CN109542061A - 一种环网型scada系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种环网型SCADA系统，该系统包括：中心节点和分别与其建立通讯的多个环路采集节点；任意相邻的两个环路采集节点之间建立网络直连使多个环路采集节点形成环网；任意的第一环路采集节点中包括：至少一个第一采集任务模块、至少一个第二采集任务模块和至少一个第三采集任务模块；第一采集任务模块执行第一环路采集节点的数据采集任务；第二采集任务模块执行与第一环路采集节点相邻的第二数据采集节点的数据采集任务；第三采集任务模块执行与第一环路采集节点相邻的第三数据采集节点的数据采集任务。通过该实施例方案，在不增加硬件成本基础上实现了系统内部数据通讯自冗余，解决了数据采集过程中的故障。
Description
技术领域
本发明实施例涉及数据处理技术，尤指一种环网型SCADA系统。
背景技术
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的DCS(分布式控制系统)与电力自动化监控系统。
工业自动化控制领域，常见使用SCADA采集数据和监控现场运行设备，现场安装有各类仪表和通讯设备，SCADA系统通过通讯协议采集获取数据，对于数据采集任务规模较大的SCADA系统，通常需要将采集范围按照区域划分成多个采集节点，并在每个节点部署IOSERVER(输入输出服务)来完成数据采集任务，IOSERVER采集过程需要与SCADA实时库建立通讯，及时将采集到的变化数据反馈给实时库。
SCADA采集系统运行环境：SCADA服务器运行SCADA实时库软件、配置数据库，采集节点服务器运行IOSERVER数据采集软件。
IOSERVER软件系统按照配置数据库要求从现场设备采集实时数据，反馈给SCADA实时库。
SCADA多节点数据采集系统实现方式：
1、按区域部署多个采集节点IOSERVER软件，每个节点IOSERVER配置所需采集的通讯链路和数据项；
2、采集节点IOSERVER与SCADA中心节点实时库建立冗余数据通路，将实时数据反馈给SCADA数据中心实时库；
3、将需要冗余的节点IOSERVER进行部署备用采集系统，主备IOSERVER实现自动冗余备份。
常规SCADA多节点数据采集系统图如图1所示，包括数据通讯主备网、采集冗余系统。
现有SCADA多节点数据采集系统的缺点包括：
(1)某个采集节点与SCADA中心节点通讯故障，主备网均出现故障则该采集节点无法传输数据到SCADA实时库；
(2)某个采集节点IOSERVER服务器故障，如果未配置冗余系统，则该节点数据将丢失故障期间的实时数据；
(3)每个采集节点IOSERVER服务器进行冗余备份，导致部署成本提高，增加系统维护和升级的工作复杂度。
常见解决方法：
传统解决SCADA采集系统故障的方法通过增加网路通讯冗余线路、增加冗余服务器，当故障发生时进行切换，防止数据问题造成的危害：
(1)为了防止通讯故障，每个节点访问SCADA服务器的网络链路需要冗余；
(2)为了防止采集故障，每个IOSERVER节点服务器需要冗余；
(3)先采用成本低的通讯冗余，出现服务器故障时，通过设置服务器运行异常报警点，及时排除故障。
当前技术存在的问题：
(1)实施和维护工作量大；
(2)通讯部署和实施成本提高；
(3)服务器部署和实施成本提高。
发明内容
本发明实施例提供了一种环网型SCADA系统，能够不增加硬件成本，实现系统内部数据通讯自冗余，解决数据采集过程中出现的故障。
为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种环网型数据采集与监控SCADA系统，所述系统可以包括：至少一个中心节点和分别与所述中心节点建立通讯的多个环路采集节点；所述多个环路采集节点中任意相邻的两个环路采集节点之间建立网络直连，使所述多个环路采集节点形成环网；所述多个环路采集节点中任意的第一环路采集节点中包括：至少一个第一采集任务模块、至少一个第二采集任务模块和至少一个第三采集任务模块；其中，所述第一采集任务模块，用于执行所述第一环路采集节点的数据采集任务；所述第二采集任务模块，用于执行与所述第一环路采集节点相邻的第二数据采集节点的数据采集任务，作为所述第二数据采集节点的备用数据采集任务；所述第三采集任务模块，用于执行与所述第一环路采集节点相邻的第三数据采集节点的数据采集任务，作为所述第三数据采集节点的备用数据采集任务。
在一种示例性的实施例中，所述第一环路采集节点中还包括：环路通讯模块；
所述环路通讯模块，用于环路采集节点之间的数据通讯，从而实现采集的实时数据的转发和所述数据采集任务的控制。
在一种示例性的实施例中，所述中心节点包括：实时库以及与所述实时库相连的数据接收模块；
所述数据接收模块，用于接收从环路采集节点采集到的实时数据，并发送给所述实时库；
所述实时库，用于存储所述实时数据。
在一种示例性的实施例中，所述环路通讯模块包括：数据转发模块；所述数据转发模块分别与所述第一采集任务模块、所述第二采集任务模块和所述第三采集任务模块相连；所述数据转发模块与所述数据接收模块相连；
所述数据转发模块，用于接收所述第一采集任务模块、所述第二采集任务模块和/或所述第三采集任务模块采集的实时数据，并将所述实时数据转发给所述数据接收模块。
在一种示例性的实施例中，所述中心节点还包括：配置库和与所述配置库相连的配置获取模块；
所述配置获取模块，用于提供数据采集任务所需的通讯协议配置表和采集节点配置表；
所述配置库，用于存放所述通讯协议配置表和所述采集节点配置表。
在一种示例性的实施例中，所述第一采集任务模块和所述第二采集任务模块分别与所述配置获取模块相连；
所述第一采集任务模块、所述第二采集任务模块和所述第三采集任务模块还用于：在启动后向所述配置获取模块验证身份，并向所述配置获取模块获取所述通讯协议配置表和所述采集节点配置表。
在一种示例性的实施例中，所述通讯协议配置表，用于提供SCADA系统的访问通讯设备的通讯协议配置信息；
所述采集节点配置表，用于提供SCADA系统需要获取的关于环路采集节点的节点数据配置信息。
在一种示例性的实施例中，所述通讯协议配置信息包括：采集节点ID、通讯协议ID、通讯协议类型以及一个或多个通讯协议参数；
