CN111506360A - 一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法，实时数据库用于保存实时数据处理系统所有数据标签的实时数据，并提供访问数据标签对应实时数据的接口；数据标签定义器，用于创建数据标签，并定义外部设备数据与数据标签的映射关系；设备管理器，用于管理所有的外部设备类型和所接入的外部设备，并提供用户配置接口用于配置外部设备参数；设备驱动用于同外部设备的进行通信和数据交互，每一类设备有一个与其对应的设备驱动；设备驱动执行器，用于调用设备驱动中的相关接口，实现对外部设备的访问。本发明保证了整个实时数据处理系统的连续稳定运行。

Description

一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法

技术领域

本发明涉及一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法，属于工业自动化控制技术领域。

背景技术

实时数据处理系统，是以计算机为基础的生产过程控制与自动化系统。它对现场的运行设备进行监视和控制，实现数据采集，设备控制，测量，参数调节等功能，是功能强大的计算机远程控制与数据采集系统；它综合了计算机技术，控制技术，通信与网络技术，完成了对测控点分散的各种过程和设备的实时数据采集，本地或远程的自动控制，以及生产过程的全面实时监控，并为安全生产、调度、管理、优化和故障诊断提供必要和完整的数据及技术手段。

目前，实时数据处理系统支持主流的工业控制通讯协议或针对专用设备的定制的专用数据通讯协议，但是面临接入新的设备或者新的协议时，往往需要重新编写设备通讯协议，并编译整个系统，重新部署；一些支持独立插件作为设备驱动的系统，接入新的外部设备或者某些设备的参数变更时，往往需要载入设备驱动，并重新启动整个系统，重新初始化，影响了整个系统的连续稳定运行；在一些重要的控制场合，在系统重启复位的时间内，存在数据中断和系统失控状态，造成不必要的损失。

发明内容

目的：为了解决现有实时数据处理系统面临接入新的设备或者新的协议时，往往需要重新编写设备通讯协议，并编译整个系统，重新部署，一些支持独立插件作为设备驱动的系统，接入新的外部设备或者某些设备的参数变更时，往往需要载入设备驱动，并重新启动整个系统，重新初始化，影响了整个实时数据处理系统的连续稳定运行的问题，本发明提供一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法，包括实时数据库，数据标签定义器，设备管理器，设备驱动执行器和设备驱动；

所述的实时数据库，用于保存实时数据处理系统所有数据标签的实时数据，并提供访问数据标签对应实时数据的接口；

所述的数据标签定义器，用于创建数据标签，并定义外部设备数据与数据标签的映射关系；

所述的设备管理器，用于管理所有的外部设备类型和所接入的外部设备，并提供用户配置接口用于配置外部设备参数；

所述的设备驱动用于同外部设备的进行通信和数据交互，每一类设备有一个与其对应的设备驱动，设备驱动包括三个层次模块分别为：设备公用层，设备实例层和数据访问层；

所述的设备驱动执行器，用于在所述设备接入系统运行的不同阶段或检测到所述的设备管理器发出的新建设备、变更设备、删除设备信号时，调用设备驱动中的相关接口，实现对外部设备的访问。

作为优选方案，所述的设备管理器包含实时数据处理系统所支持的外部设备类型列表DevTypeList和所接入每一类设备的外部设备列表DevList；

所述的设备管理器设计有表示外部设备配置变更的信号，其中，变更的信号包括：信号sigNewDev表示新建设备；信号sigModDev表示更新设备配置，信号sigDelDev表示删除设备；变更的信号还包括了外部设备类型、ID和配置信息；

所述的设备管理器检查到用户通过用户配置接口配置了新的设备或所述的设备驱动执行器探测到连接了新的设备时，设备管理器产生sigNewDev信号，并更新新的设备对应的外部设备列表DevList；检查到用户通过用户配置接口更改设备的参数和配置时，产生sigModDev信号；检查到用户通过用户配置接口删除设备时，产生sigDelDev信号，并更新删除设备对应的外部设备列表DevList。

作为优选方案，所述的设备公用层设计有Init接口，Exit接口，Detect接口，所述的设备实例层设计有Open接口，Close接口，所述的数据访问层设计有Read接口，Write接口，Subscribe接口和DataArrival接口；

