CN108390925A - 一种数据采集系统以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种数据采集系统以及方法，所述数据采集系统包括采集终端、配置终端以及展示终端；其中，所述配置终端用于生成配置文件，并将所述配置文件下载至所述采集终端；所述采集终端根据所述配置文件的信息，通过内嵌的通信协议栈进行所需场景的工业网络中的数据信息的采集，并将所述采集信息发送到所述展示终端；所述展示终端用于展示所述数据信息。本发明实施例通过配置终端生成配置文件来对采集终端进行配置，采集终端通过内嵌的通信协议栈直接对工业网络进行采集，规避了直接对接采集时可能带来的多样性问题，避免了不同设备之间的不兼容，使得数据采集过程更加灵活、稳定。

Description

一种数据采集系统以及方法
技术领域
本发明涉及工业领域，尤其涉及一种数据采集系统以及方法。
背景技术
随着科技的进步，工业制造过程中的生产数据愈加重要，工业局域网环境下，通常需要对工业网络中的各种数据信息进行采集。
当前技术中，通常采用直接采集模拟量数据或者是通过智能模块提供接口的形式进行采集。由于当前工业体系的复杂性和多样性，导致数据采集的对象比较复杂，直接采集模拟量数据的形式往往无法及时覆盖采集需求，而通过智能模块提供接口的形式又会面临协议不兼容、接口不公开的问题。因此，如何快捷有效的进行工业数据采集，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种数据采集系统以及方法，能够便捷的进行数据采集，避免了多样化带来的匹配问题。
本发明实施例第一方面提供了一种数据采集系统，包括：采集终端、配置终端以及展示终端；其中，
所述配置终端用于生成配置文件，并将所述配置文件下载至所述采集终端；
所述采集终端根据所述配置文件的信息，通过内嵌的通信协议栈进行所需场景的工业网络中的数据信息的采集，并将所述采集信息发送到所述展示终端；
所述展示终端用于展示所述数据信息。
可选的，所述采集终端采用嵌入式平台方式实现。
可选的，所述采集终端通过内嵌的通信协议栈进行所需场景的工业网络中的数据信息的采集，包括：
所述采集终端通过符合ProfiBus-DP的数据接口与所述工业网络的工业总线连接；
所述采集终端对所述工业总线上的节点间的交互信息进行读取和解析，实现数据信息的采集；
所述采集终端还用于对所述工业总线上的设备进行数据写入，实现数据信息的双向交互。
可选的，所述采集终端通过内嵌的通信协议栈进行所需场景的工业网络中的数据信息的采集，包括：
所述采集终端通过符合EtherNet/IP的数据接口与所述工业网络进行连接；
所述采集终端通过显式报文方式对所述工业网络内的数据信息进行采集；
所述采集终端还用于通过显式报文方式对所述工业网络内的数据信息进行数据写入，实现数据信息的双向交互；
所述采集终端还用于通过组播方式，对所述工业网络内的数据信息进行采集。
可选的，所述配置文件为XML文件，所述配置文件基于所要采集的工业网络的环境，拓扑结构，以及所需采集的节点以及相关属性进行配置。
可选的，所述展示终端还用于根据应用需求分析所述数据信息。
可选的，所述数据采集系统还包括：上位终端；
所述采集终端还包括外部数据接口，所述采集终端还用于通过所述外部数据接口将所述数据信息上传给所述上位终端；
所述上位终端用于通过所述外部数据接口下发目标指令给所述采集终端，其中，所述目标指令包括：网络环境参数设置、网络节点拓扑调整、数据采集控制以及数据上传控制。
可选的，所述采集终端与所述展示终端、上位终端之间采用有线或者无线连接，并采用TCP/IP协议通信。
可选的，所述采集终端还包括OPC-UA接口，所述采集终端还用于通过所述OPC-UA接口与具备OPC接口客户端的第三方软件或平台进行对接。
本发明实施例第二方面提供了一种数据采集方法，所述方法应用于上述所述的数据采集系统中，包括：
配置终端生成配置文件，并将所述配置文件下载至采集终端；
所述采集终端根据所述配置文件，通过内嵌的通信协议栈进行所需场景的工业网络中的数据信息的采集，并将所述采集信息发送到所述展示终端；
所述展示终端用于展示所述数据信息。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例中的数据采集系统以及方法，通过配置终端生成配置文件来对采集终端进行配置，采集终端通过内嵌的通信协议栈直接对工业网络进行采集，规避了直接对接采集时可能带来的多样性问题，避免了不同设备之间的不兼容，使得数据采集过程更加灵活、稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种数据采集系统一种实施例下的实施环境示意图。
图2为本发明实施例提供的一种数据采集系统第一实施例的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的一种数据采集系统第二实施例的结构示意图。
