CN106528871B - 一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法 - Google Patents

一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法，所述方法为：1、在工业控制系统的任一网络节点上，通过运行的数据库组态软件在线修改工程数据点的信息，并实时保存更新后的数据到本地计算机上；2、采用组播通信的方式，将更新后的工程数据在线发布到指定网段或IP的站点上，实现数据的实时在线同步；3、提供快速同步和完整同步的功能，所述快速同步只针对修改部分的数据进行同步更新，所述完整同步针对修改全部的数据进行同步更新。本发明采用组播通信的方式同步工程数据点信息，能够有效地提高工程数据点修改维护的效率和灵活性，很好地满足控制系统工程数据实时修改和在线更新的应用要求。

Description

一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法
技术领域
本发明涉及工业自动化软件控制技术领域，尤其涉及一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法。
背景技术
工业控制系统中，工程数据库组态与管理是一项极为重要且关键的工作，控制系统中所有需要监测和控制的数据点都是在工程数据库中组态和维护，数据点信息能否有效管理直接影响到系统运行的可靠性和工程维护的效率。通常情况下，工程数据点的构建是在工程组态的初始阶段完成，但实际工程项目中，由于现场设备的变化，控制系统扩展、调试和维护等多种原因，经常需要修改工程数据点信息，此时，如何在系统稳定运行情况下，确保网络中各个站点工程数据的一致性和数据同步的实时性极为关键。特别是对于拥有海量数据点、众多工作站的大型分布式控制系统而言，若工程数据库的修改范围大，所涉及的数据点的数量和属性值繁多，那么如何快速地修改工程数据点信息，提高各站点间数据同步的效率和质量，确保系统实时可靠的运行就显得尤为重要。
目前，现有技术中控制系统通常采用以下几种方式对工程数据点信息进行修改和同步：
1、采用导入数据点配置文件的方法进行批量修改，且修改工作需借助服务器完成，数据库同步则需要在客户端通过文件拷贝的方式来实现。
2、借助工程师站的数据库软件在离线状态下修改数据点信息，然后在线同步至网络中各个操作员站、数据中心站。
3、在系统组态的环境下完成数据点信息的修改，并下载至控制站，网络中的其他站点则需要从现场控制站读取更新后的工程数据。
以上方法的主要缺点在于：(1)采用人工修改和同步的方式，工作繁琐，自动化程度低，操作效率低下且出错率高；(2)采用数据库软件修改的方式，往往需要在组态的模式下修改，灵活性不足；(3)借助控制站同步的方法，增大了控制站的负载压力，影响系统运行的实时性；(4)数据库更新同步时，常常需要对整个数据库的工程数据表进行更新同步，处理效率和数据同步的实时性仍不够理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法，克服了现有技术中工程数据点信息修改过程繁琐、出错率高的缺陷，解决了服务器或控制站负载大、工程数据更新效率低、应用效果不理想等技术问题。
本发明是这样实现的：一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法，
步骤1、在工业控制系统的任一网络节点上，通过运行的数据库组态软件在线修改工程数据点的信息，并实时保存更新后的数据到本地计算机上；
步骤2、采用组播通信的方式，将更新后的工程数据在线发布到指定网段或IP的站点上，实现数据的实时在线同步；
步骤3、提供快速同步和完整同步的功能，所述快速同步只针对修改部分的数据进行同步更新，所述完整同步针对修改全部的数据进行同步更新。
进一步的，所述步骤1具体为：通过数据库组态软件在网络节点中任一站点上修改工程数据点的信息，且支持在软件运行的状态下在线修改，无需切换到数据库组态的状态下进行；
所述在线修改是在数据库组态软件运行过程中，对IO点数量、类型或属性信息进行修改和保存，而无需将运行中的软件强行停止，这种工作方式对软件的正常运行不造成影响；
所述工程数据点信息的修改内容包括：增/删IO点、增/删历史报警点、修改IO名称与类型、量程转换、历史精度、死区、报警限值、百分值、延迟值、或报警属性。