所述节点数据配置信息包括：所述采集节点ID、数据项名称以及一个或多个采集参数。
在一种示例性的实施例中，所述环路通讯模块还包括：任务控制模块；
所述任务控制模块分别与所述第一采集任务模块、所述第二采集任务模块、所述第三采集任务模块和所述数据转发模块相连；
所述任务控制模块，用于控制所述第一采集任务模块、所述第二采集任务模块和/或所述第三采集任务模块执行数据采集任务，并控制所述数据转发模块执行数据转发任务。
在一种示例性的实施例中，所述任务控制模块中配置有：采集节点路由表和/或采集节点状态表；
所述采集节点路由表，用于设定关于所述环网的上行方向和下行方向，并确定所述环网上的每一个环路采集节点的上行节点和下行节点；所述上行节点是指每一个环路采集节点沿所述上行方向上的下一个环路采集节点；所述下行节点是指每一个环路采集节点沿所述下行方向上的下一个环路采集节点；
所述采集节点状态表，用于实时记录并更新当前环路采集节点以及所述环网上与所述当前环路采集节点相邻的两个环路采集节点的节点状态；所述节点状态包括非采集故障状态、所述采集故障状态、非通讯故障状态和通讯故障状态。
本发明实施例的SCADA系统包括：至少一个中心节点和分别与所述中心节点建立通讯的多个环路采集节点；所述多个环路采集节点中任意相邻的两个环路采集节点之间建立网络直连，使所述多个环路采集节点形成环网；所述多个环路采集节点中任意的第一环路采集节点中包括：至少一个第一采集任务模块、至少一个第二采集任务模块和至少一个第三采集任务模块；其中，所述第一采集任务模块，用于执行所述第一环路采集节点的数据采集任务；所述第二采集任务模块，用于执行与所述第一环路采集节点相邻的第二数据采集节点的数据采集任务，作为所述第二数据采集节点的备用数据采集任务；所述第三采集任务模块，用于执行与所述第一环路采集节点相邻的第三数据采集节点的数据采集任务，作为所述第三数据采集节点的备用数据采集任务。通过该实施例方案，在不增加硬件成本的基础上，实现了系统内部数据通讯自冗余，解决了数据采集过程中出现的故障。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明实施例技术方案的限制。
图1为常规的SCADA多节点数据采集系统示意图；
图2为本发明实施例的SCADA多节点数据采集系统示意图；
图3为本发明实施例的环网型SCADA系统的多节点数据采集方法流程图；
图4为本发明实施例的环网示意图；
图5为本发明实施例的通过所述第一环路采集节点中设置的第一采集主任务采集所述第一环路采集节点的实时数据，并将所述实时数据传输给所述中心节点的方法流程图；
图6为本发明实施例的以环路采集节点C1发生采集故障为例的SCADA多节点采集系统冗余切换方法流程图；
图7为本发明实施例的当所述第一环路采集节点与所述中心节点之间的通讯出现故障时，通过所述环网中相邻两个环路采集节点之间的通讯实现所述实时数据的传输的方法流程图；
图8为本发明实施例的以环路采集节点C1与中心节点发生通讯故障为例的SCADA多节点采集系统自动路由传输方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例提供了一种环网型数据采集与监控SCADA系统，如图2所示，所述SCADA系统可以包括：至少一个中心节点A和分别与所述中心节点A建立通讯的多个环路采集节点(如C1、C2、C3…CN)，其中任意相邻的两个环路采集节点之间建立网络直连，使所述多个环路采集节点形成环网；所述多个环路采集节点中任意的第一环路采集节点(可以为多个环路采集节点中的任意一个环路采集节点)中可以包括：至少一个第一采集任务模块11、至少一个第二采集任务模块12和至少一个第三采集任务模块13；其中，所述第一采集任务模块11，用于执行所述第一环路采集节点的数据采集任务；所述第二采集任务模块12，用于执行与所述第一环路采集节点相邻的第二数据采集节点的数据采集任务，作为所述第二数据采集节点的备用数据采集任务；所述第三采集任务模块13，用于执行与所述第一环路采集节点相邻的第三数据采集节点的数据采集任务，作为所述第三数据采集节点的备用数据采集任务。
在一种示例性的实施例中，环路采集节点C1中可以包含第一采集任务模块11-1、第二采集任务模块12-1和第三采集任务模块13-1，环路采集节点C2中可以包含第一采集任务模块11-2、第二采集任务模块12-2和第三采集任务模块13-2，环路采集节点C3中可以包含第一采集任务模块11-3、第二采集任务模块12-3和第三采集任务模块13-3，环路采集节点CN中可以包含第一采集任务模块11-N、第二采集任务模块12-N和第三采集任务模块13-N。
在一种示例性的实施例中，第一采集任务模块11中可以设置有第一采集主任务，第二采集任务模块12中可以设置有第一采集备任务，第三采集任务模块13中可以设置有第二采集备任务，如图3所示，所述环网型SCADA系统中的多节点数据采集方法可以包括S101-S102：
S101、通过所述第一环路采集节点中设置的第一采集主任务采集所述第一环路采集节点的实时数据，并将所述实时数据传输给所述中心节点；
S102、当所述第一环路采集节点处于采集故障状态时，通过所述环网中相邻两个环路采集节点之间的通讯，以及所述第一采集备任务和/或所述第二采集备任务实现所述实时数据的采集。
在一种示例性的实施例中，所述中心节点A可以包括：实时库A1以及与所述实时库A1相连的数据接收模块A2；
所述数据接收模块A2，可以用于接收从环路采集节点采集到的实时数据，并发送给所述实时库A1；
所述实时库A1，可以用于存储所述实时数据。
在一种示例性的实施例中，所述中心节点A还可以包括：配置库A3和与所述配置库A3相连的配置获取模块A4；
所述配置获取模块A4，用于提供数据采集任务所需的通讯协议配置表和采集节点配置表；
所述配置库A3，用于存放所述通讯协议配置表和所述采集节点配置表。
在一种示例性的实施例中，在实施上述实施例方案之前，可以对中心节点做以下部署：在中心节点中建立SCADA系统所需的实时库A1和配置数据库A3。
