CN105681285A

CN105681285A - 一种异构工业信号源信息获取方法

Info

Publication number: CN105681285A
Application number: CN201511029210.4A
Authority: CN
Inventors: 范寅; 李伟; 李晓洁; 王晓芳
Original assignee: HEFEI CITY CLOUD DATA CENTER Co Ltd
Current assignee: HEFEI CITY CLOUD DATA CENTER Co Ltd
Priority date: 2015-12-30
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2035-12-30
Also published as: CN105681285B

Abstract

本发明涉及一种异构工业信号源信息获取方法，与现有技术相比解决了工业异构数据难以统一获取接入的缺陷。本发明包括以下步骤：预定义处理，对通讯协议模块和信号点模块进行定义和预处理；建立通讯协议模块与信号点模块的拓朴关系，对通讯协议模块与信号点模块进行汇聚关联，将若干个通讯协议模块进行路由整合；将通讯协议模块与信号点模块进行关联编码，建立通讯协议模块与信号点模块的连接；对信号点模块获取的信息进行统一编码；对信号源检索并获取信号源信息。本发明提供了异构工业信号源的标准连接、存储以及表示方法，解决了不同物理连接以及协议的连接问题。

Description

一种异构工业信号源信息获取方法

技术领域

本发明涉及工业信号处理技术领域，具体来说是一种异构工业信号源信息获取方法。

背景技术

在工业4.0以及中国制造2025背景下，通过工业数据中心实现不同行业的工业数据采集、存储、分析、应用已经是必然趋势，而工业数据中心首先需要解决多种工业协议的互联网接入问题。目前现场总线协议繁多，较为流行现场总线就有40多个标准，工业数据中心需要有一种能够实现多个不同标准协议的信号源能够被访问的方法。

EricDKnapp将工业协议按是否可以通过TCP/IP访问，分为可路由协议以及不可路由协议，其中可路由协议包含最基本的工业网络协议包括Modbus-IDA、ICCP、DNP3、OPC协议等，不可路由协议包括CAN总线、RS485，RS232、HART等协议。因此要工业控制系统互联网接入需要解决不可路由协议的互联网接入，以及为不同的可路由协议实现统一格式这两个技术问题。

现有工业控制系统往往通过以下方式来实现工控系统的互联网访问:通过改造既有组态软件来实现互联网访问以及通过远程终端单元以及数据传输单元实现信号源的访问。采用组态软件方式又包括直接来连接组态软件数据库，以及在组态软件上通过OPC协议实现互联网接入两种方式。但这种方式需要改造既有基于组态软件的中控系统，对于小型工控系统以及无人值守工控系统需要解决组态软件系统部署问题。采用远程终端单元、数据传输单元建立互联网连接的方法，需要解决底层协议驱动，以及信号设备的检索访问问题。对于工业数据中心来说，应用以及业务层需要采用统一的访问方法对不同协议以及不同连接方式的信号源访问，并且实现不同规格的信号关联，例如工业系统中指标信号与视频监控结合来判断生产是否异常以及查找生产故障点。

因此需要提出一种统一的检索异构工业信号源，以及获取异构工业信号源信息的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中工业异构数据难以统一获取接入的缺陷，提供一种异构工业信号源信息获取方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种异构工业信号源信息获取方法，包括以下步骤：

预定义处理，对通讯协议模块和信号点模块进行定义和预处理；

建立通讯协议模块与信号点模块的拓朴关系，对通讯协议模块与信号点模块进行汇聚关联，将若干个通讯协议模块进行路由整合；

将通讯协议模块与信号点模块进行关联编码，建立通讯协议模块与信号点模块的连接；

对信号点模块获取的信息进行统一编码；

对信号源检索并获取信号源信息。

所述的预定义处理包括以下步骤：

定义通讯协议模块，通讯协议模块用于定义各物理设备传感器信息的访问方法，通讯协议模块包括远程终端单元、数据传输单元、OPCServer和视频服务器的连接方式；

对通讯协议模块进行属性设置，其属性设置为：Ele_comm{通讯协议模块ID,通讯协议，地址，主机地址，DDNS，查询方式，通讯协议模块集合Set_comm，信号点模块集合Set_sign}；

