CN111444146B - 一种核电机组dcs数据采集与存储方法 - Google Patents

一种核电机组dcs数据采集与存储方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及数据采集与存储技术领域，具体公开了一种核电机组DCS数据采集与存储方法。该方法包括：1、DCS系统发送DCS过程数据；2、启动DCS数据采集，并监听存在UDP报文达到时，接收DCS数据并存储至本地消息队列中；3、从消息队列中取出DCS数据，并存入数据库系统，如存入失败，则将数据存入缓冲文件中，并后续继续存入数据库。本方法采用通道冗余的方式采集DCS系统发送的数据；采用缓存文件的方式保证数据的连续性，使用进程和资源监控的方式来实时监控关键进程的状态以及资源使用情况，当进程运行和资源使用出现异常时进行告警，及时通知用户并进行必要的故障处理。

Description

一种核电机组DCS数据采集与存储方法
技术领域
本发明属于数据采集与存储技术领域，具体涉及一种核电机组DCS数据采集与存储方法。
背景技术
核电机组DCS系统是用于核电生产过程自动化领域的计算机控制系统。每时每刻都会产生大量的过程数据。为了对核电生产过程进行有效管理，需要实时地收集这些数据并将它们存储至专门的历史数据库(比如：PI数据库系统)中，留待以后使用。由于数据重要且规模巨大，设计有效的方法进行数据采集和存储成为了亟待解决的问题。
为了保障DCS数据采集过程以及存储数据至PI数据库过程的安全性、高效性和稳定性，需要设计专门的数据采集和存储方案以及故障处理方法，同时，为了保证系统的健壮性，还应提供可靠的进程和接口异常检测机制，及时发现系统异常并进行告警提示，确保问题能够及时得到处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核电机组DCS数据采集与存储方法，解决核电机组DCS数据安全、高效、稳定的采集与存储问题。
本发明的技术方案如下：一种核电机组DCS数据采集与存储方法，该方法具体如下步骤：
步骤1、DCS系统发送DCS过程数据；
步骤2、启动DCS数据采集，并监听存在UDP报文达到时，接收DCS数据并存储至本地消息队列中；
步骤3、从消息队列中取出DCS数据，并存入数据库系统，如存入失败，则将数据存入缓冲文件中，并后续继续存入数据库。
所述的步骤2具体包括：
步骤2.1、启动DCS数据采集进程；
步骤2.2、创建消息队列，创建共享内存，并初始化共享内存；
创建消息队列，用于存放接收到的DCS数据；
步骤2.3、数据采集进程时刻监听数据接收端口；
步骤2.4、在给定的时间内，如果有数据到达，则接收数据，并判断数据的有效性；
步骤2.5、在给定的时间内，如果没有数据到达，则转至步骤2.3继续监听数据接收端口。
所述的步骤2.4具体为：
在给定的时间内，如果有数据达到，则接收数据，并将其存入本地消息队列中，并转至步骤2.3继续监听数据接收端口。
所述的步骤2中创建的共享内存还存在XU状态监控流程为：
在创建的共享内存中存放XU状态和PI接口状态信息；初始化共享内存，并将XU状态值和PI接口状态值置为0；
在给定的时间内，如果有数据达到，则接收数据，并将共享内存中XU状态的标志值置为1；如果没有数据达到，将共享内存中XU状态的标志值置为0。
所述的步骤3具体包括：
步骤3.1、检查是否存在用于存放DCS数据的缓存文件；
检查磁盘特定目录中是否存在用来存放DCS数据的缓存文件，若不存在，则新建该缓存文件；
步骤3.2、从消息队列取出DCS数据，并处理数据后写入数据库；
从本地消息队列取出DCS数据，并对DCS数据进行格式整理后，将格式化的数据写入PI数据库；
步骤3.3、检验DCS数据是否成功写入数据库。
所述的步骤3.3中检验DCS数据是否成功写入数据库的具体步骤为：