图4为本发明实施例提供的一种数据采集方法第一实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1为本发明实施例提供的一种数据采集系统一种实施例下的实施环境示意图。如图所示，数据采集系统100用于采集工业网络200的数据信息，所述工业网络200中包括有多个设备，所述设备包括主设备以及从设备，所述数据采集系统100通过与工业网络200建立连接，通过内嵌的通信协议栈采集网络，以及各个设备的数据信息，从而实现工业数据的采集，便于后续的展示和数据分析。
图2为本发明实施例提供的一种数据采集系统第一实施例的结构示意图。如图2所示，所述数据采集系统包括采集终端10、配置终端20以及展示终端30，下面进行详细说明。
所述配置终端20用于实施配置并生成配置文件，并将所述配置文件下载至所述采集终端10。
所述配置终端20可以是多种形式，比如可以是上位机的配置工具，也可以是安装特定应用程序的智能手机等，本实施例并不以此为限。由于系统环境和应用系统的需求的多变性，通过配置终端20来实现对采集终端10的配置，能够更加灵活、便捷。当系统环境或者网络或者采集节点，对象以及属性出现变化时，只需要在配置终端20上相应的进行配置的更改即可。
在本实施例中，所述配置终端20在完成了数据配置之后，生成相应的配置文件，所述配置文件可以为XML(Extensible Markup Language，可扩展标记语言)文件。所述配置文件基于所要采集的工业网络的环境，拓扑结构，以及所需采集的节点以及相关属性进行配置。在生成所述配置文件之后，将所述配置文件下载给采集终端10。在其他实施方式中，采集终端10可以采用下载的形式获取所述配置文件，本发明实施例并不以此为限。
所述采集终端10根据所述配置文件，通过内嵌的通信协议栈进行所需场景的工业网络中的数据信息的采集，并将所述数据信息发送到所述展示终端30。
在本实施例中，所述采集终端10采用嵌入式方式实现，比如，可以采用内嵌ARM内核的片上系统，采用嵌入式平台具有制造成本低、设备可靠性高以及使用便利性等方面的优势。
由于工业网络中采用的通信协议栈有多种，采集终端10也可以分别采取与所连接的工业网络相对应的协议进行数据采集。
在一种实施方式中，所述采集终端10通过符合ProfiBus-DP的数据接口与所述工业网络的工业总线连接。所述采集终端10对所述工业总线上的节点间交互数据进行读取和解析，实现数据信息的采集；所述采集终端10还用于对所述工业总线上的设备进行数据写入，实现数据信息的双向交互。
此时，采集终端10与ProfiBus-DP工业总线进行直接对接。在本实施方式中，采集终端10通过扮演不同的角色，不仅可以采集所述工业网络中的数据，还可以进行数据的写入，与工业网络中的设备实现数据交互。
采集终端10通过扮演ProfiBus-DP工业总线上的主站1的角色，可以对连接于总线上的节点数据进行直接的读取和解析，来实现总线内所连接设备的数据采集。
采集终端10还可以用于通过扮演ProfiBus-DP工业总线上的主站2的角色，直接对总线上的数据进行读取和解析，与主站1进行交互，获取相关的数据信息。
在另一种实施方式中，所述采集终端10通过符合EtherNet/IP的数据接口与所述工业网络进行连接；所述采集终端10可通过显式报文或者隐式报文方式对所述工业网络内的数据信息进行采集。
此时，采集终端10与EtherNet/IP工业网络进行直接对接。在本实施方式中，采集终端10通过显式报文连接方式实现工业网络内所连接设备的数据采集和操作，采集终端10还用于通过隐式报文连接方式实现工业网络内所连接设备的数据采集。
在其他实施方式中，当工业网络采用其他协议，比如Modbus TCP/IP时，所述采集终端10也可以同样的配置手段为采用相应的通信协议栈的网络进行数据采集，从而实现针对不同工业网络的匹配，提高了数据采集系统的应用范围，提升了数据采集的灵活性和采集效率。
所述展示终端30用于展示所述数据信息。
本实施例中，所述展示终端30也可以为多种形式，比如可以为上位机，通过显示屏等输出设备查看数据信息，也可以为智能手机等设备。根据采集的数据信息的不同，所述展示终端可以对所述数据信息进行多样化的展示。
在其他实施方式中，所述展示终端30还可以进一步的对采集到的数据信息进行分类和挖掘，以满足用户在客户端层面的数据分析需求。
在本实施例中，采集终端10与工业网络对接，所述采集终端10采集工业网络中设备之间的交互信息，解析并提取上层应用系统所需要的相关内容。这些信息可以是主设备的指令信息，也可以是从设备的数据信息，状态信息以及故障信息等。同时，采集终端10还可以用于采集网络中各个模块、设备所关联的制造商信息，以及网络的环境信息等。它既不会干扰网络中信息的交互，也不会干扰系统的正常运行，它仅是一个数据的收集者和监听者，不参与系统的控制。
本发明实施例中的数据采集系统，通过配置终端生成配置文件来对采集终端进行配置，采集终端通过内嵌的通信协议栈直接对工业网络进行采集，规避了直接对接采集时可能带来的多样性问题，避免了不同设备之间的不兼容，使得数据采集过程更加灵活、稳定。