进一步的，所述方法进一步包括：将工程设备预先按照不同的工艺设备、控制站类型进行分级分类管理，每个工程设备的集合均包含下级IO点和索引信息；同时，将数据库分解为4个相互关联的子数据表进行存储管理，子数据表分别是主设备数据表、工程IO数据表、工程索引表、工程字典库；当用户修改工程数据点信息时，对应的子数据表的相关内容将被自动更新和标记，以便与其他站点之间进行相应的数据同步；
进一步的，所述主设备数据表用于管理各类设备的基本信息、通信关联信息和参数；所述工程IO数据表用于管理各类设备的下级IO点的基本属性、关联通道、报警参数、以及索引信息；所述工程索引表用于管理各类设备的编码信息，及其与人机界面、逻辑组态工程之间的索引信息；所述工程字典表的功能是将各类设备的相关特征字段以整形数据的形式进行存储关联，以提高工程数据信息查询、更新和同步的执行效率。
进一步的，所述在线发布的原理是通过分布式通信系统的网络架构，在网络中某一站点N上，将更新后的工程数据同时在线发布至其他多个运行中的工作站上；这些工作站构成了同一组站点，加入同一组的站点通过接收站点N更新后的数据包，来保证彼此数据的一致性。
进一步的，所述在线发布的功能具体为：
A、同一组的站点可由用户指定，只有加入组的站点才能接受到相应的数据包；
B、所述组别的设定方式有两种：
(1)设置工程数据发布的网关：可通过同一网段的任一通信链路传送修改后的数据包至相应的站点上；组播IP地址的设置格式为：XXX.XXX.XXX.255；
(2)指定某些IP地址的站点加入组，仅对加入组的主机发布数据包；
C、在线发布时，用户通过数据库组态软件监测数据同步的状态信息；所述状态信息包括：目标工作站的IP地址、工程设备名称、发布进度、发布结果、记入目录、耗时记录、以及发布时间；
D、在线发布成功后，修改后的工程数据内容可在目标站点中立即生效。
进一步的，所述快速同步的功能采用基于共享内存的数据更新方法来实现，具体原理步骤如下：
步骤31、当用户在某个站点上修改工程数据点信息时，数据库组态软件将从本地工程数据表中提取发生变化部分的工程数据，按照一定的数据结构写入共享内存区；
步骤32、用户通过数据库组态软件选定待同步的目标站点，并向其发送组播信息；所述目标站点既是与源工作站处于同一网段的所有工作站，也能通过用户指定IP地址来确定；所述目标站点包括工程师站、操作员站、以及数据中心站；
步骤33、目标站点从共享内存中读取相应的数据内容，并对本地内存和工程数据文件的内容进行更新。
进一步的，对于目标站点上不同工作对象的更新需要，其相应的数据同步的方式也不同；具体如下：(1)对于目标站点中工程数据库的更新，应先判断是否有索引数据需要更新；是，则需要将新的索引数据更新到对应的工程IO表和工程索引表中；否，则可直接从共享内存中读取需要更新的工程数据同步到对应的工程数据表中；(2)对于目标站点中人机界面软件、控制策略软件、数据中心软件的数据更新，通过读取共享内存相应的数据，将其更新到本地的内存和工程数据文件中，然后由各个软件读取对应的工程数据信息，反馈至用户界面中。
进一步的，所述完整同步是利用一组UDP通讯组件，通过源工作站提出在线发布的更新请求、目标工作站接收更新后的工程数据，来完成工程数据点信息的在线同步；所述源工作站和目标工作站的具体原理方法如下：
A、源工作站：
步骤41、源工作站获取工业控制系统中所有工作站的工程数据点信息，包括设备名称、注释、IP地址；
步骤42、通过数据库组态软件选择待在线发布的目标工作站，可通过指定网段和指定IP站点两种方式来确定；
步骤43、读取目标工作站的端口号，发布超时时间限制，并启动UDP服务器端通信组件，用以接收在线发布结果的消息；
步骤44、启动UDP客户端通讯组件，向对应的设备发送数据更新消息，并判断在线发布是否超时；是，则停止UDP服务器端的通讯服务，确定发送失败，并将发布过程和结果记录到日志文件中；否，则在接收完所有目标工作站的在线发布结果后，停止UDP服务器端的通讯服务，确定发送成功，并将发布过程和结果记录到日志文件中；
B、目标工作站：
步骤51、目标工作站接收来自源工作站的数据更新消息；
步骤52、删除本地已有的工程数据信息，包括各个工程数据表和数据结构；
步骤53、从源工作站处重新同步修改后的完整的工程数据；
步骤54、同步完成后，通过UDP客户端通讯组件向源工作站发送数据更新成功的消息。
本发明具有如下优点：1、本发明可以在数据库组态软件运行的状态下在线修改工程数据信息，无需切换到数据库组态模式下进行，可以有效地解决现有技术中工程数据修改过程繁琐、出错率高的缺陷，提高了用户体验效果。
2、本发明采用组播通信的方式，可以对同一网段的或指定IP地址的所有工作站进行一次性在线发布更新，且无需借助服务器或控制站中转，可以有效地减少网络通信负载，提高工程数据在线更新的效率和实时性。