在一种示例性的实施例中，实时库A1可以用来存放每个采集节点上传的实时变化数据，用于为其他应用提供实时数据访问服务。配置数据库A3为静态数据库，可以用来存放通讯协议配置表T1(或称通讯配置表、测点配置表)、采集节点配置表T2(或称采集测点配置表、测点配置表)，用于实现每个采集节点按配置要求与现场设备进行协议通讯，以及提供采集所需的节点数据。
在一种示例性的实施例中，所述通讯协议配置表T1，可以用于提供SCADA系统的访问通讯设备的通讯协议配置信息；所述采集节点配置表T2，可以用于提供SCADA系统需要获取的关于环路采集节点的节点数据配置信息。
在一种示例性的实施例中，所述通讯协议配置信息可以包括：采集节点ID(身份标识)、通讯协议ID、通讯协议类型以及一个或多个通讯协议参数(如通讯协议参数1、通讯协议参数2、通讯协议参数N等)。所述节点数据配置信息可以包括：所述采集节点ID、通讯协议ID、数据项名称以及一个或多个采集参数(如采集参数1、采集参数2、采集参数N等)。
在一种示例性的实施例中，每一个环路采集节点(所述第一环路采集节点)中还可以包括：环路通讯模块14；所述环路通讯模块14可以用于环路采集节点之间的数据通讯，从而实现所述实时数据的转发和所述数据采集任务的控制。
在一种示例性的实施例中，环路采集节点C1中可以包含环路通讯模块14-1，环路采集节点C2中可以包含环路通讯模块14-2，环路采集节点C3中可以包含环路通讯模块14-3，环路采集节点CN中可以包含环路通讯模块14-N。
在一种示例性的实施例中，所述环路通讯模块14可以包括：数据转发模块141；所述数据转发模块141分别与所述第一采集任务模块11、所述第二采集任务模块12和所述第三采集任务模块13相连；所述数据转发模块141与所述数据接收模块A2相连；
所述数据转发模块141，可以用于接收所述第一采集任务模块11、所述第二采集任务模块12和所述第三采集任务模块13采集的实时数据，并将所述实时数据转发给所述数据接收模块A2。
在一种示例性的实施例中，所述环路通讯模块14还可以包括：任务控制模块142；
所述任务控制模块142分别与所述第一采集任务模块11、所述第二采集任务模块12、所述第三采集任务模块13和所述数据转发模块141相连；
所述任务控制模块142，可以用于控制所述第一采集任务模块11、所述第二采集任务模块12和/或所述第三采集任务模块13执行数据采集任务，并控制所述数据转发模块141执行数据转发任务。
在一种示例性的实施例中，环路采集节点C1中可以包含数据转发模块141-1和任务控制模块142-1，环路采集节点C2中可以包含数据转发模块141-2和任务控制模块142-2，环路采集节点C3中可以包含数据转发模块141-3和任务控制模块142-3，环路采集节点CN中可以包含数据转发模块141-N和任务控制模块142-N。
在一种示例性的实施例中，在实施前述的环网型SCADA系统中的多节点数据采集方法实施例方案之前，可以对环路采集节点做以下部署：按照数据采集规模，可以设置N个环路采集节点(N为大于或等于2的正整数)，在每个环路采集节点的服务器中部署服务器运行环路通讯进程(可以由任务控制模块142实现)、采集任务(可以由所述第一采集任务模块11、所述第二采集任务模块12和/或所述第三采集任务模块13实现)和数据任务(可以由数据转发模块141实现)，如图2所示。
在一种示例性的实施例中，该环路通讯进程可以包括：任务控制程序和数据转发服务。该数据任务可以包括至少一个采集主任务(例如第一环路采集节点中的第一采集主任务)和/或至少一个采集备任务(如第一采集备任务和第二采集备任务)，其中，采集主任务为本地环路采集节点的采集任务，采集备任务为相邻节点的备用采集任务。
在一种示例性的实施例中，在实施上述实施例方案之前，可以对环路采集节点做以下部署：将N个环路采集节点组成环网，形成采集环网，如图2所示。其中，该环网可以是N个环路采集节点形成的双向环网。
在一种示例性的实施例中，N个环路采集节点的服务器之间可以通过网线互连，形成环网(即采集环网)，组网方式如图4所示。
在一种示例性的实施例中，所述任务控制模块中可以配置有：采集节点路由表和/或采集节点状态表。
在一种示例性的实施例中，在任意相邻的两个环路采集节点之间建立网络直连，以使所述多个环路采集节点形成环网后，所述方法可以包括：在每个环路采集节点上配置采集节点路由表T3和/或采集节点状态表ST1。
在一种示例性的实施例中，所述采集节点路由表T3，可以用于设定关于所述环网的上行方向和下行方向，并确定所述环网上的每一个环路采集节点的上行节点和下行节点；所述上行节点是指每一个环路采集节点沿所述上行方向上的下一个环路采集节点；所述下行节点是指每一个环路采集节点沿所述下行方向上的下一个环路采集节点；
在一种示例性的实施例中，所述采集节点路由表T3可以包括：本地环路采集节点(可以简称本地节点)ID、本地节点属性、本地节点IP地址、上行环路采集节点(可以简称上行节点)ID、上行节点IP地址、下行环路采集节点(可以简称下行节点)ID以及下行节点IP地址等。
在一种示例性的实施例中，所述采集节点路由表T3的设置方法可以包括：
(1)可以设置本地环路采集节点属性为主节点或者从节点，环网内只能设定1个环路采集节点为主节点；
(2)按一定的规则设定所述上行方向和下行方向，例如：上行方向可以为沿环网的顺时针方向(如图4所示，从环路采集节点C1－C2－C3－CN－……－C1)，下行方向可以为沿环网的逆时针方向(如图4所示，从环路采集节点C1－CN－……－C3－C2－C1)。
在一种示例性的实施例中，基于所述上行方向和下行方向的设置，例如，节点C1的上行节点为节点C2，节点C1的下行节点为节点CN。即，节点C1的上行节点ID与节点C2的本地节点ID相同，节点C1的下行节点ID与节点CN的本地节点ID相同，如图3所示。
在一种示例性的实施例中，所述采集节点状态表ST1，可以用于实时记录并更新当前环路采集节点以及所述环网上与所述当前环路采集节点相邻的两个环路采集节点的节点状态J2；所述节点状态J2可以包括所述非采集故障状态和采集故障状态。