步骤3.3.1、若格式化的DCS数据写入成功时，将共享内存中表示PI数据库接口状态的标志值置为1；检查步骤3.1中的缓存文件是否有数据，如果有，则将缓存文件中的数据写入PI数据库，否则，转至步骤3.2；
步骤3.3.2、若格式化的DCS数据写入失败时，将共享内存中表示PI数据库接口状态的标志值置为0；将取出的DCS数据写入缓存文件中，并转至步骤3.2。
该方法还包括步骤4：实时监控数据采集进程、DCS数据写入数据库进程的状态及资源使用情况，并在发生异常时进行告警及故障处理；
步骤4.1、获取待监控进程列表信息；
步骤4.2、获取所有待监控进程的运行状态信息；
步骤4.3、对监控进程是否正常进行判断，并在进程运行异常时，发送告警信息并进行故障处理；
步骤4.4、若监控进程运行状态正常，获取待监控进程的资源使用信息；
步骤4.5、判断资源使用是否超过限制，确定是否完成本轮所有待监控进程的监控。
所述的步骤4.5具体包括：
步骤4.5.1、判断待监控进程的资源使用信息是否超过限制，并在超过限制时，发送告警信息至监控界面或者发送告警邮件至运维邮箱；
步骤4.5.2、判断是否完成本轮所有待监控进程的监控，并在完成所有待监控进程的监控时，进行下一轮进程监控。
所述的DCS数据采集系统中设有两个外部单元模块XU，并通过XUtoUDP进程向隔离网闸外侧发送DCS过程数据，任意过程数据发送相同的两份数据，并利用数据采集进程时刻监听数据接收端口。
所述的步骤2.4中在给定的时间内，如果有数据到达，则接收数据，并判断数据的有效性的具体步骤为：
在给定的时间内，如果有数据达到，则接收数据，并将共享内存中XU状态的标志值置为1；同时，检查接收到的数据是否已经收到，如果是，则将该条数据丢弃，避免重复写入，并转至步骤2.3继续监听数据接收端口；否则，接收该数据，并将其存入本地消息队列中，并转至步骤2.3继续监听数据接收端口。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种一种核电机组DCS数据采集与存储方法具有以下优点：(1)采用隔离网闸进行通信隔离，数据只能进行单向传输：从DCS系统侧传输至隔离网闸外侧，外侧数据无法通过网闸传输至DCS系统一侧，具有可靠的安全机制；(2)采用通道冗余的方式采集DCS系统发送的数据，如果其中一个通道发生故障，不影响DCS数据的正常采集；(3)采用缓存文件的方式保证数据的连续性，当DCS数据写入PI数据库发生异常时，DCS数据会写入专门的缓存文件中，当写入恢复正常时，缓存文件中的数据又会被写入PI数据库中；(4)使用进程和资源监控的方式来实时监控关键进程的状态以及资源使用情况，当进程运行和资源使用出现异常时进行告警，及时通知用户并进行必要的故障处理。
附图说明
图1为本发明所述的一种核电机组DCS数据采集与存储方法中DCS数据采集流程示意图；
图2为本发明所述的一种核电机组DCS数据采集与存储方法中DCS数据采集通道冗余示意图；
图3为本发明所述的一种核电机组DCS数据采集与存储方法中DCS数据存储至PI数据库系统的流程示意图；
图4为本发明所述的一种核电机组DCS数据采集与存储方法中进程监控流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
为了更好地描述本发明，对本发明所涉及的专业术语进行说明。
DCS：Distributed Control System，分散式控制系统，是一种控制功能分散显示、操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的计算机控制系统。
PI：Plant Information System，用于工厂数据自动采集、存储和监视的实时/历史数据库。
XU：external Unit，DCS系统的外部单元模块，通过该模块，DCS系统的数据可以传送至第三方系统。