定义信号点模块，信号点模块用于代表工业控制现场传感器、控制器信息，信号点模块包括工业现场实际及虚拟的访问控制点；

对信号点模块进行属性设置，其属性设置为：Ele_sign{信号点ID，设备ID，第三方驱动程序标识，预警上限、预警下限、计算公式、单位，工艺信息、地理信息、采集点特性}。

所述的建立通讯协议模块与信号点模块的拓朴关系包括以下步骤：

配置各通讯协议模块的路由，为各通讯协议模块统一分配IP地址；

设定各通讯协议模块的信号采集网关主机地址；

基于树状结构Tree_top作出通讯协议模块的拓扑结构信息。

所述的将通讯协议模块与信号点模块进行关联编码包括以下步骤：

根据现场工艺要求，检索Tree_top，查找信号点模块的路由及协议；

建立每个信号点模块的访问途径；

采用DDNS服务器对通讯协议模块进行反射解析，为通讯协议模块分配二级域名，为每个信号点模块建立基于二级域名的检索地址DName_signal。

所述的对信号点模块获取的信息进行统一编码包括以下步骤：

定义信号采集网关模块，信号采集网关模块根据需访问的信号点模块访问途径以及通讯协议模块的采用协议，选择相应的协议解析单元与通讯协议模块建立连接；

信号采集网关模块根据信号点模块的采集频率要求，主动或被动地发送请求和采集数据；

对需采集的信号点模块中的数据内容与数据字典进行分解；数据内容包含{数据发生时间、信号点模块ID，数据值}；数据字典包含信号点模块的静态属性信息，其包括{信号点模块ID，预警上限，预警下限，工艺段，设备ID，物理地址信息，计算公式，单位值，特殊定义}；

将编码后的统一格式数据与数据中心的数据网关相连。

所述的对信号源检索并获取信号源信息包括以下步骤：

更新并存储接收到的数据内容和数据字典，按数据发生时间建立数据内容表，按信号点模块保存静态数据字典；

按照静态数据字典的属性信息，为信号点模块的建立索引表；

根据需要进行检索，捡取其信号源集合，从数据内容中根据查询条件检索数据内容，并将多个检索结果进行合并。

针对特定信号元的处理包括以下步骤：

采用第三方驱动程序解析特定信号元数据；

对解析后的特定信号元数据进行过滤、解析计算，转换原始信号值与物理值；

根据信号元组合关系和计算公式，将原始信号值与物理值换算成虚拟信号元。

针对非结构化的数据值进行分解，块数据采用BASE64编码，流数据采用信息点模块检索域名地址DName_signal。

有益效果

本发明的一种异构工业信号源信息获取方法，与现有技术相比提供了异构工业信号源的标准连接、存储以及表示方法，解决了不同物理连接以及协议的连接问题。采用了结构化的信号源表示方式，以及标准化的信号点模块检索访问方式，使第三方应用能够以标准方式访问异构工业信号源，而无需考虑工业设备的连接以及信号的差异性。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明中信号采集网关模块的连接结构图；

图3为本发明中对信号源检索并获取信号源信息步骤的连接原理结构图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种异构工业信号源信息获取方法，包括以下步骤：

第一步，预定义处理，对通讯协议模块和信号点模块进行定义和预处理。其包括以下步骤：

(1)定义通讯协议模块，由于工业现场各个采集点设备的传输协议、方法均不同，因此需要对各个采集点的通讯协议进行集中定义。通讯协议模块用于定义各物理设备传感器信息的访问方法，通讯协议模块包括远程终端单元、数据传输单元、OPCServer和视频服务器的连接方式。

(2)对通讯协议模块进行属性设置，其属性设置为：Ele_comm{通讯协议模块ID,通讯协议，地址，主机地址，DDNS，查询方式，通讯协议模块集合Set_comm，信号点模块集合Set_sign}。

(3)定义信号点模块，信号点模块用于代表工业控制现场传感器、控制器信息，信号点模块包括工业现场实际及虚拟的访问控制点，即具体的工业设备采集点。

(4)对信号点模块进行属性设置，其属性设置为：Ele_sign{信号点ID，设备ID，第三方驱动程序标识，预警上限、预警下限、计算公式、单位，工艺信息、地理信息、采集点特性}。