在一种示例性的实施例中，可以通过每个环路采集节点的环路通讯进程监测本地环路采集节点以及该本地环路采集节点的上行节点和下行节点的节点状态，实时更新采集节点状态表ST1。该采集节点状态表ST1中可以记载本地环路采集节点的节点状态J2，以及该本地环路采集节点的上行节点和下行节点的节点状态J2。该节点状态J2可以包括：正常状态(01)、通讯故障状态(02)、采集故障状态(03)和上报故障状态(04)，其中，正常状态至少可以包括：非通讯故障状态、非采集故障状态和非上报故障状态。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，每个环路采集节点中可以设置有数据转发服务和数据任务；所述中心节点A中可以设置有数据接收服务。
在一种示例性的实施例中，将所述实时数据传输给所述中心节点A可以包括：所述第一采集主任务将采集的所述实时数据发送给所述数据转发服务，所述数据转发服务将所述实时数据转发给所述数据任务，并通过了所述数据任务将所述实时数据发送给所述数据接收服务。
在一种示例性的实施例中，所述第一采集任务模块11、所述第二采集任务模块12和所述第三采集任务模块13可以分别与所述配置获取模块A4相连；
所述第一采集任务模块11和所述第二采集任务模块12还可以用于：在启动后向所述配置获取模块A4验证身份，并向所述配置获取模块A4获取所述通讯协议配置表和所述采集节点配置表。在一种示例性的实施例中，每一个环路采集节点中的所述第一采集备任务和/或所述第二采集备任务采集相应节点的实时数据后，也可以发送给所述数据转发服务，所述数据转发服务将所述实时数据转发给所述数据任务，并通过了所述数据任务将所述实时数据发送给所述数据接收服务。
在一种示例性的实施例中，所述中心节点A中的所述配置获取模块A4中可以设置有配置获取服务。
在一种示例性的实施例中，环网型SCADA系统中的多节点数据采集方法可以包括：所述第一采集主任务、所述第一采集备任务和/或所述第二采集备任务启动后，向所述配置获取服务验证身份，并向所述配置获取服务获取通讯所需的通讯协议配置表和采集节点配置表。
在一种示例性的实施例中，基于上述内容中对中心节点和每个环路采集节点的配置，可以以环路采集节点C1为例，来说明SCADA系统中每个环路采集节点正常运行时的数据采集流程，即通过所述第一环路采集节点(如环路采集节点C1)中的第一采集任务模块11-1设置的第一采集主任务(如采集任务S1-1)采集所述第一环路采集节点的实时数据，并将所述实时数据传输给所述中心节点的工作流程。
在一种示例性的实施例中，如图2、图5所示，通过所述第一环路采集节点中设置的第一采集主任务采集所述第一环路采集节点的实时数据，并将所述实时数据传输给所述中心节点可以包括步骤S201-S204：
S201、获取并通过SCADA系统通讯协议配置表T1和采集节点配置表T2采集现场数据。
在一种示例性的实施例中，可以执行K1_1过程：环路通讯进程1的任务控制进程1可以启动采集任务S1-1(作为第一采集主任务)，采集任务S1-1向SCADA中心节点配置获取服务S1验证身份，获取通讯所需的通讯协议配置表T1和采集节点配置表T2。
在一种示例性的实施例中，第一采集主任务S1-1是本地节点的主任务，通过SCADA系统的通讯协议配置表T1连接现场通讯设备，按照采集节点配置表T2的要求采集现场数据。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K1_1：可以主要用于采集任务S1-1向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取S1-1的通讯配置表、测点配置表。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K1_2：可以主要用于采集任务S2-2向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取S2-1的通讯配置表、测点配置表。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K1_3：可以主要用于采集任务SN-3向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取SN-3的通讯配置表、测点配置表。
S202、采集任务S1-1将实时数据发送给数据转发服务1。
在一种示例性的实施例中，可以执行D1-1过程：采集任务S1-1将实时数据发给环路采集节点C1(作为第一环路采集节点)的数据转发服务1。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D1_1：可以主要用于采集任务S1-1将实时数据发送给数据转发服务1。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D1_2：可以主要用于采集任务S2-2将实时数据发送给数据转发服务1。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D1_3：可以主要用于采集任务SN-3将实时数据发送给数据转发服务1。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D1_4：可以主要用于数据转发服务1将实时数据转发给数据任务SD1。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D2_1：可以主要用于采集任务S2-1将实时数据发送给数据转发服务2。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D2_2：可以主要用于采集任务S3-2将实时数据发送给数据转发服务2。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D2_3：可以主要用于采集任务S1-3将实时数据发送给数据转发服务2。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D2_4：可以主要用于数据转发服务2将实时数据转发给数据任务SD2。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D3_1：可以主要用于采集任务S3-1将实时数据发送给数据转发服务3。