3、本发明不仅支持工程数据库的全局更新，还可针对修改的工程数据部分进行局部更新，这种方式有效地提高数据库更新和维护的工作的准确性和效率。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明中在线更新工程数据点信息的原理示意图。
图2为本发明中工程数据点信息快速同步方法的实现原理图。
图3为本发明中工程数据点信息完整同步中源工作站的实现步骤流程示意图。
图4为本发明中工程数据点信息完整同步中目标工作站的实现步骤流程示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图4所示，一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法，
步骤1、在工业控制系统的任一网络节点上，通过运行的数据库组态软件在线修改工程数据点的信息，并实时保存更新后的数据到本地计算机上；
步骤2、采用组播通信的方式，将更新后的工程数据在线发布到指定网段或IP的站点上，实现数据的实时在线同步；
步骤3、提供快速同步和完整同步的功能，所述快速同步只针对修改部分的数据进行同步更新，所述完整同步针对修改全部的数据进行同步更新；可以有效地提高数据的更新效率。
为实现上述功能，本发明是通过以下技术手段和措施来实现的：
本发明可以通过数据库组态软件在网络中任一站点上修改工程数据点信息，且支持在软件运行的状态下在线修改，无需切换到数据库组态的状态下进行。
A、在线修改的功能特征
所述在线修改指的是在数据库组态软件运行过程中，对IO点数量、类型或属性信息进行修改和保存，而无需将运行中的软件强行停止，这种工作方式对软件的正常运行不造成影响，能够给用户带来极大便利。
所述工程数据点信息的修改内容包括：增/删IO点、增/删历史报警点、修改IO名称与类型、量程转换、历史精度、死区、报警限值、百分值、延迟值、报警属性等。
B、工程数据的存储管理
为了方便工程数据点信息的管理和同步，本发明将工业控制系统中工程设备预先按照不同的工艺设备、控制站类型进行分级分类管理，每个设备的集合均包含下级IO点和索引信息，可用于提高数据库的可读性和可维护性。同时，本发明还将工程数据库分解为4个相互关联的子数据表进行存储管理，分别是主设备数据表、工程IO数据表、工程索引表、工程字典库。当用户修改工程数据点信息时，对应的子数据表的相关内容将被自动更新和标记，以便与其他站点之间进行相应的数据同步。
所述主设备数据表主要用于管理各类设备的基本信息、通信关联信息和参数等；所述工程IO数据表主要用于管理各类设备的下级IO点的基本属性、关联通道、报警参数、索引等信息；所述工程索引表主要用于管理各类设备的编码信息，及其与人机界面、逻辑组态工程之间的索引信息等；所述工程字典表的主要功能是将各类设备的相关特征字段以整形数据的形式进行存储关联，以提高工程数据信息查询、更新和同步的执行效率。
实施采用组播通信的方式，具体为：通过数据库组态软件将更新后的工程数据在线发布到指定的工作站上，实现数据的实时在线更新，而无需借助服务器或控制站进行中转，可有效地减少其网络负载，提高通信实时性。所述组播通信的方法支持指定网段和指定IP站点两种方式。
所述在线发布的原理是通过分布式通信系统的网络架构，在网络中某一站点N上，将更新后的工程数据同时在线发布至其他多个运行中的工作站上。这些工作站构成了同一组站点，加入同一组的站点通过接收站点N更新后的数据包，来保证彼此数据的一致性。这样既能一次性将数据传输给多个有需要(加入组)的主机，又能保证不影响其他不需要(未加入组)的主机的通讯，从而提高通信传播效率，减少骨干网络出现拥塞的可能性。本发明中在线发布的功能特征在于：
A、同一组的站点可由用户指定，只有加入组的站点才能接受到相应的数据包。
B、所述组别的设定方式有两种：
(1)设置工程数据发布的网关：可通过同一网段的任一通信链路传送修改后的数据包至相应的站点上。组播IP地址的设置格式为：XXX.XXX.XXX.255。
(2)指定某些IP地址的站点加入组，仅对加入组的主机发布数据包。
C、在线发布时，用户可通过数据库组态软件监测数据同步的状态信息。所述状态信息包括：目标工作站的IP地址、工程设备名称、发布进度、发布结果、记入目录、耗时记录、发布时间等。
D、在线发布成功后，修改后的工程数据内容可在目标站点中立即生效。
本发明中涉及的工程数据在线发布的功能包括快速同步和完整同步两种方式。
本发明提供的快速同步是指仅针对发生变化(有修改)的工程数据内容进行在线传送，当大型控制系统工程数据进行局部修改时，可以有效地提高数据更新的效率，节省较多的时间。快速同步的功能采用基于共享内存的数据更新方法来实现，具体原理步骤如下：
