CN110161950A

CN110161950A - 一种基于plc的高可靠高性能数据采集系统及方法

Info

Publication number: CN110161950A
Application number: CN201910428055.5A
Authority: CN
Inventors: 安丛
Original assignee: Beijing Information Science and Technology University
Current assignee: Beijing Information Science and Technology University
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2019-08-23

Abstract

本发明涉及一种基于PLC的高可靠高性能数据采集系统及方法，至少包括PLC、数采工控机、外部系统服务器三个模块并确定了上述三个关键模块为实现数据采集和控制而进行的交互。获取采集数据指令，然后通过数据采集心跳包判断网络状态，根据网络状态执行正常或异常处理流程，正常处理流程中通过两级缓存机制确保数据不丢失，通过打包机制实现更高效数据交互。本发明的方案，通过更可靠、更高性能方法实现了数据采集，同时具备良好的通用性和灵活性。

Description

一种基于PLC的高可靠高性能数据采集系统及方法

技术领域

本发明涉及高可靠数据采集处理技术领域，尤其涉及一种基于PLC的高可靠高性能数据采集系统及方法。

背景技术

工业互联网作为新一代信息技术和先进制造技术的深度融合的新兴事物，主要是全球工业系统与高级计算、分析、感应技术以及互联网连接融合的结果。工业互联网通过智能机器间的连接并最终将人机连接，结合软件和大数据分析，重构全球工业、激发生产力，构建更美好、更快速、更安全、更清洁且更经济的智能制造。

工业数据采集通常指利用泛在感知技术对各种工业生产设备进行实时高效采集和云端汇聚。其目的是支持设备数据远程监控，设备远程运维，设备故障报警、设备维保提醒、设备维修保养记录以及设备预测性维护等功能，帮助企业获得设备第一手数据，实时掌握设备状态，为企业服务转型、开辟新兴业务奠定基础。

PLC(可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller)是专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。

现有技术方案通常是构建装置和系统完成设备的数据采集，重点解决了协议适配问题，系统间互通问题等。随着工业互联网市场的不断发展和完善，企业对工业数据采集的实时性、可靠性和专业解决方案需求日益增强，现有系统没有给出保证这些特征要求的方法。

现有的技术方案没有较好的解决数据采集的实时性、可靠性，主要缺点包括：

一是现有系统通常通过数据库存储数据，车间内网络的不稳定性会引起设备通信中断，造成采集数据丢失。

二是现有系统在高频数据采集情况下，会造成通信网络资源占有率过高，极易造成系统数据采集瓶颈。

发明内容

为克服现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于PLC的高可靠高性能数据采集系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于PLC的高可靠高性能数据采集系统，包括若干个可编程逻辑控制器PLC、数采工控机及外部系统服务器，其中，

所述外部系统服务器，用于产生数据采集命令，并发送所述数采工控机；

所述数采工控机，用于根据所述数据采集命令，选择相应的可编程逻辑控制器PLC分配数据采集任务；将接收的数据采集结果进行缓存和处理，将处理后的数据采集结果信息打包后发送所述外部系统服务器；

所述可编程逻辑控制器PLC，用于对接各类型设备，与所述各类型设备交互，根据数据采集命令获取对应设备的运行数据，将所述运行数据缓存并发送所述数采工控机。

所述可编程逻辑控制器PLC与数采工控机之间通过发送和接收心跳包的方式，根据心跳计数确定对应网络是否正常。

所述心跳包由可编程逻辑控制器PLC向数采工控机发送；数采工控机通过对接收的心跳包进行计数，符合心跳计数时确定对应网络正常。

所述可编程逻辑控制器PLC对采集到的各类型设备的运行数据，在本地或对应的数采工控机进行第一次缓存；

所述数采工控机对所述可编程逻辑控制器PLC对采集到的各类型设备的运行数据进行本地第二次缓存。

所述数采工控机对接收到的各类型设备的运行数据进行打包处理，将打包后的数据采集结果信息通过对应的通信协议发送外部系统服务器。

所述可编程逻辑控制器PLC、数采工控机及外部系统服务器之间的数据发送和接收，分别在单独线程运行。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于PLC的高可靠高性能数据采集方法，外部系统服务器产生数据采集命令，并发送数采工控机进行数据采集；