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D3_2：可以主要用于采集任务SN-2将实时数据发送给数据转发服务3。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D3_3：可以主要用于采集任务SN-2将实时数据发送给数据转发服务3。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，D3_4：可以主要用于数据转发服务3将实时数据转发给数据任务SD3。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，DN_1：可以主要用于采集任务SN-1将实时数据发送给数据转发服务N。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，DN_2：可以主要用于采集任务S1-2将实时数据发送给数据转发服务N。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，DN_3：可以主要用于采集任务S1-2将实时数据发送给数据转发服务N。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，DN_4：可以主要用于数据转发服务N将实时数据转发给数据任务SDN。
S203、数据任务SD1将实时数据发送给数据接收服务S2，由数据接收服务S2转发给中心节点A。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，可以执行D1_4过程：数据转发服务1将实时数据发给数据任务SD1。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，可以执行K1_4过程：由数据任务SD1将数据发给SCADA中心节点的数据接收服务S2。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K1_4：可以主要用于数据任务SD1与数据接收服务S2建立连接，发送实时数据给数据接收服务S2。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K2_4：可以主要用于数据任务SD2与数据接收服务S2建立连接，发送实时数据给数据接收服务S2。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K3_4：可以主要用于数据任务SD3与数据接收服务S2建立连接，发送实时数据给数据接收服务S2。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，KN_4：可以主要用于数据任务SDN与数据接收服务S2建立连接，发送实时数据给数据接收服务S2。
S204、将实时数据写入实时库A1。
在一种示例性的实施例中，SCADA中心节点的数据接收服务S2可以将实时数据写入实时库，完成SCADA数据采集工作。
在一种示例性的实施例中，在上述步骤S201-S204的执行过程中，当任意的第一环路采集节点处于采集故障状态(如环路采集节点服务器发生故障)，致使不能正常进行本地环路采集节点的数据采集工作时，可以执行SCADA多节点采集系统冗余切换流程，以通过所述环网中相邻两个环路采集节点之间的通讯，以及所述第一采集备任务和/或所述第二采集备任务实现所述实时数据的采集。
在一种示例性的实施例中，当所述第一环路采集节点处于采集故障状态时，通过所述环网中相邻两个环路采集节点之间的通讯，以及所述第一采集备任务和/或所述第二采集备任务实现所述实时数据的采集可以包括：采用所述第一采集备任务，通过所述第一环路采集节点和所述第二环路采集节点之间的网络通讯，和/或，采用所述第二采集备任务，通过所述第一环路采集节点和所述第三环路采集节点之间的网络通讯，采集所述第一环路采集节点的实时数据。
在一种示例性的实施例中，如图6、图2所示，可以以环路采集节点C1(作为第一环路采集节点)发生采集故障为例，说明SCADA多节点采集系统冗余切换流程，可以包括步骤S301-S302：
S301、启动环路采集节点CN(作为第二环路采集节点)的采集任务S1-2(环路采集节点C1的冗余采集备任务，作为所述第一采集备任务)，和/或，启动环路采集节点C2(作为第三环路采集节点)的采集任务S1-3(环路采集节点C1的冗余采集备任务，作为所述第二采集备任务)。
在一种示例性的实施例中，启动环路采集节点CN中的环路通讯进程N的任务控制N可以启动采集任务S1-2；执行KN-3过程：采集任务S1-2向SCADA中心节点配置获取服务S1验证身份，获取所需通讯的通讯协议配置表T1和采集节点配置表T2；此时采集任务S1-2处于备用状态。
在一种示例性的实施例中，启动环路采集节点C2中的环路通讯进程2的任务控制2可以启动采集任务S1-3；执行K2-3过程：采集任务S1-3向SCADA中心节点配置获取服务S1验证身份，获取所需通讯的通讯协议配置表T1和采集节点配置表T2；此时采集任务S1-3处于备用状态。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K2_1：可以主要用于采集任务S2-1向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取S2-1的通讯配置表、测点配置表。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K2_2：可以主要用于采集任务S3-2向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取S3-1的通讯配置表、测点配置表。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K2_3：可以主要用于采集任务S1-3向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取S1-3的通讯配置表、测点配置表。