CN106325126B - 一种数据采集扩展控制系统及其数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据采集扩展控制系统及其数据采集方法，包括数据采集主机及运行设备，数据采集主机通过数据总线连接多台运行设备，并采集各运行设备的数据；还包括与数据总线连接的数据交换控制器、工控设备以及控制主机，数据交换控制器包括数据传输管理模块、转换器、存储器、网络模块以及配置模块，数据传输管理模块包括采集端和输出端；所述数据交换控制器采集各运行设备的数据存储于存储器，供工控设备接入及提取作后续应用；控制主机通过网络模块与配置模块连接，对数据交换控制器配置控制。本发明在不影响原数据采集系统的前提下，从外部接入采集原数据采集系统的数据，并对采集数据加工处理分类存储，让工控设备接入提取作后续应用。

Description

一种数据采集扩展控制系统及其数据采集方法

技术领域

本发明涉及工业物联网技术领域，特指一种基于工业物联网应用的数据采集扩展控制系统及其数据采集方法。

背景技术

物联网技术日益发展，已逐渐普遍应用到各大型工业项目，如基于工业物联网的数据管理系统，该系统主要功能在于，将基层的大量设备产生的运行数据采集起来，进行综合监控管理及应用。例如，基于物联网的中央空调管理系统，常见的中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。采用液体汽化制冷的原理为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。该系统中涉及大量基础设备，如空气压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器等多种基层设备，各设备在日常运行中，将产生大量数据，通过采集这些数据，并将数据上传到云服务器，进一步加工处理，从而监控整个系统内所有设备的运行情况。

在数据采集的实际应用中，为了增加数据接入口，通常需要在原来的数据采集系统结构基础中进行改造，插入新的数据接入口，才能从原来的数据采集系统结构中采集数据。但通过改造的方式进行接入，将影响或破坏原来的数据采集系统结构，导致损坏原数据采集系统的完整性，甚至在改造的过程中，造成数据接口的损坏，影响原来正常数据采集的质量。

发明内容

发明目的在于提供一种新型的数据采集扩展控制系统及其数据采集方法，在不改造及影响原数据采集系统的前提下，通过外部接入的方式，采集原数据采集系统的数据，并对采集的数据进行加工处理，分类存储，供外部的工控设备接入提取，作进一步后续应用。

为了达到上述目的给出，本发明的技术方案：

一种数据采集扩展控制系统，包括数据采集主机以及运行设备，数据采集主机通过数据总线连接多台运行设备，并采集各运行设备的数据；还包括与数据总线连接的数据交换控制器以及工控设备，所述数据交换控制器包括数据传输管理模块、转换器、存储器、网络模块以及配置模块，所述数据传输管理模块包括采集端和输出端，采集端与数据总线连接，输出端与工控设备连接；所述转换器用于根据工控设备的需求对数据进行转换及输出；所述数据交换控制器通过采集端采集各运行设备的数据存储于存储器，供工控设备接入及提取作后续应用；还包括用于对数据交换控制器的数据采集进行控制的控制主机，所述控制主机通过网络模块与配置模块连接，对数据传输管理模块的端口分配、转换器的数据转换方式以及存储器的数据存储设置进行配置控制。

其中，所述工控设备指工业控制的计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与数据应用的设备。工控设备具有相应的计算机属性和特征，如：计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口、实时的操作系统、控制网络和协议、人机界面等。

进一步的，所述转换器用于对采集的数据进行数据转换，使得采集数据与工控设备的数据需求相配备；所述转换器的数据转换包括数据电平类型、数据串口参数、数据协议、数据站号。为了适应各种工控设备的硬件需求，本发明的数据交换控制器，通过内设的转换器，对输出的采集数据进行进一步数据转换及加工，以便兼容市面上各类型的工控设备运行需求，以及各大封闭性数据采集系统的专用协议要求，有效地提高数据采集的适用性，增强数据采集的使用效率。

再进一步的，所述存储器设有识别模块，所述识别模块用于识别采集数据的数据类型、数据协议以及数据内容，以便通过识别模块对采集后的数据进行分析，并分类存储，有利于管理及应用。