步骤1、当用户在某个站点上(即源工作站)修改工程数据点信息时，数据库组态软件将从本地工程数据表中提取发生变化部分的工程数据，按照一定的数据结构写入共享内存区。
步骤2、用户可通过数据库组态软件选定待同步的目标站点，并向其发送组播信息。所述目标站点既可以是与源工作站处于同一网段的所有工作站，也可以通过用户指定IP地址来确定。所述目标站点主要包括工程师站、操作员站、数据中心站。
步骤3、目标站点从共享内存中读取相应的数据内容，并对本地内存和工程数据文件的内容进行更新。
特别地，对于目标站点上不同工作对象的更新需要，其相应的数据同步的方式也略有不同。具体如下：(1)对于目标站点中工程数据库的更新，应先判断是否有索引数据需要更新；是，则需要将新的索引数据更新到对应的工程IO表和工程索引表中；否，则可直接从共享内存中读取需要更新的工程数据同步到对应的工程数据表中。(2)对于目标站点中人机界面软件、控制策略软件、数据中心软件的数据更新，可以通过读取共享内存相应的数据，将其更新到本地的内存和工程数据文件中，然后由各个软件读取对应的工程数据信息，反馈至用户界面中。
本发明提供的完整同步是指将整个工程数据库所有的数据点信息进行同步，这种方式可以保证控制系统数据更新的完整性，较适用于规模不大的系统。所述完整同步是利用一组UDP通讯组件，通过源工作站提出在线发布的更新请求、目标工作站接收更新后的工程数据，来完成工程数据点信息的在线同步的。所述源工作站和目标工作站的具体原理方法如下：
A、源工作站：
步骤1、源工作站获取系统中所有工作站的工程数据点信息，包括设备名称、注释、IP地址等；
步骤2、通过数据库组态软件选择待在线发布的目标工作站，可通过指定网段和指定IP站点两种方式来确定。
步骤3、读取目标工作站的端口号，发布超时时间限制，并启动UDP服务器端通信组件，用以接收在线发布结果的消息。
步骤4、启动UDP客户端通讯组件，向对应的设备发送数据更新消息，并判断在线发布是否超时；是，则停止UDP服务器端的通讯服务，确定发送失败，并将发布过程和结果记录到日志文件中；否，则在接收完所有目标工作站的在线发布结果后，停止UDP服务器端的通讯服务，确定发送成功，并将发布过程和结果记录到日志文件中。
B、目标工作站：
步骤1、目标工作站接收来自源工作站的数据更新消息；
步骤2、删除本地已有的工程数据信息，包括各个工程数据表和数据结构；
步骤3、从源工作站处重新同步修改后的完整的工程数据；
步骤4、同步完成后，通过UDP客户端通讯组件向源工作站发送数据更新成功的消息。
总之，本发明不仅可以在软件运行(即非组态)的情况下修改工程数据点信息，提高工程数据修改的灵活性，而且无需借助服务器或控制站作为数据服务中心进行转发，可有效地减少服务器或控制站负载，且通信实时性高。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法，其特征在于：
步骤1、在工业控制系统的任一网络节点上，通过运行的数据库组态软件在线修改工程数据点的信息，并实时保存更新后的数据到本地计算机上；
步骤2、采用组播通信的方式，将更新后的工程数据在线发布到指定网段或IP的站点上，实现数据的实时在线同步；
步骤3、提供快速同步和完整同步的功能，所述快速同步只针对修改部分的数据进行同步更新，所述完整同步针对修改全部的数据进行同步更新；
所述快速同步的功能采用基于共享内存的数据更新方法来实现，具体原理步骤如下：
步骤31、当用户在某个站点上修改工程数据点信息时，数据库组态软件将从本地工程数据表中提取发生变化部分的工程数据，按照一定的数据结构写入共享内存区；
步骤32、用户通过数据库组态软件选定待同步的目标站点，并向其发送组播信息；所述目标站点既是与源工作站处于同一网段的所有工作站，也能通过用户指定IP地址来确定；所述目标站点包括工程师站、操作员站、以及数据中心站；
步骤33、目标站点从共享内存中读取相应的数据内容，并对本地内存和工程数据文件的内容进行更新；
所述完整同步是利用一组UDP通讯组件，通过源工作站提出在线发布的更新请求、目标工作站接收更新后的工程数据，来完成工程数据点信息的在线同步；所述源工作站和目标工作站的具体原理方法如下：
A、源工作站：
步骤41、源工作站获取工业控制系统中所有工作站的工程数据点信息，包括设备名称、注释、IP地址；
步骤42、通过数据库组态软件选择待在线发布的目标工作站，可通过指定网段和指定IP站点两种方式来确定；
步骤43、读取目标工作站的端口号，发布超时时间限制，并启动UDP服务器端通信组件，用以接收在线发布结果的消息；