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K3_1：可以主要用于采集任务S3-1向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取S3-1的通讯配置表、测点配置表。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K3_2：可以主要用于采集任务S2-3向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取S2-3的通讯配置表、测点配置表。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，K3_3：可以主要用于采集任务SN-2向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取SN-2的通讯配置表、测点配置表。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，KN_1：可以主要用于采集任务SN-1向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取SN-1的通讯配置表、测点配置表。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，KN_2：可以主要用于采集任务S3-3向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取S3-3的通讯配置表、测点配置表。
在一种示例性的实施例中，如图2所示，KN_3：可以主要用于采集任务S1-2向配置获取服务S1验证身份并发送请求，获取S1-2的通讯配置表、测点配置表。
S302、环路通讯进程N可以实时检测与环路通讯进程1的通路情况，并接收环路通讯进程1发来的采集任务S1-1(作为第一采集主任务)的运行状态TS，控制采集任务S1-2(作为第一采集备任务)的工作状态。和/或，环路通讯进程2可以实时检测与环路通讯进程1的通路情况，并接收环路通讯进程1发来的采集任务S1-1(作为第一采集主任务)的运行状态TS，控制采集任务S1-3(作为第二采集备任务)的工作状态。
在一种示例性的实施例中，该运行状态TS可以包括：在线状态(01)、离线状态(02)和故障状态(03)，并且该运行状态TS可以适用于本发明实施例的SCADA采集系统中的任意一个任务和进程的运行情况。
在一种示例性的实施例中，可以监测环路通讯进程1的采集节点状态表ST1，如果环路通讯进程1中出现环路采集节点C1的节点状态J2为03(采集故障状态)、环路采集节点C1的下行节点的节点状态J2为01(正常状态，如非采集故障状态)时，可以根据采集任务S1-1的运行状态TS，启动冗余切换，实现采集任务S1-1(即第一采集主任务)与采集任务S1-2(即第一采集备任务)和/或采集任务S1-3(即第二采集备任务)互为冗余：
(1)当运行状态TS为在线(01)时，可以停止采集任务S1-2和采集任务S1-3的数据采集任务，采集任务S1-2和采集任务S1-3可以处于备用状态；
(2)当运行状态TS为离线(02)或者故障(03)时，可以启动采集任务S1-2和/或采集任务S1-3的数据采集任务，采集任务S1-1可以处于备用状态。
在一种示例性的实施例中，所述方法可以包括：当所述第一环路采集节点与所述中心节点之间的通讯出现故障时，通过所述环网中相邻两个环路采集节点之间的通讯实现所述实时数据的传输。
在一种示例性的实施例中，当任意的环路采集节点和中心节点之间的通讯出现故障时，可以执行采集系统的通讯故障处理流程，例如，通过所述环网中相邻两个环路采集节点之间的通讯实现所述实时数据的传输。
在一种示例性的实施例中，当所述第一环路采集节点与所述中心节点之间的通讯出现故障时，通过所述环网中相邻两个环路采集节点之间的通讯实现所述实时数据的传输可以包括：通过所述环网中所述第一环路采集节点与所述第二环路采集节点之间的通讯，以及所述第二环路采集节点与所述中心节点之间的通讯实现所述第一环路采集节点的实时数据向所述中心节点的传输，和/或，通过所述环网中所述第一环路采集节点与所述第三环路采集节点之间的通讯，以及所述第三环路采集节点与所述中心节点之间的通讯实现所述第一环路采集节点的实时数据向所述中心节点的传输。
在一种示例性的实施例中，如图7所示，当所述第一环路采集节点与所述中心节点之间的通讯出现故障时，通过所述环网中相邻两个环路采集节点之间的通讯实现所述实时数据的传输还可以包括S401-S402：
S401、通过所述第一环路采集节点中的第一任务控制进程按照预设方向向所述环网中的一个或多个环路采集节点依次发送数据转发请求，直至接收到所述环网中任意的第四环路采集节点对所述数据转发请求的反馈信息；其中，当所述第四环路采集节点的节点状态为非通讯故障状态和非上报故障状态(如正常状态)时发出所述反馈信息；
S402、根据所述反馈信息，将所述第一环路采集节点中采集的实时数据通过所述第一环路采集节点到所述第四环路采集节点之间的环网路径转发给所述第四环路采集节点，并通过所述第四环路采集节点将所述实时数据传输给所述中心节点。
在一种示例性的实施例中，通过步骤S401-S402的方案可知，在第一环路采集节点与中心节点之间出现通讯故障时，可以由第一环路采集节点中的第一任务控制进程(任务控制1)向环网中的其他环路采集节点发送数据转发请求。
在一种示例性的实施例中，基于前述内容中所述的采集节点路由表T3的设置，可以以第一环路采集节点为起点，依据该采集节点路由表T3沿该环网的任意一个或两个方向(如上行方向和/或下行方向)获取一个处于非通讯故障状态和非上报故障状态(即正常状态)的环路采集节点，并由该处于非通讯故障状态和非上报故障状态的环路采集节点帮助第一环路采集节点转发所采集的实时数据，以解决第一环路采集节点与中心节点之间的通讯故障造成的实时数据不能及时存储的问题。
在一种示例性的实施例中，为了提高问题解决效率，在方案实施中，可以以第一环路采集节点为起点，依据该采集节点路由表T3沿该环网的两个方向(如上行方向和下行方向)分别发出数据转发请求，下面给出详细实施例方案。