图3为本发明实施例提供的一种数据采集系统第二实施例的结构示意图。对比图2所述的第一实施例，在本实施例中，所述数据采集系统进一步包括上位终端40，所述采集终端10进一步包括相应的外部软件接口，下面进行详细说明。
采集终端10通过所述外部数据接口将数据信息上传给上位终端40；所述上位终端40用于通过所述外部数据接口下发目标指令给所述采集终端10，其中，所述目标指令包括：网络环境参数设置、网络节点拓扑调整、数据采集控制以及数据上传控制。
本实施例中，采集终端10进一步包括外部软件接口，所述外部软件接口可以为多种形式，以便于与不同的上位终端40进行连接，所述采集终端10可以通过所述外部软件接口将采集到的数据信息发送给上位终端40。所述采集终端10的采集状态也可以由所述上位终端40通过所述外部软件接口进行控制。
所述上位终端40可以为多种形式，比如可以是电脑、工作站，也可以是智能手机，所述上位终端40可以向所述采集终端下发相应的指令，所述指令包括：采集终端10的系统设置，网络环境参数的设置，网络节点的拓扑结构调整，数据采集的开始和停止，数据上传的开始和停止，上传数据的周期和上传数据的对象的动态变更。在其他实施方式中，所述指令还可以进一步包括：网络的状态，采集终端10的状态和相关的诊断信息。
可选的，所述采集终端10与所述展示终端30、上位终端40之间可以采用无线wifi方式连接，也可以采用有线方式连接。
可选的，所述采集终端10与所述展示终端30、上位终端40之间可以采用TCP/IP协议通信。
在其他实施方式中，所述采集终端10还可以包括OPC-UA接口，所述采集终端还用于通过所述OPC-UA接口与具备OPC接口客户端的第三方软件或平台进行对接。所述OPC-UA接口也可以用于与上位终端40连接，当所述上位终端40为OPC标准客户端时，此时采集终端10可作为OPC的服务端，所述上位终端40可以通过OPC-UA接口与采集终端10进行信息交互，以获取采集的数据信息，获取总线或者工业网络中设备的相关数据信息。
本发明实施例中的数据采集系统，通过配置终端生成配置文件来对采集终端进行配置，采集终端通过内嵌的通信协议栈直接对工业网络进行采集，规避了直接对接采集时可能带来的多样性问题，避免了不同设备之间的不兼容，使得数据采集过程更加灵活、稳定。
本发明实施例中的数据采集系统，通过将数据采集终端与ProfiBus-DP工业总线，或EtherNet/IP工业网络的直接对接，规避了数据采集与对象模块，设备或者系统的直接对接时所可能带来的多样性问题。基于网络的开放性，协议的标准性特点，解决了不同厂商的设备间的个性化差异所带来的多样性问题。
通过将数据采集终端与工业网络的直接对接，规避了设备厂商的系统开放性问题，规避了因竞争性因素，保密性因素，以及基于接口收费的成本性因素，降低了数据采集的门槛和难度。
通过将数据采集终端与工业网络的直接对接，节约了系统构建的硬件成本。即在容量许可的范围之内，一台数据采集设备，可应对采集网络内所有设备的数据信息。与此同时，在系统的集成上，也更加简单便利，降低了集成的人力成本。
通过将数据采集终端与工业网络的直接对接，在提高采集数据的实时性的同时，增强了数据获取的广度和深度。理论上来讲，可获取在网络上传输的所有信息。
嵌入式方式所实现的数据采集终端，具有比PC平台更低的成本，灵活性更好，部署更便利。与此同时，嵌入式平台在应对工业环境方面的能力也更强。因此可使应用范围更广。
无线通信方式的实现，在降低布线成本和节约布线工事的基础之外，也增加了终端的安装与部署的便利性。
以配置的方式，可方便系统的集成部署。即在不需要修改代码的前提下，可应对不同的网络环境与采集需求。从而使数据采集更加具有弹性。静态配置即解决了系统的可变性与灵活性，又可保障系统的稳点性，从而可满足工控系统相关的安全性要求。
通过外部接口，将使得本系统成为一个开放性的系统，便于集成不同的上位应用系统与第三方软件系统。只要具有TCP/IP通信功能的软件系统，原则上只要通过简单的解析，即可获取终端所采集上传的网络内的设备数据信息。
OPC-UA接口是一个在工业领域被广泛接收的通信接口标准，本终端通过提供OPC-UA标准接口，即意味着凡具有OPC客户端的上位系统，可方便地与本终端进行对接，实现数据采集的功能。
结合上述所述的数据采集系统，本发明实施例还提供了一种数据采集方法。
图4为本发明实施例提供的一种数据采集方法第一实施例的方法流程图。该数据采集方法可以应用于图2或图3所示的数据采集系统中。该方法包括以下步骤S401-S403。可以理解的是，图2或图3所示的相关执行动作，也可以应用于本数据采集方法中，在此不赘述。
在步骤S401中，配置终端生成配置文件，并将所述配置文件下载至采集终端。
在步骤S402中，所述采集终端根据所述配置文件，通过内嵌的通信协议栈进行所需场景的工业网络中的数据信息的采集，并将所述采集信息发送到所述展示终端。
在步骤S403中，所述展示终端展示所述数据信息。
