CN107357277A - 一种工业数据转发方法及其转发系统 - Google Patents

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Abstract

本发明之一的一种工业数据转发系统，应用于底层设备和上层应用设备之间工业数据的采集和转发，该工业数据转发系统设置在底层设备和上层应用设备之间，其通过通信介质实现底层设备和上层应用设备之间通信和数据传输，该工业数据转发系统为设置在底层设备和上层应用设备之间的唯一的核心采集装置，且该核心采集装置由一管理接口、一数据池、一镜像数据池、一触发器、两采集发送器及涵盖工业数据转发系统内的底层设备及上层应用设备所采用的所有通讯协议的工业通信协议集单元组成。

Description

一种工业数据转发方法及其转发系统
技术领域
本发明涉及工业数据处理技术领域，尤其涉及一种工业数据转发方法及其转发系统。
背景技术
随着社会信息化进程的加快，各行各业越来越重视数据及其产生的隐性价值，无论是用于历史统计，还是用于未来趋势预测，都离不开数据。
数据的获取，成为数据分析工作最基本也是最重要的工作。由于数据在时间上和在空间上都具有分散的特性，而数据采集要求实时、集中，然而在各个行业的实际情况是，生产场地内设备数量多，种类繁杂，这就存在一个问题，当用户需要了解各个设备的运行状况时，只有往返于每个设备来获知，这显然是不人性化的，与信息时代的基本概念相悖。
请参阅图1，对于上述问题目前通常的解决方式是为每一台设备增加一个专用的前置采集装置，再将前置采集装置的数据收集到一起，做进一步处理，但这种方案存在最大的问题是成本较高，每台设备的前置采集装置需要单独定制，上端的数据中心也需要定制，产品之间依赖性较强，后期升级维护成本更高。
发明内容
本发明的目的是针对上述背景技术存在的缺陷，提供一种工业数据转发方法及其转发系统。
为实现上述目的，本发明之一的一种工业数据转发方法，一种工业数据转发方法，应用于底层设备和上层应用设备之间工业数据的通信和和数据传输，其包括：
步骤S1：采用一核心采集装置，利用通信介质将核心采集装置连接到底层设备，识别底层设备所采用的通信协议并从工业通讯协议集单元中选取特定的通信协议以实现数据转发系统与底层设备的通信；
步骤S2：采集发送器按照设定的采集周期并以底层设备采用的通信协议创建连接通道以从底层设备获取实时底层设备的运行数据，运行数据获取后，采集发送器将运行数据解码为数据池统一的数据缓存格式后将数据发送给触发器；
步骤S3：利用触发器比较数据池与镜像数据池中的数据差异，如存在数据差异则将数据池中的差异数据映射到镜像数据池中，如不存在数据差异则不将数据池中的数据映射到镜像数据池中；
步骤S4：利用通信介质将核心采集装置连接到上层应用设备，在工业通讯协议集单元中选取与上层应用设备层相互匹配的通信协议，即为上层应用设备创建一条或多条连接通道；
步骤S5：采集发送器将缓存到数据池中存在的差异数据通过步骤4中建立的连接通道中转发到上层应用设备。
进一步地，步骤S1中，采集到的数据由采集发送器按照底层设备采用的通信协议进行解析，步骤S3中，需要发送的数据由采集发送器按照上层应用设备采用的通信协议进行封装。
进一步地，步骤S1中，核心采集装置为一台运行有数据转发系统的服务器、工作站或嵌入式设备。
进一步地，步骤S2中，数据池为核心采集装置运行的数据转发系统中一块内存空间。
进一步地，步骤S2中，数据缓存格式是以指通信协议名、通道名、变量名及变量值形式有序组成的，其中，通信协议名、通道名是用于识别数据来源的底层设备。
进一步地，步骤S2中，连接通道是由核心采集装置的采集发送器为每一底层设备和上层应用设备单独开放的数据处理服务。
进一步地，步骤S1和步骤4中的通信介质为双绞线、串口线、光纤、无线中的任意一种或两种以上组合构成。
本发明之二的一种工业数据转发系统，应用于底层设备和上层应用设备之间工业数据的采集和转发，该工业数据转发系统设置在底层设备和上层应用设备之间，其通过通信介质实现底层设备和上层应用设备之间通信和数据传输，其特征在于：该工业数据转发系统为设置在底层设备和上层应用设备之间的唯一的核心采集装置，且该核心采集装置由一管理接口、一数据池、一镜像数据池、一触发器、两采集发送器及涵盖工业数据转发系统内的底层设备及上层应用设备所采用的所有通讯协议的工业通信协议集单元组成；
数据池，用于缓存采集发送器当前采集周期内采集到的经过采集发送器解析后的数据；
镜像数据池，用于由触发器缓存上一个采集周期T数据池中的数据；