经过通讯协议模块和信号点模块的定义后，对各个工业信号采集点的通讯协议和数值进行了综合管理，为后面查找路径的搭建提供基础。

第二步，建立通讯协议模块与信号点模块的拓朴关系。对通讯协议模块与信号点模块进行汇聚关联，将若干个通讯协议模块进行路由整合。其包括以下步骤：

(1)配置各通讯协议模块的路由，为各通讯协议模块统一分配IP地址。由于在前已针对不同的协议、方法进行了按通讯协议模块的属性进行了统一规格编辑，因此基于统一标准，统一分配IP地址进行通讯。

(2)设定各通讯协议模块的信号采集网关主机地址，根据应用中信息中心的实际搭建情况，设定通讯主机地址。

(3)基于树状结构Tree_top作出通讯协议模块的拓扑结构信息。为方便的传输网络传输拓扑信息，可以采用JSON格式描述通讯模块的拓扑结构信息，如下:

第三步，将通讯协议模块与信号点模块进行关联编码，建立通讯协议模块与信号点模块的连接。其具体包括以下步骤：

(1)根据现场工艺要求，检索Tree_top，查找信号点模块的路由及协议。如当前工业现场为污水处理厂，PH值为关键性指标，则可以根据PH值来检索Tree_top；若当前工业现场为化学生产商，污染指数为关键性指标，则可以根据磷、硫含量值来检索Tree_top。

(2)建立每个信号点模块的访问途径，通过此访问途径则可以直接访问信号点模块。

(3)采用DDNS服务器对通讯协议模块进行反射解析，为通讯协议模块分配二级域名，为每个信号点模块建立基于二级域名的检索地址DName_signal。

第四步，对信号点模块获取的信息进行统一编码。如图2所示，针对信号采集网关模块，可以利用现有技术的高效结构，建立模块访问检索表和调度器。模块访问检索表直接访问调度器，调度器对通讯协议模块和第三方驱动集合进行统一配置调度，同时调度器则可以利用数据采集线程池进行高效并行管理。其具体包括以下步骤：

(1)定义信号采集网关模块，信号采集网关模块根据需访问的信号点模块访问途径以及通讯协议模块的采用协议，选择相应的协议解析单元与通讯协议模块建立连接。而遇到特定信号元(无法用通用方法解析的信号)时，则首先，采用第三方驱动程序解析特定信号元数据；对解析后的特定信号元数据进行过滤、解析计算，转换原始信号值与物理值；根据信号元组合关系和计算公式，将原始信号值与物理值换算成虚拟信号元。

(2)信号采集网关模块根据信号点模块的采集频率要求，主动或被动地发送请求和采集数据。

(3)对需采集的信号点模块中的数据内容与数据字典进行分解；数据内容包含{数据发生时间、信号点模块ID，数据值}；数据字典包含信号点模块的静态属性信息，其包括{信号点模块ID，预警上限，预警下限，工艺段，设备ID，物理地址信息，计算公式，单位值，特殊定义}。针对非结构化的数据值进行分解，块数据采用BASE64编码，流数据采用信息号点模块检索域名地址DName_signal。

(4)将编码后的统一格式数据与数据中心的数据网关相连，以便用户从数据网关直接进行数据访问。

第五步，对信号源检索并获取信号源信息，用户根据需要进行数据的检索和挖取。其具体步骤如下：

(1)更新并存储接收到的数据内容和数据字典，按数据发生时间建立数据内容表，按信号点模块保存静态数据字典。如图3所示，依照数据发生时间建立数据内容表，依照信号点模块保存静态数据字典，在两者之间再依靠索引关键字完成索引表的建立。

(2)按照静态数据字典的属性信息，为信号点模块的建立索引表。如图3所示，其可以依工艺、地理位置等用户感兴趣的关键字建立索引表。

(3)根据需要进行检索，捡取其信号源集合，从数据内容中根据查询条件检索数据内容，并将多个检索结果进行合并，从而将不同结构的工业信号源进行统一编辑、传输，供给用户展示，以实现异构信号的获取。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种异构工业信号源信息获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