进一步对所述数据交换控制器的数据采集功能作改进，所述数据交换控制器还包括采集状态分析模块，所述采集状态分析模块用于分析数据采集主机的运行状态。通过采集状态分析模块分析数据采集主机的运行状态，避免数据交换控制器启动采集数据与数据采集主机的采集操作冲突，影响原来数据采集系统的正常运作。

进一步的，所述数据传输管理模块的数据端口设有多个，所述配置模块对数据传输管理模块的数据端口进行设置，分配多个采集端或输出端。本发明数据交换控制器的数据传输管理模块设有多个数据端口，优选采用五个端口，该五个端口可根据配置模块的设置，分配为采集端或输出端，从而实现双向数据传输的交互控制，有效地提高数据采集端口的兼容性及扩展性能。

再进一步的，本发明的数据采集扩展控制系统还包括云采集系统，所述云采集系统包括云采集主机以及云端服务器，云采集主机与所述数据输出口连接，提取数据交换控制器的采集数据，上传到云端服务器进行后续应用。本发明的数据采集扩展控制系统不但能应用于普通工控设备的需求，还能有效地兼容新型的云采集系统，所述云采集系统具备数据采集功能和云端应用模块，通过本发明的数据交换控制器，将原物理上的数据采集系统的采集数据进行采集，让云采集系统的云采集主机提取，并上传到云端服务器作相应云应用，有效地提高数据采集的应用范围，进一步加强采集数据的运用效率。

进一步对所述数据交换控制器的网络连接功能作改进，所述网络模块设有多个网络端口，优选为TCP/IP端口，供所述控制主机、工控设备或云采集系统进行网络连接及提取数据。在现有的数据采集扩展系统的基础上，本发明的数据采集扩展控制系统，通过数据交换控制器的网络模块，设置多个网络端口，以TCP/IP网络端口连接方式，让所述控制主机、工控设备或云采集系统通过该网络端口实现网络连接。从原来的物理串口连接基础上，增加网络连接部分，进一步加强数据采集系统的兼容性能。

对所述控制主机作进一步改进，所述控制主机设有WEB网页配置操作端，通过WEB网页配置操作端对配置模块进行设置及控制，设置内容包括：控制采集状态分析模块的运行设置、网络模块的端口设置、数据传输管理模块的数据端口分配、转换器的转换模式以及存储器的数据储存方式。用户根据不同的数据采集系统的实际情况，对数据交换控制器的数据采集操作进行相应配置，以便适应各种数据采集系统的需求。

另外，用户还可以通过控制主机的WEB网页配置操作端将各工控设备或云采集系统的数据采集方式进行设置，主要包括主动模式和被动模式。

主动采集模式是根据所述WEB网页配置操作端的用户设置，自动生成查询命令。数据传输管理模块的各个采集端可匹配相应的查询命令，并根据查询命令的设置，以时间先后顺序，对各运行设备进行轮流数据采集及查询。各采集端完成当前查询命令后，将及时反馈处理结果到工控设备、云采集系统或控制主机，有利于保证写入数据的完整性，确保数据采集的响应速度。