采集发送器，用于按照底层设备采用的通信协议创建连接通道并获取实时底层设备的运行数据，运行数据获取后，采集采集发送器将运行数据解码为数据池统一的数据缓存格式后将数据发送给触发器，采集发送器按照有数据需求的上层应用设备采用的通信协议创建连接通道并对变量列表进行封装，然后通过建立的连接通道发送给上层应用设备；
触发器，在收到数据后，更新到数据池，确保数据池的数据为最新，比较数据池和镜像数据池间的数据差异，根据数据差异情况判定是否触发采集发送器进行数据转发；如有数据差异，触发器将发生变化的变量列表发给采集发送器，获取已经发生变化的变量列表，然后将数据池所有完整数据全映射到镜像数据池，或者将变化的变量列表部分映射到镜像数据池；
工业通信协议集单元，至少集成有modbus、IEC61850、IEC60870、TwinCat ADS、OPC六种通信协议及对应的配置文件。
进一步地，采集发送器与底层设备或上层应用设备通信或数据传输所使用的具体通信协议是根据底层设备或上层应用设备类型和保存在工业数据转发系统中的配置文件而定。
进一步地，数据缓存格式是以指通信协议名、通道名、变量名及变量值形式有序组成的，其中，通信协议名、通道名是用于识别数据来源的底层设备。
进一步地，该工业数据转发系统进一步具有一管理接口，该管理接口用于提供给外部管理设备对数据池中的原始数据进行二次加工处理的接口，外部管理设备通过管理接口可直接对数据池中的数据进行操作，管理接口用于对数据转发系统进启停各个通道，获取、修改、增加数据池数据。
进一步地，底层设备至少为调度系统、SCADA系统、AGC系统、AVC系统、集中控制系统中的一种。
进一步地，上层应用设备至少为测风塔、风力发电机组、SVG、变压器中的一种。
综上所述，一种工业数据转发方法及其转发系统，达到了数据转发快速的目的，使工业数据集中采集变得更容易，通信协议转换更灵活，数据应用更具多样性。
附图说明
图1为传统工业数据转发采集方案示意图。
图2为本发明一种工业数据转发系统应用结构的示意图。
图3为本发明一种工业数据转发系统的内部构造示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及效果，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。
本发明之一的一种工业数据转发方法，应用于底层设备和上层应用设备之间工业数据的通信和和数据传输，该转发方法具体包括：
步骤S1：采用一核心采集装置，利用通信介质将核心采集装置连接到底层设备，识别底层设备所采用的通信协议并从工业通讯协议集单元中选取特定的通信协议以实现数据转发系统与底层设备的通信；
步骤S2：采集发送器按照设定的采集周期并以底层设备采用的通信协议创建连接通道以从底层设备获取实时底层设备的运行数据，运行数据获取后，采集发送器将运行数据解码为数据池统一的数据缓存格式后将数据发送给触发器；
步骤S3：利用触发器比较数据池与镜像数据池中的数据差异，如存在数据差异则将数据池中的全部数据映射到镜像数据池中，或者将变化的变量列表部分映射到镜像数据池，以保证数据池与镜像数据池中的数据一致性，如不存在数据差异则不将数据池中的数据映射到镜像数据池中；
步骤S4：利用通信介质将核心采集装置连接到上层应用设备，在工业通讯协议集单元中选取与上层应用设备层相互匹配的通信协议，即为上层应用设备创建一条或多条连接通道，
步骤S5：采集发送器将缓存到数据池中存在的差异数据通过步骤4中建立的连接通道中转发到上层应用设备。
步骤S1中，采集到的数据由采集发送器按照底层设备采用的通信协议进行解析，步骤S3中，需要发送的数据由采集发送器按照上层应用设备采用的通信协议进行封装。
步骤S1中，核心采集装置为一台运行有数据转发系统的服务器、工作站或嵌入式设备。
步骤S2中，数据池为核心采集装置运行的数据转发系统中一块内存空间。
步骤S2中，数据缓存格式是以指通信协议名、通道名、变量名及变量值形式有序组成的，其中，通信协议名、通道名是用于识别数据来源的底层设备，例如modbus.channel1.activepower＝430。
步骤S1和步骤4中的通信介质为双绞线、串口线、光纤、无线中的任意一种或两种以上组合构成。
步骤S2中，连接通道是由核心采集装置的采集发送器为每一底层设备和上层应用设备单独开放的数据处理服务。
系统各相互通信的模块之间的数据通信都是双向的。