11)预定义处理，对通讯协议模块和信号点模块进行定义和预处理；

12)建立通讯协议模块与信号点模块的拓朴关系，对通讯协议模块与信号点模块进行汇聚关联，将若干个通讯协议模块进行路由整合；

13)将通讯协议模块与信号点模块进行关联编码，建立通讯协议模块与信号点模块的连接；

14)对信号点模块获取的信息进行统一编码；

15)对信号源检索并获取信号源信息。

2.根据权利要求1所述的一种异构工业信号源信息获取方法，其特征在于，所述的预定义处理包括以下步骤：

21)定义通讯协议模块，通讯协议模块用于定义各物理设备传感器信息的访问方法，通讯协议模块包括远程终端单元、数据传输单元、OPCServer和视频服务器的连接方式；

22)对通讯协议模块进行属性设置，其属性设置为：Ele_comm{通讯协议模块ID,通讯协议，地址，主机地址，DDNS，查询方式，通讯协议模块集合Set_comm，信号点模块集合Set_sign}；

23)定义信号点模块，信号点模块用于代表工业控制现场传感器、控制器信息，信号点模块包括工业现场实际及虚拟的访问控制点；

24)对信号点模块进行属性设置，其属性设置为：Ele_sign{信号点ID，设备ID，第三方驱动程序标识，预警上限、预警下限、计算公式、单位，工艺信息、地理信息、采集点特性}。

3.根据权利要求1所述的一种异构工业信号源信息获取方法，其特征在于，所述的建立通讯协议模块与信号点模块的拓朴关系包括以下步骤：

31)配置各通讯协议模块的路由，为各通讯协议模块统一分配IP地址；

32)设定各通讯协议模块的信号采集网关主机地址；

33)基于树状结构Tree_top作出通讯协议模块的拓扑结构信息。

4.根据权利要求1所述的一种异构工业信号源信息获取方法，其特征在于，所述的将通讯协议模块与信号点模块进行关联编码包括以下步骤：

41)根据现场工艺要求，检索Tree_top，查找信号点模块的路由及协议；

42)建立每个信号点模块的访问途径；

43)采用DDNS服务器对通讯协议模块进行反射解析，为通讯协议模块分配二级域名，为每个信号点模块建立基于二级域名的检索地址DName_signal。

5.根据权利要求1所述的一种异构工业信号源信息获取方法，其特征在于，所述的对信号点模块获取的信息进行统一编码包括以下步骤：

51)定义信号采集网关模块，信号采集网关模块根据需访问的信号点模块访问途径以及通讯协议模块的采用协议，选择相应的协议解析单元与通讯协议模块建立连接；

52)信号采集网关模块根据信号点模块的采集频率要求，主动或被动地发送请求和采集数据；

53)对需采集的信号点模块中的数据内容与数据字典进行分解；数据内容包含{数据发生时间、信号点模块ID，数据值}；数据字典包含信号点模块的静态属性信息，其包括{信号点模块ID，预警上限，预警下限，工艺段，设备ID，物理地址信息，计算公式，单位值，特殊定义}；

54)将编码后的统一格式数据与数据中心的数据网关相连。

6.根据权利要求1所述的一种异构工业信号源信息获取方法，其特征在于，所述的对信号源检索并获取信号源信息包括以下步骤：

61)更新并存储接收到的数据内容和数据字典，按数据发生时间建立数据内容表，按信号点模块保存静态数据字典；

62)按照静态数据字典的属性信息，为信号点模块的建立索引表；

63)根据需要进行检索，捡取其信号源集合，从数据内容中根据查询条件检索数据内容，并将多个检索结果进行合并。

7.根据权利要求5所述的一种异构工业信号源信息获取方法，其特征在于：针对特定信号元的处理包括以下步骤：

71)采用第三方驱动程序解析特定信号元数据；

72)对解析后的特定信号元数据进行过滤、解析计算，转换原始信号值与物理值；

73)根据信号元组合关系和计算公式，将原始信号值与物理值换算成虚拟信号元。

8.根据权利要求5所述的一种异构工业信号源信息获取方法，其特征在于：针对非结构化的数据值进行分解，块数据采用BASE64编码，流数据采用信息点模块检索域名地址DName_signal。