被动采集模式是为工控设备或云采集系统提供在所述存储器保存数据的相应接口，以便工控设备或云采集系统自动到数据交换控制器的存储器中，进行相应采集数据的提取操作。

本发明还提供一种应用所述数据采集扩展控制系统的数据采集方法，该方法至少包括如下步骤：

Q1：用户通过控制主机的WEB网页配置操作端对所述数据交换控制器的配置模块进行数据采集设置及输入控制指令；

Q2：所述数据交换控制器启动数据采集程序，根据配置模块的设置内容及控制指令，通过数据总线向各运行设备采集数据；

Q3：采集的数据通过数据传输管理模块的采集端传送到存储器，所述识别模块对数据进行识别，并根据数据内容进行分类存储；

Q4：所述工控设备和/或云采集系统通过数据传输管理模块的输出端或网络模块的网络端口接入数据交换控制器，访问存储器，提取相应数据；

Q5：提取的数据通过转换器进行数据转换后，再输出到工程设备和/或云采集系统作后续应用。

进一步的，在上述数据采集方法的步骤Q1前还包括对数据采集主机的运行状态分析步骤，所述分析步骤包括：

S1：所述数据交换控制器通过采集状态分析模块从数据传输管理模块的采集端向数据采集主机发出预采集信号；

S2：若数据采集主机处于待机状态时，反馈待机状态信号，并跳转到步骤Q1；若数据采集主机处于工作状态时，反馈运行状态信号，并跳转到步骤S3；

S3：所述采集状态分析模块具有预设的待机时间值，当达到待机时间值时，再次从数据传输管理模块的采集端向数据采集主机发出预采集信号，并跳转到步骤S2。

通过上述对数据采集主机的运行状态的分析步骤，所述数据交换控制器通过采集状态分析模块发出预采集信号，用于确认数据采集主机的运行状态，当数据采集主机处于待机状态时，即数据采集主机处于空闲状态，将反馈待机状态信号，让数据交换控制器启动数据采集程序，开始数据采集工作。当数据采集主机处于工作状态时，反馈运行状态信号，数据交换控制器保持待机状态，当达到预设的待机时间值时，采集状态分析模块再发出预采集信号，确认数据采集主机状态。从而有效地避免数据交换控制器启动采集数据与数据采集主机的采集操作冲突，影响原来数据采集系统的正常运作。

本发明的数据采集扩展控制系统及其数据采集方法，与现有技术相比，在不改造及影响原数据采集系统的前提下，通过数据交换控制器与数据总线连接，采集各运行设备的数据，采集后的数据通过识别模块对数据进行识别，并分类管理存储于存储器。当工控设备或云采集系统接入提取时，通过转换器根据数据应用的需求对采集数据进行数据转换，再输出作后续应用。解决现有技术中，为了增加数据接入口，在原来的数据采集系统结构基础中进行改造，破坏原来的数据采集系统结构，导致损坏原系统数据采集接口，影响原有数据采集系统正常运作的问题，有效地提高数据采集的应用范围，加强采集数据的运用效率。

与现有的数据采集扩展器相比，本发明的数据采集扩展控制系统，增设有控制主机及网络模块，实现网络连接控制数据采集或提取功能。本发明的数据交换控制器，一方面通过数据传输管理模块设置的多个数据端口，该数据端口根据配置模块的设置分配为采集端或输出端，保证数据采集性能的同时，又能实现物理串口的连接输出，供工控设备或云采集系统连入提取数据；另一方面，具有网络连接功能的工控设备或云采集系统，可通过与增设的网络模块连接，实现无线连接采集数据，进一步提高数据采集系统的扩展性能。

另外，为了不影响原数据采集系统正常进行采集数据，本发明的数据交换控制器还包括采集状态分析模块，通过采集状态分析模块分析数据采集主机的运行状态，有效地避免数据交换控制器启动采集数据与数据采集主机的采集操作冲突，影响原来数据采集系统的正常运作，进一步提高本发明扩展控制系统的兼容性。

附图说明

图1为本发明一种数据采集扩展控制系统的结构示意图；

图2为本发明数据采集扩展控制系统的数据交换控制器结构示意图；

图3为应用本发明数据采集扩展控制系统的数据采集方法流程图；

图4为本发明数据采集方法中关于对数据采集主机运行状态的分析步骤流程图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的一种数据采集扩展控制系统及其数据采集方法。

如图1至2所示，该数据采集扩展控制系统，包括数据采集主机以及运行设备，数据采集主机通过数据总线连接多台运行设备(运行设备1、2、3等)，并采集各运行设备的数据；还包括与数据总线连接的数据交换控制器、工控设备、云采集系统以及控制主机，所述数据交换控制器包括数据传输管理模块、转换器、存储器、网络模块以及配置模块。

所述工控设备及云采集系统分为两大类，包括现有以物理串口连接的工控设备A和云采集系统A，以及具有网络连接功能的工控设备B和云采集系统B。

所述工控设备A和云采集系统A与所述数据传输管理模块进行物理串口连接。

所述工控设备B和云采集系统B通过网络连接于所述网络模块。

所述云采集系统包括云采集主机以及云端服务器，云采集主机可与所述数据传输管理模块的输出端，或网络模块的网络端口连接，提取数据交换控制器的采集数据，上传到云端服务器进行后续应用，有效地提高数据采集的应用范围，进一步加强采集数据的运用效率。

所述控制主机用于对数据交换控制器的数据采集进行控制，所述控制主机通过网络模块与配置模块连接，对数据传输管理模块的端口分配、转换器的数据转换方式以及存储器的数据存储设置进行配置控制。