在其中一较佳实施例中，数据转发系统的两采集发送器，其中一采集发送器仅具有数据采集功能，另一采集发送器仅具有数据采集功能，支持多采单转、单采多转、多采多转三种数据转发模式；在另一较佳实施例中，数据转发系统的两采集发送器均同时具有数据采集和数据发送功能，同样支持多采单转、单采多转、多采多转三种数据转发模式。
本发明之二的一种工业数据转发系统，应用于底层设备和上层应用设备之间工业数据的采集和转发，该工业数据转发系统设置在底层设备和上层应用设备之间，其通过通信介质实现底层设备和上层应用设备之间通信和数据传输，该工业数据转发系统为设置在底层设备和上层应用设备之间的唯一的核心采集装置，且该核心采集装置由一管理接口、一数据池、一镜像数据池、一触发器、两采集发送器及涵盖工业数据转发系统内的底层设备及上层应用设备所采用的所有通讯协议的工业通信协议集单元组成。
管理接口，用于提供给外部管理设备对数据池中的原始数据进行二次加工处理的接口，外部管理设备通过管理接口可直接对数据池中的数据进行操作，较佳实施例中，管理接口主要用于对数据转发系统进行如下操作：启停各个通道，获取、修改、增加数据池数据。
数据池，用于缓存采集发送器当前采集周期内采集到的经过采集发送器解析后的数据。
镜像数据池，用于由触发器缓存上一个采集周期T数据池中的数据。
采集发送器，用于按照底层设备采用的通信协议创建连接通道并获取实时底层设备的运行数据，运行数据获取后，采集发送器将运行数据解码为数据池统一的数据缓存格式后将数据发送给触发器，采集发送器按照有数据需求的上层应用设备采用的通信协议创建连接通道并对变量列表进行封装，然后通过建立的连接通道发送给上层应用设备。在较佳实施例中，采集发送器对数据的采集与发送设定设定采样周期T，且该采集周期T可根据实际需求灵活配置，例如，采集周期设定为1000ms。
采集发送器与底层设备或上层应用设备通信或数据传输所使用的具体通信协议是根据底层设备或上层应用设备类型和保存在工业数据转发系统中的配置文件而定。
本发明一种工业数据转发系统中的数据缓存格式是以指通信协议名、通道名、变量名及变量值形式有序组成的，其中，通信协议名、通道名是用于识别数据来源的底层设备，例如modbus.channel1.activepower＝430。
触发器，在收到数据后，更新到数据池，确保数据池的数据为最新，比较数据池和镜像数据池间的数据差异，根据数据差异情况判定是否触发采集发送器进行数据转发；如有数据差异，触发器将发生变化的变量列表发给采集发送器，获取已经发生变化的变量列表，然后将数据池所有数据完整全映射到镜像数据池或者将变化的变量列表部分映射到镜像数据池，以保证数据池与镜像数据池中的数据一致性。
工业通信协议集单元，至少集成有modbus、IEC61850、IEC60870、TwinCat ADS、OPC六种通信协议及对应的配置文件。
在其中一较佳实施例中，数据转发系统的两采集发送器，其中一采集发送器仅具有数据采集功能，另一采集发送器仅具有数据发送器功能，支持多采单转、单采多转、多采多转三种数据转发模式；在另一较佳实施例中，数据转发系统的两采集发送器均同时具有数据采集和数据发送功能，同样支持多采单转、单采多转、多采多转三种数据转发模式。
工业数据转发系统应用的底层设备为至少为调度系统、SCADA系统、AGC系统、AVC系统、集中控制系统中的一种。
上层应用设备至少为测风塔、风力发电机组、SVG、变压器中的一种。
本发明一种工业数据转发方法及其转发系统，达到了数据转发快速的目的，使工业数据集中采集变得更容易，通信协议转换更灵活，数据应用更具多样性。
以上所述的技术方案仅为本发明的较佳实施例，任何在本发明基础上所作的等效变换或替换都包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种工业数据转发方法，应用于底层设备和上层应用设备之间工业数据的通信和和数据传输，其包括：
步骤S1：采用一核心采集装置，利用通信介质将核心采集装置连接到底层设备，识别底层设备所采用的通信协议并从工业通讯协议集单元中选取特定的通信协议以实现数据转发系统与底层设备的通信；
步骤S2：采集发送器按照设定的采集周期并以底层设备采用的通信协议创建连接通道以从底层设备获取实时底层设备的运行数据，运行数据获取后，采集发送器将运行数据解码为数据池统一的数据缓存格式后将数据发送给触发器；
步骤S3：利用触发器比较数据池与镜像数据池中的数据差异，如存在数据差异则将数据池中的差异数据映射到镜像数据池中，如不存在数据差异则不将数据池中的数据映射到镜像数据池中；