本发明实施例中的数据采集方法，通过配置终端生成配置文件来对采集终端进行配置，采集终端通过内嵌的通信协议栈直接对工业网络进行采集，规避了直接对接采集时可能带来的多样性问题，避免了不同设备之间的不兼容，使得数据采集过程更加灵活、稳定。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本发明实施例装置中的模块、单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例以及不同实施例的特征进行结合或组合。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以用硬件实现，或固件实现，或它们的组合方式来实现。当使用软件实现时，可以将上述功能存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。以此为例但不限于：计算机可读介质可以包括随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、电可擦可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。此外。任何连接可以适当的成为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术从网站、服务器或者其他远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线和微波之类的无线技术包括在所属介质的定义中。如本发明所使用的，盘(Disk)和碟(disc)包括压缩光碟(CD)、激光碟、光碟、数字通用光碟(DVD)、软盘和蓝光光碟，其中盘通常磁性的复制数据，而碟则用激光来光学的复制数据。上面的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。
总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据采集系统，其特征在于，包括：采集终端、配置终端以及展示终端；其中，
所述配置终端用于生成配置文件，并将所述配置文件下载至所述采集终端；
所述采集终端根据所述配置文件的信息，通过内嵌的通信协议栈进行所需场景的工业网络中的数据信息的采集，并将所述采集信息发送到所述展示终端；
所述展示终端用于展示所述数据信息。
2.如权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述采集终端采用嵌入式平台方式实现。
3.如权利要求2所述的数据采集系统，其特征在于，所述采集终端通过内嵌的通信协议栈进行所需场景的工业网络中的数据信息的采集，包括：
所述采集终端通过符合ProfiBus-DP的数据接口与所述工业网络的工业总线连接；
所述采集终端对所述工业总线上的节点间的交互信息进行读取和解析，实现数据信息的采集；
所述采集终端还用于对所述工业总线上的设备进行数据写入，实现数据信息的双向交互。
4.如权利要求2所述的数据采集系统，其特征在于，所述采集终端通过内嵌的通信协议栈进行所需场景的工业网络中的数据信息的采集，包括：
所述采集终端通过符合EtherNet/IP的数据接口与所述工业网络进行连接；
所述采集终端通过显式报文方式对所述工业网络内的数据信息进行采集；
所述采集终端还用于通过显式报文方式对所述工业网络内的数据信息进行数据写入，实现数据信息的双向交互；
所述采集终端还用于通过组播方式，对所述工业网络内的数据信息进行采集。
5.如权利要求3或4所述的数据采集系统，其特征在于，所述配置文件为XML文件，所述配置文件基于所要采集的工业网络的环境，拓扑结构，以及所需采集的节点以及相关属性进行配置。
6.如权利要求5所述的数据采集系统，其特征在于，所述展示终端还用于根据应用需求分析所述数据信息。
7.如权利要求2所述的数据采集系统，其特征在于，所述数据采集系统还包括：上位终端；
所述采集终端还包括外部数据接口，所述采集终端还用于通过所述外部数据接口将所述数据信息上传给所述上位终端；
所述上位终端用于通过所述外部数据接口下发目标指令给所述采集终端，其中，所述目标指令包括：网络环境参数设置、网络节点拓扑调整、数据采集控制以及数据上传控制。
8.如权利要求7所述的数据采集系统，其特征在于，所述采集终端与所述展示终端、上位终端之间采用有线或者无线连接，并采用TCP/IP协议通信。
9.如权利要求2所述的数据采集系统，其特征在于，所述采集终端还包括OPC-UA接口，所述采集终端还用于通过所述OPC-UA接口与具备OPC接口客户端的第三方软件或平台进行对接。
10.一种数据采集方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-9任一项所述的数据采集系统中，包括：
配置终端生成配置文件，并将所述配置文件下载至采集终端；
所述采集终端根据所述配置文件，通过内嵌的通信协议栈进行所需场景的工业网络中的数据信息的采集，并将所述采集信息发送到所述展示终端；
所述展示终端用于展示所述数据信息。
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