优选地，所述控制主机设有WEB网页配置操作端，用户可通过WEB网页配置操作端对配置模块进行设置及控制。设置内容包括：控制采集状态分析模块的运行设置、网络模块的端口设置、数据传输管理模块的数据端口分配、转换器的转换模式以及存储器的数据储存方式。根据不同的数据采集系统的实际情况，对数据交换控制器的数据采集操作进行相应配置，以便适应各种数据采集系统的需求。

如图2所示，所述数据交换控制器包括数据传输管理模块、转换器、存储器、网络模块以及配置模块。

所述数据传输管理模块优选设有多个数据端口，该数据端口包括采集端和输出端，采集端与数据总线连接，输出端与工控设备或云采集系统的云采集主机连接。所述配置模块可对数据传输管理模块的数据端口进行设置，分配多个采集端或输出端。如图2所示，所述数据传输管理模块的数据端口优选设有五个(包括数据端口1至5)，该五个端口可根据配置模块的设置，分配为采集端或输出端，从而实现双向数据传输的交互控制，有效地提高数据采集端口的兼容性及扩展性能。

所述网络模块设有多个网络端口，优选为TCP/IP端口，如图2所示，该网络端口设有网络端口A、B、C等，供所述控制主机、工控设备或云采集系统同时进行网络连接及提取数据。从原来的物理串口连接基础上，增加网络连接部分，进一步加强数据采集系统的兼容性能。

所述转换器用于对采集的数据进行数据转换，使得采集数据与工控设备的数据需求相配备；所述转换器的数据转换包括数据电平类型、数据串口参数、数据协议、数据站号，以便兼容市面上各类型的工控设备运行需求，以及各大封闭性数据采集系统的专用协议要求，进行数据转换给工控设备或云采集系统直接使用，有效地提高数据采集的适用性，增强数据采集的使用效率。

所述存储器还设有识别模块，所述识别模块用于识别采集数据的数据类型、数据协议以及数据内容，以便通过识别模块对采集后的数据进行分析，并分类存储，有利于管理及应用。

所述采集状态分析模块用于分析数据采集主机的运行状态，避免数据交换控制器启动采集数据与数据采集主机的采集操作冲突，影响原来数据采集系统的正常运作。

如图3所示，本发明还提供一种应用所述数据采集扩展控制系统的数据采集方法，包括如下步骤：

Q1：用户通过控制主机的WEB网页配置操作端对所述数据交换控制器的配置模块进行数据采集设置及输入控制指令；

Q2：所述数据交换控制器启动数据采集程序，根据配置模块的设置内容及控制指令，通过数据总线向各运行设备采集数据；

Q3：采集的数据通过数据传输管理模块的采集端传送到存储器，所述识别模块对数据进行识别，并根据数据内容进行分类存储；

Q4：所述工控设备和/或云采集系统通过数据传输管理模块的输出端或网络模块的网络端口接入数据交换控制器，访问存储器，提取相应数据；

Q5：提取的数据通过转换器进行数据转换后，再输出到工程设备和/或云采集系统作后续应用。

其中，所述识别模块对采集的数据识别内容包括：数据的站号、分类、数据地址、数据长度以及数据内容进行区分，并在存储器中作相应分类存储，以便全面地识别采集的数据，并进行规范的管理分类储存，有利于工控设备进行接入，按需提取相应的采集数据，有效地提高数据应用效率。