步骤S4：利用通信介质将核心采集装置连接到上层应用设备，在工业通讯协议集单元中选取与上层应用设备层相互匹配的通信协议，即为上层应用设备创建一条或多条连接通道；
步骤S5：采集发送器将缓存到数据池中存在的差异数据通过步骤4中建立的连接通道中转发到上层应用设备。
2.如权利要求1所述的一种工业数据转发方法，其特征在于：步骤S 1中，采集到的数据由采集发送器按照底层设备采用的通信协议进行解析，步骤S3中，需要发送的数据由采集发送器按照上层应用设备采用的通信协议进行封装。
3.如权利要求1所述的一种工业数据转发方法，其特征在于：步骤S 1中，核心采集装置为一台运行有数据转发系统的服务器、工作站或嵌入式设备。
4.如权利要求3所述的一种工业数据转发方法，其特征在于：步骤S2中，数据池为核心采集装置运行的数据转发系统中一块内存空间。
5.如权利要求1至4任意一项所述的一种工业数据转发方法，其特征在于：步骤S2中，数据缓存格式是以指通信协议名、通道名、变量名及变量值形式有序组成的，其中，通信协议名、通道名是用于识别数据来源的底层设备。
6.如权利要求1至4任意一项所述的一种工业数据转发方法，其特征在于：步骤S2中，连接通道是由核心采集装置的采集发送器为每一底层设备和上层应用设备单独开放的数据处理服务。
7.如权利要求6所述的一种工业数据转发方法，其特征在于：步骤S 1和步骤4中的通信介质为双绞线、串口线、光纤、无线中的任意一种或两种以上组合构成。
8.一种工业数据转发系统，应用于底层设备和上层应用设备之间工业数据的采集和转发，该工业数据转发系统设置在底层设备和上层应用设备之间，其通过通信介质实现底层设备和上层应用设备之间通信和数据传输，其特征在于：该工业数据转发系统为设置在底层设备和上层应用设备之间的唯一的核心采集装置，且该核心采集装置由一管理接口、一数据池、一镜像数据池、一触发器、两采集发送器及涵盖工业数据转发系统内的底层设备及上层应用设备所采用的所有通讯协议的工业通信协议集单元组成；
数据池，用于缓存采集发送器当前采集周期内采集到的经过采集发送器解析后的数据；
镜像数据池，用于由触发器缓存上一个采集周期T数据池中的数据；
采集发送器，用于按照底层设备采用的通信协议创建连接通道并获取实时底层设备的运行数据，运行数据获取后，采集发送器将运行数据解码为数据池统一的数据缓存格式后将数据发送给触发器，采集发送器按照有数据需求的上层应用设备采用的通信协议创建连接通道并对变量列表进行封装，然后通过建立的连接通道发送给上层应用设备；
触发器，在收到数据后，更新到数据池，确保数据池的数据为最新，比较数据池和镜像数据池间的数据差异，根据数据差异情况判定是否触发采集发送器进行数据转发；如有数据差异，触发器将发生变化的变量列表发给采集发送器，获取已经发生变化的变量列表，然后将数据池所有完整数据全映射到镜像数据池，或者将变化的变量列表部分映射到镜像数据池；
工业通信协议集单元，至少集成有modbus、IEC61850、IEC60870、TwinCat ADS、OPC六种通信协议及对应的配置文件。
9.如权利要求8所述的一种工业数据转发系统，其特征在于：采集发送器与底层设备或上层应用设备通信或数据传输所使用的具体通信协议是根据底层设备或上层应用设备类型和保存在工业数据转发系统中的配置文件而定。
10.如权利要求8所述的一种工业数据转发系统，其特征在于：数据缓存格式是以指通信协议名、通道名、变量名及变量值形式有序组成的，其中，通信协议名、通道名是用于识别数据来源的底层设备。
11.如权利要求9所述的一种工业数据转发系统，其特征在于：数据缓存格式是以指通信协议名、通道名、变量名及变量值形式有序组成的，其中，通信协议名、通道名是用于识别数据来源的底层设备。
12.如权利要求8至11任意一项所述的一种工业数据转发系统，其特征在于：该工业数据转发系统进一步具有一管理接口，该管理接口用于提供给外部管理设备对数据池中的原始数据进行二次加工处理的接口，外部管理设备通过管理接口可直接对数据池中的数据进行操作，管理接口用于对数据转发系统进启停各个通道，获取、修改、增加数据池数据。
13.如权利要求8至11任意一项所述的一种工业数据转发系统，其特征在于：底层设备至少为调度系统、SCADA系统、AGC系统、AVC系统、集中控制系统中的一种。
14.如权利要求8至11任意一项所述的一种工业数据转发系统，其特征在于：上层应用设备至少为测风塔、风力发电机组、SVG、变压器中的一种。
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