理，并由模块送往中央数据库服务器入库存储；将数据的状态或信息，传回到数据采集控制终端进行显示或控制外部设备。中央控制服务器可以通过下发实时业务命令逻辑控制指令，由服务数据采集模块和数据采集控制终端配合完成数据采集和控制。
工作时，数据采集控制终端与数据采集模块配合完成数据采集、过滤，并将数据上传到上层中央数据库。具体实现方式为：
首先，采用通用的数据库技术建立标准的业务控制逻辑模块(也就是数据存储行为库)，这些行为是通过分析大量分散点的数据重复采集特性来制定的，行为可以随着应用的增多而扩充和完善。
其次，通过数据采集模块的数据采集业务规则定义模块定义数据采集终端的工作类型和构建数据采集业务的流程模型，即定义数据采集业务流程和数据逻辑定义，结合采集数据集模块构建应用模型，数据采集模块通过业务采集、查询模块完成数据管理、传递、过滤和数据查询；支持各类通信技术的模块通信模块提供数据接收与发送通道。系统提供远程控制模块可对数据采集终端远程状态监测、设备参数设置、软件升级。
最后，数据采集控制终端通过P/S2、RS232、RS和RFID采集模块等采集到的数据缓存到终端的数据存储器中，MCU单元根据服务数据采集模块下发业务流程和数据逻辑指令将缓存中的数据上传到服务数据采集模块，服务端中继交换机调用中央数据库的数据存储行为库的具体行为进行数据过滤、存储，将有效数据写入中央数据库。采集平台依据已定义业务流程进行采集条码、RFID电子标签和键盘等数据、并可把每一流程处理的结果通过数据采集终端的数据显示模块显示或声光提示，完成数据采集和写入数据库，操作者只需根据系统提供的声光和屏幕提示完成数据采集，极大降低操作者的知识技能要求；同时平台系统通过已定义的业务命令逻辑规则过滤无效、重复和不符合工艺流程的数据，从而确保数据的有效性、实时性、完整性。
当应用服务器需要对数据采集控制终端进行控制时，中央控制服务器可以通过向服务端中继交换机发送实时业务命令逻辑控制指令，并由服务端模块控制数据采集控制终端的客户端模块执行、再有设备驱动模块调用相应驱动指令，完成主动实时的数据采集和远程设备控制。
应用服务器查询中央数据库信息的流程：应用服务器通过数据获取模块向中央数据库发出查询指令读取该类应用已入库的数据。
应用服务器实时远程控制处理流程：应用服务对前端现场自动设备发送远程启停等控制指令，首先通过服务数据采集模块的基础数据信息和设备管理模块确定数据采集终端地址和状态，然后经服务端数据模块把控制指令传到数据采集控制终端的客户端数据模块、在由设备驱动模块完成调用DO控制指令，实现对外部设备的启停等控制
本发明的显著特点是由分布设置多个嵌入式数据采集控制终端和数据采集模块一起实现可灵活组配的具体数据采集平台，只需通过配置数据采集终端工作类型，采用通用数据库技术(调用预先定义业务控制逻辑模块)即可完成数据采集和控制工作，减少了大量重复性工作，使用户能够集中精力快速搭建起基于大量基础数据的具体中央控制系统，其开发效率、成功性和系统重用性较传统系统开发有大幅度的提高。同时，支持系统的快速重构、可快速搭建数据采集业务应用模型，有效解决了嵌入式应用系统无法快速地适应业务处理模式的经常变化，维护工作量大等问题。
此外，支持多种采集技术和可扩展的通讯技术，通过支持可扩展/选配模块的嵌入式系统平台，通过支持数据采集模块平台，实现了对底层硬件和中央控制软件的灵活扩展和无缝连接，从而支持多种数据通信方式，如TDD-LTE、WIFI、串行总线、RS等，实现了系统低廉性、灵活性和易用性的有机结合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于多节点的工控采集系统，其特征在于：包括中央控制系统、中央数据库、服务端中继交换机及嵌入式数据采集控制终端；
所述中央控制系统包括实现实时采集功能时供服务端中继交换机调用的实时控制命令逻辑模块，以及用于对中央数据库中数据进行调用的数据获取模块；
所述中央数据库包括数据存储过程组成的业务控制逻辑模块和采集数据集模块，所述业务控制逻辑模块供服务端中继交换机调用以完成数据采集和业务应用模型的构建，所述采集数据集模块用于构建各类应用模型；
所述服务端中继交换机包括：
数据采集查询模块、数据采集业务规则定义模块、基础数据配置模块、远程控制模块及通信中继模块；
所述数据采集查询模块，用于完成业务命令逻辑调度和执行，从中央控制系统调用业务命令逻辑，并控制嵌入式数据采集控制终端执行，实现数据采集、过滤、数据入库，同时还可根据配置条件查询中央数据库中的数据；
所述数据采集业务规则定义模块，用于业务命令逻辑规则定义和业务流程定义；
基础数据配置模块，用于输入构建各类应用模型的数据；
所述远程控制模块，用于实现嵌入式数据采集终端远程状态监测、设备参数设置、软件升级；
所述通信中继模块，用于与嵌入式数据采集控制终端、中央数据库及中央控制系统进行通信；
所述嵌入式数据采集控制终端包括与外部设备通信的驱动指令集、设备驱动模块、完成与服务端中继交换机交互的客户端应用模块以及可扩展的通用通信模块，嵌入式数据采集控制终端通过采集模块进行数据采集。
2.如权利要求1所述的系统，所述服务端中继交换机的通信中继模块支持多种通信网络组网方式，包括互联网、现场总线、工业无线网络和公共无线通信网络，嵌入式数据采集控制终端对应于其中一种通信网络通过通用通信模块与通信中继模块进行通信。
3.如权利要求2所述的系统，上述通用通信模块支持WIFI、RS、串行总线、TDD-LTE通信网络。
4.如权利要求3所述的系统，上述嵌入式数据采集控制终端上的驱动指令集包括：各类UHFRFID设备驱动指令集；P/S键盘、RS接口的外设类指令集；DI/DO、AI/AO输入输出控制指令集。
5.如权利要求4所述的系统，上述嵌入式数据采集控制终端上设有人机交互的人机界面驱动。
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