为了不影响原数据采集系统正常进行采集数据作优化，在上述步骤Q1前还包括对数据采集主机的运行状态分析步骤，如图4所示，所述分析步骤包括：

S1：所述数据交换控制器通过采集状态分析模块从数据传输管理模块的采集端向数据采集主机发出预采集信号；

S2：若数据采集主机处于待机状态时，反馈待机状态信号，并跳转到步骤Q1；若数据采集主机处于工作状态时，反馈运行状态信号，并跳转到步骤S3；

S3：所述采集状态分析模块具有预设的待机时间值，当达到待机时间值时，再次从数据传输管理模块的采集端向数据采集主机发出预采集信号，并跳转到步骤S2。

通过数据交换控制器的采集状态分析模块发出预采集信号，用于确认数据采集主机的运行状态，并根据反馈的信号，作相应的数据采集程序或待机回避程序，从而有效地避免数据交换控制器启动采集数据与数据采集主机的采集操作冲突，影响原来数据采集系统的正常运作。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种数据采集扩展控制系统，包括数据采集主机以及运行设备，数据采集主机通过数据总线连接多台运行设备，并采集各运行设备的数据；其特征在于，还包括与数据总线连接的数据交换控制器以及工控设备，所述数据交换控制器包括数据传输管理模块、转换器、存储器、网络模块以及配置模块，所述数据传输管理模块包括采集端和输出端，采集端与数据总线连接，输出端与工控设备连接；所述转换器用于根据工控设备的需求对数据进行转换及输出；所述数据交换控制器通过采集端采集各运行设备的数据存储于存储器，供工控设备接入及提取作后续应用；还包括用于对数据交换控制器的数据采集进行控制的控制主机，所述控制主机通过网络模块与配置模块连接，对数据传输管理模块的端口分配、转换器的数据转换方式以及存储器的数据存储设置进行配置控制；所述数据交换控制器还包括采集状态分析模块，所述采集状态分析模块用于分析数据采集主机的运行状态，并根据数据采集主机的运行状态控制所述数据交换控制器的启停。

2.根据权利要求1所述的数据采集扩展控制系统，其特征在于，所述转换器用于对采集的数据进行数据转换，使得采集数据与工控设备的数据需求相配备；所述转换器的数据转换包括数据电平类型、数据串口参数、数据协议、数据站号。

3.根据权利要求2所述的数据采集扩展控制系统，其特征在于，所述存储器设有识别模块，所述识别模块用于识别采集数据的数据类型、数据协议以及数据内容。

4.根据权利要求3所述的数据采集扩展控制系统，其特征在于，所述数据传输管理模块的数据端口设有多个，所述配置模块对数据传输管理模块的数据端口进行设置，分配多个采集端或输出端。

5.根据权利要求4所述的数据采集扩展控制系统，其特征在于，还包括云采集系统，所述云采集系统包括云采集主机以及云端服务器，云采集主机与所述输出端连接，提取数据交换控制器的采集数据，上传到云端服务器进行后续应用。

6.根据权利要求5所述的数据采集扩展控制系统，其特征在于，所述网络模块设有多个网络端口，供所述控制主机、工控设备或云采集系统进行网络连接及提取数据。

7.根据权利要求6所述的数据采集扩展控制系统，其特征在于，所述控制主机设有WEB网页配置操作端，通过WEB网页配置操作端对配置模块进行设置及控制，设置内容包括：控制采集状态分析模块的运行设置、网络模块的端口设置、数据传输管理模块的数据端口分配、转换器的转换模式以及存储器的数据储存方式。

8.一种应用权利要求7所述数据采集扩展控制系统的数据采集方法，其特征在于，至少包括如下步骤：

Q1：用户通过控制主机的WEB网页配置操作端对所述数据交换控制器的配置模块进行数据采集设置及输入控制指令；

Q2：所述数据交换控制器启动数据采集程序，根据配置模块的设置内容及控制指令，通过数据总线向各运行设备采集数据；

Q3：采集的数据通过数据传输管理模块的采集端传送到存储器，所述识别模块对数据进行识别，并根据数据内容进行分类存储；

Q4：所述工控设备和/或云采集系统通过数据传输管理模块的输出端或网络模块的网络端口接入数据交换控制器，访问存储器，提取相应数据；

Q5：提取的数据通过转换器进行数据转换后，再输出到工程设备和/或云采集系统作后续应用；

在步骤Q1前还包括对数据采集主机的运行状态分析步骤，所述分析步骤包括：

S1：所述数据交换控制器通过采集状态分析模块从数据传输管理模块的采集端向数据采集主机发出预采集信号；

S2：若数据采集主机处于待机状态时，反馈待机状态信号，并跳转到步骤Q1；若数据采集主机处于工作状态时，反馈运行状态信号，并跳转到步骤S3；

S3：所述采集状态分析模块具有预设的待机时间值，当达到待机时间值时，再次从数据传输管理模块的采集端向数据采集主机发出预采集信号，并跳转到步骤S2。