设备公用层用于同类设备的共有操作，其中，Init接口用于同类设备共有初始化操作，Exit接口用于释放Init接口申请或者打开的资源，Detect接口用于广播探测报文，动态探测接入的同类设备；

设备实例层用于同类设备中，每一个设备初始化和结束操作，其中，Open接口初始化单个设备，Close接口关闭单个设备，并释放Open接口申请的资源；

数据访问层用于同类设备中，对每一个设备读写操作，Read接口从外部设备采集数据，并根据所述的数据标签定义器中定义的外部设备数据与数据标签的映射关系，获得数据标签，更新数据标签的实时数据，保存到所述的实时数据库中；Write接口根据所述的数据标签定义器中定义的外部设备数据与数据标签的映射关系，从所述的实时数据库中获取数据标签的实时数据并向外部设备输出；Subscribe接口向外部设备订阅数据，DataArrival接口在订阅的外部设备数据变化时，收到外部设备数据，并根据所述的数据标签定义器中定义的外部设备数据与数据标签的映射关系，获得数据标签，更新数据标签的实时数据，保存到所述的实时数据库中。

作为优选方案，所述的设备驱动执行器，用于在所述设备接入系统运行的不同阶段调用设备驱动中的相关接口，实现对外部设备的访问，具体步骤如下：

设备接入系统启动时，设备驱动执行器依次调用设备管理器的DevTypeList中的每一类设备的Init接口，进行该类设备的初始化操作；依次调用设备管理器每一类设备DevList中的每个设备的Open接口，初始化设备，依次调用每个设备的Subscribe接口订阅数据；

设备接入系统运行期间，设备驱动执行器周期性调用设备管理器每一类设备的DevList中的每个设备的Read接口，Write接口，采集、输出数据；设备驱动执行器周期性调用设备管理器的DevTypeList中的每一类设备Detect接口，向设备出发包含该类型设备协议特性的动态探测数据，新上线外部设备在收到设备接入系统发出探测信息后，回复设备连接信息，并由所述的设备管理器产生sigNewDev信号；

设备接入系统退出时，设备驱动执行器依次调用设备管理器的每一类设备DevList中每一个设备的Close接口，关闭设备，释放Open接口中申请的资源；依次调用设备管理器中DevTypeList中的每一类设备的Exit接口，释放Init接口申请的资源。

作为优选方案，所述的设备驱动执行器，检测到所述的设备管理器发出的新建设备、变更设备、删除设备信号时，调用设备驱动中的相关接口，实现对外部设备的访问，具体步骤如下：

在检测到设备管理器的sigNewDev信号时，所述的设备驱动执行器，获得信号包含的设备类型和ID，调用设备的Open接口；

在检测到设备管理器的sigModDev信号时，所述的设备驱动执行器，获得信号包含的设备类型和ID，调用设备的Close接口，并重新调用该设备Open接口，更新设备配置；

在检测到的sigDelDev信号时，所述的设备驱动执行器，获得信号包含的设备类型和ID，调用设备的Close接口。

设备接入系统的接入方法，包括如下步骤：

步骤一：在设备管理器中，配置实时数据处理系统所需访问的外部设备及其参数；

步骤二：在数据标签定义器中，建立数据标签，及与外部设备实时数据的映射关系；

步骤三：实时数据库加载所定义的数据标签，并行启动并执行任务Ta、任务Tb；

步骤四：依次执行每个设备的Close接口，关闭设备，执行每一类设备的Exit接口，退出系统。

作为优选方案，步骤3具体步骤如下：具体步骤如下：

任务Ta：设备管理器周期性检查外部设备配置，在加入新的设备时，产生sigNewDev信号，在更改设备的参数和配置时，产生sigModDev信号，在删除设备时，产生sigDelDev信号；

任务Tb：获得设备类型列表，调用每一类设备的Init接口，获得每一类设备的设备列表，依次调用每个设备的Open接口和Subscribe接口，循环执行以下步骤：

A1) 依次调用每个设备的Read接口，将外部设备采集的实时数据存储到实时数据库；

A2）依次调用每个设备的Write接口，将实时数据库的输出数据发送到外部设备；

A3) 依次调用每一类设备的Detect接口，动态探测新接入外部设备，检测到外部设备时，调用新接入设备的Open接口和Subscribe接口；

A4）检测表示设备配置变化的信号，当检测到sigNewDev信号时，调用该设备的Open接口；在检测到sigModDev信号时，调用该设备的Close接口，并重新调用该设备Open接口；在检测到sigDelDev信号时，调用该设备的Close接口。