在一种示例性的实施例中，所述通过所述第一环路采集节点中的第一任务控制进程按照预设方向向所述环网中的多个环路采集节点依次发送数据转发请求，直至接收到所述环网中任意的第四环路采集节点对所述数据转发请求的反馈信息可以包括：
通过所述第一任务控制进程向所述环网的上行方向发送第一数据转发请求，并向所述环网的下行方向发送第二数据转发请求；
通过所述第一任务控制进程接收关于所述第一数据转发请求的第一反馈信息，以及关于所述第二数据转发请求的第二反馈信息；
其中，所述第四环路采集节点包括所述上行方向上以所述述第一环路采集节点为起始点的第a个环路采集节点和所述下行方向上以所述述第一环路采集节点为起始点的第b个环路采集节点；a+b≤N+1，N为所述环网中环路采集节点的总数，a、b和N均为大于1的正整数；当所述第a个环路采集节点的状态为非通讯故障状态和非上报故障状态时发出所述第一反馈信息，当所述第b个环路采集节点的状态为非通讯故障状态和非上报故障状态时发出所述第二反馈信息。
在一种示例性的实施例中，所述环网型SCADA系统的多节点数据采集方法还可以包括：
在所述第一任务控制进程接收到所述第一反馈信息和所述第二反馈信息以后，根据所述第一反馈信息中包含的所述第a个环路采集节点的节点身份标识ID、所述第二反馈信息中包含的所述第b个环路采集节点的节点ID以及预设的采集节点路由表分别获取上行路径和下行路径；
从所述上行路径和所述下行路径中获取最短路径作为转发路径，并通过所述最短路径将所述第一环路采集节点中采集的实时数据转发给所述第a个环路采集节点或所述第b个环路采集节点，并通过该节点将所述实时数据传输给所述中心节点。
在一种示例性的实施例中，如图2、图3所示，可以以环路采集节点C1(作为所述第一环路采集节点)与中心节点发生通讯故障为例进行说明，即环路采集节点C1的数据任务SD1发给SCADA中心节点的数据接收服务S2时出现故障时，可以采用分别沿环网的上行方向和下行方向发送数据转发请求的方式获取处于非通讯故障状态和非上报故障状态的环路采集节点，帮助转发环路采集节点C1的实时数据。如图8所示，该实施例方案可以包括S501-S508：
S501、设置采集节点路由表T3的本地节点属性。
在一种示例性的实施例中，可以设置环路采集节点C1的本地节点属性为01(主节点)，其他环路采集节点C2、C3……CN的本地节点属性为02(从节点)。
S502、数据转发服务1发出数据转发请求。
在一种示例性的实施例中，数据转发服务1判断采集节点状态表ST1的本地节点的节点状态，如果节点状态为02(通讯故障状态)和/或04(上报故障状态)，可以向任务控制1请求数据故障转发。
S503、任务控制1发送数据转发请求。
在一种示例性的实施例中，根据预设的环网数据传递规则，从节点可以按目标方向进行实时数据转发，主节点停止实时数据转发。
在一种示例性的实施例中，任务控制1可以向上行方向和下行方向两个方向发送数据转发请求，并接收反馈信息：
(1)上行方向
上行方向环路采集节点C2的节点属性可以为01(主节点)；
上行方向上首先向环路采集节点C2发出数据转发请求(即第一数据转发请求)，环路采集节点C2在接收到该数据转发请求后，可以检测本地节点的节点状态，当本地节点的节点状态不为02(通讯故障状态)和/或04(上报故障状态)时，则可以反馈为可转发(即第一反馈信息)；当本地节点的节点状态为02和/或04时，则可以反馈为不可转发(即第一反馈信息)，并继续沿上行方向转发该数据转发请求。
(2)下行方向
上行方向上首先向环路采集节点CN发出数据转发请求(即第二数据转发请求)，环路采集节点CN在接收到该数据转发请求后，可以检测本地节点的节点状态，当本地节点的节点状态不为02(通讯故障状态)和/或04(上报故障状态)时，则可以反馈为可转发(即第二反馈信息)；当本地节点的节点状态为02和/或04时，则可以反馈为不可转发(即第二反馈信息)，并继续沿下行方向转发该数据转发请求。
在一种示例性的实施例中，根据上述实施例方案，无论是在上行方向上，还是在下行方向上，接收到数据转发请求的节点判定本地节点的节点状态不为02和/或04，则可以反馈为可转发；判定本地节点的节点状态为02和/或04，则可以反馈为不可转发并可以继续向相应方向转发，直至该方向上的任意一个环路采集节点确定自身的节点状态为非通讯故障状态和上报故障状态(即上述的第四环路采集节点)，则可以停止转发。
S504、任务控制1获得转发路径FP和目的节点ID(即第四环路采集节点ID，包括第a个环路采集节点和第b个环路采集节点)。
在一种示例性的实施例中，任务控制1接收上行方向和下行方向的反馈信息，判断上行路径和下行路径的最短路径，将转发路径FP和目的节点ID发给数据转发服务1。
在一种示例性的实施例中，上行路径可以确定为沿上行方向从环路采集节点C1(第一环路采集节点)到目的节点(即第a个环路采集节点)的路径；下行路径可以确定为沿下行方向从环路采集节点C1(第一环路采集节点)到目的节点(即第b个环路采集节点)的路径；转发路径FP即确定出的上行路径和下行路径中的最短路径。
S505、数据转发服务1将实时数据依据该目的节点ID和转发路径FP，转发给转发路径FP上的下一歌环路采集节点。
在一种示例性的实施例中，数据转发服务1将故障数据(即出现故障时需要转发的实时数据)发送给下一节点ID的数据转发服务，下一节点ID通过判断转发路径FP获取：
(1)上行方向：可以通过采集节点路由表T3获取上行节点ID。
(2)下行方向：可以通过采集节点路由表T3获取下行节点ID。
S506、目的节点(即第四环路采集节点)的数据转发服务收到数据转发服务1发送的故障数据后，可以放入本地数据转发队列。
S507、目的节点的数据任务传送故障数据到中心节点的数据接收服务。
在一种示例性的实施例中，目的节点的数据任务可以从该本地数据转发队列获取故障数据，将故障数据发送给SCADA系统中心节点的数据接收服务。
S508、将故障数据写入实时库。
在一种示例性的实施例中，SCADA系统中心节点的数据接收服务将故障数据写入实时库，完成故障数据的自动路由过程。
在一种示例性的实施例中，通过建立环网型SCADA多节点数据采集机制，不增加软硬件成本，实现了系统内部数据通讯自冗余；通过环网数据转发技术，实现网络通讯故障自动路由传输，解决数据采集和传输通讯过程中出现的通讯故障问题。