数采工控机根据所述数据采集命令，选择相应的可编程逻辑控制器PLC分配数据采集任务；

可编程逻辑控制器PLC对接各类型设备，与所述各类型设备交互，根据数据采集命令获取对应设备的运行数据，将所述运行数据缓存并发送所述数采工控机；

所述数采工控机将接收的数据采集结果进行缓存和处理，将处理后的数据采集结果信息打包后发送所述外部系统服务器。

所述可编程逻辑控制器PLC与数采工控机之间通过发送和接收心跳包的方式，根据心跳计数确定对应网络是否正常；

本发明的有益效果是：提供了一种基于PLC的高可靠高性能数据采集方法及系统。解决了数据采集的实时性、可靠性的问题，至少包括PLC、数采工控机、外部系统服务器三个模块并确定了上述三个关键模块为实现数据采集和控制而进行的交互。获取采集数据指令，然后通过数据采集心跳包判断网络状态，根据网络状态执行正常或异常处理流程，正常处理流程中通过两级缓存机制确保数据不丢失，通过打包机制实现更高效数据交互。本发明的方案，通过更可靠、更高性能方法实现了数据采集，同时具备良好的通用性和灵活性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于PLC的高可靠高性能数据采集系统逻辑结构示意图。

图2为本发明实施例提供的基于PLC的高可靠高性能数据采集系统数据采集流程示意图。

图3为本发明实施例提供的基于PLC的高可靠高性能数据采集系统两级缓存执行原理示意图。

图4为本发明实施例提供的基于PLC的高可靠高性能数据采集系统数据打包机制原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

现有的技术方案没有较好的解决数据采集的实时性、可靠性，主要缺点由两个：一是现有系统通常通过数据库存储数据，车间内网络的不稳定性会引起设备通信中断，造成采集数据丢失。二是现有系统在高频数据采集情况下，会造成通信网络资源占有率过高，极易造成系统数据采集瓶颈。本发明正是解决这一问题的方案。

本实施例提供一种基于PLC的高可靠高性能数据采集系统，如图1所示，核心部件包括PLC、数采工控机、外部系统服务器三部分。各自功能如下：

PLC：通过PLC可编程逻辑控制器对接各类型设备，并完成协议适配，实现与设备的交互，同时通过PLC进行交互数据的一级缓存。

数采工控机：数采逻辑的主要运行环境，通常部署在车间，对上获取工作指令并返回数据采集结果，对下通过与PLC交互实现对设备的数据采集和控制。

外部系统服务器：需要与数据采集系统对接的工厂内其他生产系统。

实际上，PLC可以是多个，与需要采集数据的设备相对应。

图1中，通过设备层、数据采集处理逻辑层、外部系统层来进行结构划分。设备层对应于PLC，用于数据采集。数据采集处理逻辑层对应于工控机(数采工控机)，用于进行采集逻辑的控制。外部系统层对应于外部系统的云环境，用户对接外部系统，生成采集指令等。

实际的流程中，外部系统层统一管理各个平台、MES/ERP等其它系统，生成数据采集指令并发送数据采集处理逻辑层，通过数据开放接口连接。逻辑层还包括业务逻辑控制包用以控制数据采集逻辑；心跳链路包用以控制心跳计数以确定网络质量；还有异常处理程序以及用以缓存数据的PLC离线缓存和本地数据库，用于两次缓存设备运行数据。设备层则主要包括PLC，用于定义采集逻辑，并通过拧紧器、夹具等固定在机床、机械臂等外部设备上，对接采集数据。

其交互流程可以如图2所示，其中，

1)采集指令下发

从外部系统获取指令，即需要采集的数据内容。

2)数据采集心跳包判断网络状态

通过心跳包判断网络状态，即通过心跳计数是否符合预期实现对网络的侦测。如果网络不正常，则进入异常处理流程。

3)执行数据采集并完成PLC本地数据缓存

如果网络正常，则发送数据采集指令到PLC，获得数据并进行一级缓存。此时会通过通信包打包机制完成具体通信交互。

4)数据写入本地数据库

写入本地工控机数据库进行二级缓存。

5)数据上报外部系统

正确数据上报外部系统并执行后续采集指令。

如图3所示，本实施例中PLC本地缓存和数据库“两级缓存”确保数据极端情况下不丢失。

通过PLC控制器上，配合数采平台的离线缓存模式，实现双缓存模式，实现在极端最差情况下保证数据的完整和可靠性。

图3中，PLC在确定数采平台在线时，采集数据并发送数采平台缓存数据。否则，本地缓存记录，并在缓存溢出时候告警。

如图4所示，本实施例通过通信数据打包机制降低网络负载。基于高效稳定的PLC控制系统数据交互链路，数据采集框架的设备驱动为抛开了当前一些传统的通用理念，对与各种设备通讯的接口进行了高度的抽象和模块化，同时具备如下特性：