XUtoUDP：软件程序，用来从XU中请求过程数据，传输至UDP数据包并将数据包发送至本地网络中。
如图1～4所示，一种核电机组DCS数据采集与存储方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、DCS系统发送DCS过程数据；
DCS系统通过两个互为冗余关系的外部单元模块XU，同时发送DCS过程数据；
步骤2、启动DCS数据采集，并监听存在UDP报文达到时，接收DCS数据并存储至本地消息队列中；
步骤2.1、启动DCS数据采集进程；
步骤2.2、创建消息队列，创建共享内存，并初始化共享内存；
创建消息队列，用于存放接收到的DCS数据；创建共享内存，用于存放XU状态和PI接口状态信息；初始化共享内存，并将XU状态值和PI接口状态值置为0；
步骤2.3、数据采集进程时刻监听数据接收端口；
DCS系统一侧部署两个外部单元模块XU，其通过XUtoUDP进程向隔离网闸外侧发送DCS过程数据，任意过程数据发送相同的两份数据，并利用数据采集进程时刻监听数据接收端口；
步骤2.4、在给定的时间内，如果有数据到达，则接收数据，并判断数据的有效性；
在给定的时间内，如果有数据达到，则接收数据，并将共享内存中XU状态的标志值置为1；同时，检查接收到的数据是否已经收到，如果是，则将该条数据丢弃，避免重复写入，并转至步骤2.3继续监听数据接收端口；否则，接收该数据，并将其存入本地消息队列中，并转至步骤2.3继续监听数据接收端口；
步骤2.5、在给定的时间内，如果没有数据到达，则转至步骤2.3继续监听数据接收端口；
在给定的时间内，如果没有数据达到，则将共享内存中XU状态的标志值置为0，转至步骤2.3继续监听数据接收端口；
步骤3、从消息队列中取出DCS数据，并存入数据库系统，如存入失败，则将数据存入缓冲文件中；
步骤3.1、检查是否存在用于存放DCS数据的缓存文件；
检查磁盘特定目录中是否存在用来存放DCS数据的缓存文件，若不存在，则新建该缓存文件；
步骤3.2、从消息队列取出DCS数据，并处理数据后写入数据库；
从本地消息队列取出DCS数据，并对DCS数据进行格式整理后，将格式化的数据写入PI数据库；
步骤3.3、检验DCS数据是否成功写入数据库；
步骤3.3.1、若格式化的DCS数据写入成功时，将共享内存中表示PI数据库接口状态的标志值置为1；检查步骤3.1中的缓存文件是否有数据，如果有，则将缓存文件中的数据写入PI数据库，否则，转至步骤3.2；
步骤3.3.2、若格式化的DCS数据写入失败时，将共享内存中表示PI数据库接口状态的标志值置为0；将取出的DCS数据写入缓存文件中，并转至步骤3.2；
步骤4、实时监控数据采集进程、DCS数据写入数据库进程的状态及资源使用情况，并在发生异常时进行告警及故障处理；
步骤4.1、获取待监控进程列表信息；
步骤4.2、获取所有待监控进程的运行状态信息；
步骤4.3、对监控进程是否正常进行判断，并在进程运行异常时，发送告警信息并进行故障处理；
判断进程运行是否正常，若进程运行异常时，发送告警信息，并重新启动该进程，进行下一轮进程监控；
步骤4.4、若监控进程运行状态正常，获取待监控进程的资源使用信息；
获取待监控进程的CPU、内存等资源使用信息；
步骤4.5、判断资源使用是否超过限制，确定是否完成本轮所有待监控进程的监控；
步骤4.5.1、判断待监控进程的资源使用信息是否超过限制，并在超过限制时，发送告警信息至监控界面或者发送告警邮件至运维邮箱；
步骤4.5.2、判断是否完成本轮所有待监控进程的监控，并在完成所有待监控进程的监控时，进行下一轮进程监控。

Claims (6)

1.一种核电机组DCS数据采集与存储方法，其特征在于：该方法具体如下步骤：
步骤1、DCS系统发送DCS过程数据；
步骤2、启动DCS数据采集，并监听存在UDP报文达到时，接收DCS数据并存储至本地消息队列中；
步骤2.1、启动DCS数据采集进程；