步骤44、启动UDP客户端通讯组件，向对应的设备发送数据更新消息，并判断在线发布是否超时；是，则停止UDP服务器端的通讯服务，确定发送失败，并将发布过程和结果记录到日志文件中；否，则在接收完所有目标工作站的在线发布结果后，停止UDP服务器端的通讯服务，确定发送成功，并将发布过程和结果记录到日志文件中；
B、目标工作站：
步骤51、目标工作站接收来自源工作站的数据更新消息；
步骤52、删除本地已有的工程数据信息，包括各个工程数据表和数据结构；
步骤53、从源工作站处重新同步修改后的完整的工程数据；
步骤54、同步完成后，通过UDP客户端通讯组件向源工作站发送数据更新成功的消息。
2.根据权利要求1所述的一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法，其特征在于：所述步骤1具体为：通过数据库组态软件在网络节点中任一站点上修改工程数据点的信息，且支持在软件运行的状态下在线修改，无需切换到数据库组态的状态下进行；
所述在线修改是在数据库组态软件运行过程中，对IO点数量、类型或属性信息进行修改和保存，而无需将运行中的软件强行停止，这种工作方式对软件的正常运行不造成影响；
所述工程数据点信息的修改内容包括：增/删IO点、增/删历史报警点、修改IO名称与类型、量程转换、历史精度、死区、报警限值、百分值、延迟值、或报警属性。
3.根据权利要求1所述的一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法，其特征在于：所述方法进一步包括：将工程设备预先按照不同的工艺设备、控制站类型进行分级分类管理，每个工程设备的集合均包含下级IO点和索引信息；同时，将数据库分解为4个相互关联的子数据表进行存储管理，子数据表分别是主设备数据表、工程IO数据表、工程索引表、工程字典库；当用户修改工程数据点信息时，对应的子数据表的相关内容将被自动更新和标记，以便与其他站点之间进行相应的数据同步。
4.根据权利要求3所述的一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法，其特征在于：所述主设备数据表用于管理各类设备的基本信息、通信关联信息和参数；所述工程IO数据表用于管理各类设备的下级IO点的基本属性、关联通道、报警参数、以及索引信息；所述工程索引表用于管理各类设备的编码信息，及其与人机界面、逻辑组态工程之间的索引信息；所述工程字典表的功能是将各类设备的相关特征字段以整形数据的形式进行存储关联，以提高工程数据信息查询、更新和同步的执行效率。
5.根据权利要求1所述的一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法，其特征在于：所述在线发布的原理是通过分布式通信系统的网络架构，在网络中某一站点N上，将更新后的工程数据同时在线发布至其他多个运行中的工作站上；这些工作站构成了同一组站点，加入同一组的站点通过接收站点N更新后的数据包，来保证彼此数据的一致性。
6.根据权利要求5所述的一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法，其特征在于：所述在线发布的功能具体为：
A、同一组的站点由用户指定，只有加入组的站点才能接受到相应的数据包；
B、所述同一组站点的设定方式有两种：
(1)设置工程数据发布的网关：通过同一网段的任一通信链路传送修改后的数据包至相应的站点上；组播IP地址的设置格式为：XXX.XXX.XXX.255；
(2)指定某些IP地址的站点加入组，仅对加入组的主机发布数据包；
C、在线发布时，用户通过数据库组态软件监测数据同步的状态信息；所述状态信息包括：目标工作站的IP地址、工程设备名称、发布进度、发布结果、记入目录、耗时记录、以及发布时间；
D、在线发布成功后，修改后的工程数据内容在目标站点中立即生效。
7.根据权利要求1所述的一种在线更新工业控制系统工程数据点信息的方法，其特征在于：对于目标站点上不同工作对象的更新需要，其相应的数据同步的方式也不同；具体如下：(1)对于目标站点中工程数据库的更新，应先判断是否有索引数据需要更新；是，则需要将新的索引数据更新到对应的工程IO表和工程索引表中；否，则可直接从共享内存中读取需要更新的工程数据同步到对应的工程数据表中；(2)对于目标站点中人机界面软件、控制策略软件、数据中心软件的数据更新，通过读取共享内存相应的数据，将其更新到本地的内存和工程数据文件中，然后由各个软件读取对应的工程数据信息，反馈至用户界面中。
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