数据的发送和接收在单独线程运行，通过线程同步完成高效的数据通信方式；

自动PACKER，有效的自动组合小数据包为大数据包，高效优化通信速率。

传统模式中的数据是单一通信包，需要多次通信，本实施例中通过对单一通信包的自动打包处理，一次通信完成多个通信数据的发送。

实际上，本实施例还具有如下特点：

1)心跳包设计侦测网络状态提高容错能力

独特数据包实现兼容标准协议的同时增加了心跳PING机制，确保与底层PLC通讯的稳定性。

2)业务逻辑插件机制

在更新或者修改系统时，以插件的模式并且基于保障现有系统稳定工作的前提下进行，避免了传统模式在主系统里更新修改所造成的遗留隐患的情况，对工厂自动化应用来说是安全可靠的。所有的改造工作在安全、稳定的基础上进行，将对生产的影响降至最低。

本实施例提供了一种LNG罐箱智能链路切换方法，所述方法包括：

外部系统服务器产生数据采集命令，并发送数采工控机进行数据采集；

本发明提供了一种基于PLC的高可靠高性能数据采集方法及其系统。该系统和方法解决了如何实现数据采集的实时性、可靠性的实际问题。系统具有独特的体系结构和技术流程。

体系结构方面，至少包括PLC、工控机、外部系统云环境服务器三个模块。各模块的功能介绍如下：

技术流程方面，规定了上述三个关键模块为实现数据采集和控制而进行的交互。简单地说，就是获取采集数据指令，然后通过数据采集心跳包判断网络状态，根据网络状态执行正常或异常处理流程，正常处理流程中通过两级缓存机制确保数据不丢失，通过打包机制实现更高效数据交互。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底””、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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

1.一种基于PLC的高可靠高性能数据采集系统，其特征在于，包括若干个可编程逻辑控制器PLC、数采工控机及外部系统服务器，其中，

2.根据权利要求1所述的基于PLC的高可靠高性能数据采集系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器PLC与数采工控机之间通过发送和接收心跳包的方式，根据心跳计数确定对应网络是否正常。

3.根据权利要求2所述的基于PLC的高可靠高性能数据采集系统，其特征在于，所述心跳包由可编程逻辑控制器PLC向数采工控机发送；数采工控机通过对接收的心跳包进行计数，符合心跳计数时确定对应网络正常。

4.根据权利要求1所述的基于PLC的高可靠高性能数据采集系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器PLC对采集到的各类型设备的运行数据，在本地或对应的数采工控机进行第一次缓存；

5.根据权利要求4所述的基于PLC的高可靠高性能数据采集系统，其特征在于，所述数采工控机对接收到的各类型设备的运行数据进行打包处理，将打包后的数据采集结果信息通过对应的通信协议发送外部系统服务器。

6.根据权利要求1所述的基于PLC的高可靠高性能数据采集系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器PLC、数采工控机及外部系统服务器之间的数据发送和接收，分别在单独线程运行。

7.一种基于PLC的高可靠高性能数据采集方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的基于PLC的高可靠高性能数据采集方法，其特征在于，所述可编程逻辑控制器PLC与数采工控机之间通过发送和接收心跳包的方式，根据心跳计数确定对应网络是否正常；

9.根据权利要求7所述的基于PLC的高可靠高性能数据采集方法，其特征在于，所述可编程逻辑控制器PLC对采集到的各类型设备的运行数据，在本地或对应的数采工控机进行第一次缓存；

10.根据权利要求7所述的基于PLC的高可靠高性能数据采集方法，其特征在于，所述数采工控机对接收到的各类型设备的运行数据进行打包处理，将打包后的数据采集结果信息通过对应的通信协议发送外部系统服务器。