在一种示例性的实施例中，本发明实施例至少具有以下创新点：
(1)可以通过采集环网实现SCADA系统多节点采集系统冗余，以使得采集故障节点实时切换：
将多个环路采集节点形成环网互联，每个环路采集节点增加相邻环路采集节点的冗余采集任务，实现采集系统的采集任务冗余，任一环路采集节点故障不会造成采集数据丢失和损失；
(2)SCADA系统多节点采集任务可以由中心节点生成和下发：
SCADA系统的多节点采集任务可以由中心节点集中设置并下发，每个环路采集节点可以通过SCADA系统的中心节点按权限获取相应的通讯协议配置表T1和采集节点配置表T2，从而获取相应的通讯参数和采集参数等。
(3)采集的实时数据发生上报故障时可以自动路由传输：
采集的实时数据上报出现故障，即出现通讯故障，可以通过环网数据转发技术，按上行方向和/或下行方向发送数据转发请求，以请求数据转发，放并将实时数据放入数据上报工作正常的环路采集节点的数据转发队列，实现故障数据的自动路由传输。
在一种示例性的实施例中，本发明实施例至少具有以下技术效果：
(1)减少冗余采集服务器部署
通过环网互联技术实现采集冗余，减少硬件设备投资和系统部署工作量，节省了硬件成本和劳动量；
(2)采集故障可实现实时切换
能够增强采集系统的故障容错性，实现中断任一台采集服务器不会造成采集数据丢失和损失；
(3)采集任务的配置工作可在SCADA中心节点统一集中配置
采集通讯和节点参数统一在SCADA中心节点进行配置，不需要每个节点单独配置；
(4)减少每个环路采集节点到中心节点的通讯设施投资
环路采集节点上报数据到中心节点，能够通过其他采集节点自动路由传输实现，可减少部分环路采集节点到中心节点的通讯设备投入，从而进一步节省成本。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
Claims (10)
1.一种环网型数据采集与监控SCADA系统，其特征在于，所述系统包括：至少一个中心节点和分别与所述中心节点建立通讯的多个环路采集节点；
所述多个环路采集节点中任意相邻的两个环路采集节点之间建立网络直连，使所述多个环路采集节点形成环网；
所述多个环路采集节点中任意的第一环路采集节点中包括：至少一个第一采集任务模块、至少一个第二采集任务模块和至少一个第三采集任务模块；
其中，所述第一采集任务模块，用于执行所述第一环路采集节点的数据采集任务；所述第二采集任务模块，用于执行与所述第一环路采集节点相邻的第二数据采集节点的数据采集任务，作为所述第二数据采集节点的备用数据采集任务；所述第三采集任务模块，用于执行与所述第一环路采集节点相邻的第三数据采集节点的数据采集任务，作为所述第三数据采集节点的备用数据采集任务。
2.根据权利要求1所述的环网型SCADA系统，其特征在于，所述第一环路采集节点中还包括：环路通讯模块；
所述环路通讯模块，用于环路采集节点之间的数据通讯，从而实现采集的实时数据的转发和所述数据采集任务的控制。
3.根据权利要求2所述的环网型SCADA系统，其特征在于，所述中心节点包括：实时库以及与所述实时库相连的数据接收模块；
所述数据接收模块，用于接收从环路采集节点采集到的实时数据，并发送给所述实时库；
所述实时库，用于存储所述实时数据。
4.根据权利要求3所述的环网型SCADA系统，其特征在于，所述环路通讯模块包括：数据转发模块；所述数据转发模块分别与所述第一采集任务模块、所述第二采集任务模块和所述第三采集任务模块相连；所述数据转发模块与所述数据接收模块相连；
所述数据转发模块，用于接收所述第一采集任务模块、所述第二采集任务模块和/或所述第三采集任务模块采集的实时数据，并将所述实时数据转发给所述数据接收模块。
5.根据权利要求4所述的环网型SCADA系统，其特征在于，所述中心节点还包括：配置库和与所述配置库相连的配置获取模块；
所述配置获取模块，用于提供数据采集任务所需的通讯协议配置表和采集节点配置表；
所述配置库，用于存放所述通讯协议配置表和所述采集节点配置表。
6.根据权利要求5所述的环网型SCADA系统，其特征在于，所述第一采集任务模块和所述第二采集任务模块分别与所述配置获取模块相连；
所述第一采集任务模块、所述第二采集任务模块和所述第三采集任务模块还用于：在启动后向所述配置获取模块验证身份，并向所述配置获取模块获取所述通讯协议配置表和所述采集节点配置表。
7.根据权利要求6所述的环网型SCADA系统，其特征在于，
所述通讯协议配置表，用于提供SCADA系统的访问通讯设备的通讯协议配置信息；
所述采集节点配置表，用于提供SCADA系统需要获取的关于环路采集节点的节点数据配置信息。
8.根据权利要求7所述的环网型SCADA系统，其特征在于，
所述通讯协议配置信息包括：采集节点ID、通讯协议ID、通讯协议类型以及一个或多个通讯协议参数；
所述节点数据配置信息包括：所述采集节点ID、数据项名称以及一个或多个采集参数。
9.根据权利要求5所述的环网型SCADA系统，其特征在于，所述环路通讯模块还包括：任务控制模块；
所述任务控制模块分别与所述第一采集任务模块、所述第二采集任务模块、所述第三采集任务模块和所述数据转发模块相连；
所述任务控制模块，用于控制所述第一采集任务模块、所述第二采集任务模块和/或所述第三采集任务模块执行数据采集任务，并控制所述数据转发模块执行数据转发任务。
10.根据权利要求9所述的环网型SCADA系统，其特征在于，所述任务控制模块中配置有：采集节点路由表和/或采集节点状态表；
所述采集节点路由表，用于设定关于所述环网的上行方向和下行方向，并确定所述环网上的每一个环路采集节点的上行节点和下行节点；所述上行节点是指每一个环路采集节点沿所述上行方向上的下一个环路采集节点；所述下行节点是指每一个环路采集节点沿所述下行方向上的下一个环路采集节点；
所述采集节点状态表，用于实时记录并更新当前环路采集节点以及所述环网上与所述当前环路采集节点相邻的两个环路采集节点的节点状态；所述节点状态包括非采集故障状态、所述采集故障状态、非通讯故障状态和通讯故障状态。
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