步骤2.2、创建消息队列，创建共享内存，并初始化共享内存；
创建消息队列，用于存放接收到的DCS数据；
步骤2.3、数据采集进程时刻监听数据接收端口；
步骤2.4、在给定的时间内，如果有数据到达，则接收数据，并判断数据的有效性；
步骤2.5、在给定的时间内，如果没有数据到达，则转至步骤2.3继续监听数据接收端口；
在创建的共享内存中存放XU状态和PI接口状态信息；初始化共享内存，并将XU状态值和PI接口状态值置为0；
在给定的时间内，如果有数据达到，则接收数据，并将共享内存中XU状态的标志值置为1；如果没有数据达到，将共享内存中XU状态的标志值置为0；
步骤3、从消息队列中取出DCS数据，并存入数据库系统，如存入失败，则将数据存入缓冲文件中，并后续继续存入数据库；
步骤3.1、检查是否存在用于存放DCS数据的缓存文件；
检查磁盘特定目录中是否存在用来存放DCS数据的缓存文件，若不存在，则新建该缓存文件；
步骤3.2、从消息队列取出DCS数据，并处理数据后写入数据库；
从本地消息队列取出DCS数据，并对DCS数据进行格式整理后，将格式化的数据写入PI数据库；
步骤3.3、检验DCS数据是否成功写入数据库；
所述的DCS数据采集系统中设有两个外部单元模块XU，并通过XUtoUDP进程向隔离网闸外侧发送DCS过程数据，任意过程数据发送相同的两份数据，并利用数据采集进程时刻监听数据接收端口。
2.根据权利要求1所述的一种核电机组DCS数据采集与存储方法，其特征在于：所述的步骤2.4具体为：
在给定的时间内，如果有数据达到，则接收数据，并将其存入本地消息队列中，并转至步骤2.3继续监听数据接收端口。
3.根据权利要求1所述的一种核电机组DCS数据采集与存储方法，其特征在于：所述的步骤3.3中检验DCS数据是否成功写入数据库的具体步骤为：
步骤3.3.1、若格式化的DCS数据写入成功时，将共享内存中表示PI数据库接口状态的标志值置为1；检查步骤3.1中的缓存文件是否有数据，如果有，则将缓存文件中的数据写入PI数据库，否则，转至步骤3.2；
步骤3.3.2、若格式化的DCS数据写入失败时，将共享内存中表示PI数据库接口状态的标志值置为0；将取出的DCS数据写入缓存文件中，并转至步骤3.2。
4.根据权利要求1所述的一种核电机组DCS数据采集与存储方法，其特征在于：该方法还包括步骤4：实时监控数据采集进程、DCS数据写入数据库进程的状态及资源使用情况，并在发生异常时进行告警及故障处理；
步骤4.1、获取待监控进程列表信息；
步骤4.2、获取所有待监控进程的运行状态信息；
步骤4.3、对监控进程是否正常进行判断，并在进程运行异常时，发送告警信息并进行故障处理；
步骤4.4、若监控进程运行状态正常，获取待监控进程的资源使用信息；
步骤4.5、判断资源使用是否超过限制，确定是否完成本轮所有待监控进程的监控。
5.根据权利要求4所述的一种核电机组DCS数据采集与存储方法，其特征在于：所述的步骤4.5具体包括：
步骤4.5.1、判断待监控进程的资源使用信息是否超过限制，并在超过限制时，发送告警信息至监控界面或者发送告警邮件至运维邮箱；
步骤4.5.2、判断是否完成本轮所有待监控进程的监控，并在完成所有待监控进程的监控时，进行下一轮进程监控。
6.根据权利要求1所述的一种核电机组DCS数据采集与存储方法，其特征在于：所述的步骤2.4中在给定的时间内，如果有数据到达，则接收数据，并判断数据的有效性的具体步骤为：
在给定的时间内，如果有数据达到，则接收数据，并将共享内存中XU状态的标志值置为1；同时，检查接收到的数据是否已经收到，如果是，则将该条数据丢弃，避免重复写入，并转至步骤2.3继续监听数据接收端口；否则，接收该数据，并将其存入本地消息队列中，并转至步骤2.3继续监听数据接收端口。
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