有益效果：本发明提供的一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法，当实时数据处理系统需要接入新的设备类型时，只需要按照驱动定义模板，在对应的操作系统平台上编译为相关平台的驱动插件，通过设备接入系统提供的设备管理器，导入到实时数据处理系统中；在接入新的设备时，只需要配置好设备，并定义该设备的数据标签，即可以访问该外部设备；支持订阅发布模式和轮询模式等方式的访问，支持动态设备探测，即插即用，而不需要重新编译或重新启动整个实时数据处理系统，保证了整个实时数据处理系统的连续稳定运行。

附图说明

图1为本发明的设备接入系统的结构示意图；

图2为本发明流程图及即插即用实现原理的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种实时数据处理系统的外部设备接入系统，包括实时数据库，数据标签定义器，设备管理器，设备驱动执行器和设备驱动；

所述的实时数据库，用于保存实时数据处理系统所有数据标签的实时数据，并提供访问数据标签对应实时数据的接口；

所述的数据标签定义器，用于创建数据标签，并定义外部设备数据与数据标签的映射关系；

所述的设备管理器，用于管理所有的外部设备类型和所接入的外部设备，并提供用户配置接口用于配置外部设备参数；

所述的设备管理器包含实时数据处理系统所支持的外部设备类型列表DevTypeList和所接入每一类设备的外部设备列表DevList；

所述的设备管理器设计有表示外部设备配置变更的信号，其中，变更的信号包括：信号sigNewDev表示新建设备；信号sigModDev表示更新设备配置，信号sigDelDev表示删除设备；变更的信号还包括了外部设备类型、ID和配置信息。

所述的设备管理器检查到用户通过用户配置接口配置了新的设备或所述的设备驱动执行器探测到连接了新的设备时，设备管理器产生sigNewDev信号，并更新新的设备对应的外部设备列表DevList；检查到用户通过用户配置接口更改设备的参数和配置时，产生sigModDev信号；检查到用户通过用户配置接口删除设备时，产生sigDelDev信号，并更新删除设备对应的外部设备列表DevList；

所述的设备驱动用于同外部设备的进行通信和数据交互，每一类设备有一个与其对应的设备驱动，设备驱动包括三个层次模块分别为：设备公用层，设备实例层和数据访问层；

所述的设备公用层设计有Init接口，Exit接口，Detect接口，所述的设备实例层设计有Open接口，Close接口，所述的数据访问层设计有Read接口，Write接口，Subscribe接口和DataArrival接口；

设备公用层用于同类设备的共有操作，其中，Init接口用于同类设备共有初始化操作（如接入若干以太网通讯设备时，进行Socket的初始化的操作），Exit接口用于释放Init接口申请或者打开的资源，Detect接口用于广播探测报文，动态探测接入的同类设备；

设备实例层用于同类设备中，每一个设备初始化和结束操作，其中，Open接口初始化单个设备，Close接口关闭单个设备，并释放Open接口申请的资源；

数据访问层用于同类设备中，对每一个设备读写操作，Read接口从外部设备采集数据，并根据所述的数据标签定义器中定义的外部设备数据与数据标签的映射关系，获得数据标签，更新数据标签的实时数据，保存到所述的实时数据库中；Write接口根据所述的数据标签定义器中定义的外部设备数据与数据标签的映射关系，从所述的实时数据库中获取数据标签的实时数据并向外部设备输出；Subscribe接口向外部设备订阅数据，DataArrival接口在订阅的外部设备数据变化时，收到外部设备数据，并根据所述的数据标签定义器中定义的外部设备数据与数据标签的映射关系，获得数据标签，更新数据标签的实时数据，保存到所述的实时数据库中。

所述的设备驱动执行器，用于在所述设备接入系统运行的不同阶段或检测到所述的设备管理器发出的新建设备、变更设备、删除设备信号时，调用设备驱动中的相关接口，实现对外部设备的访问。

设备接入系统启动时，设备驱动执行器依次调用设备管理器的DevTypeList中的每一类设备的Init接口，进行该类设备的初始化操作；依次调用设备管理器每一类设备DevList中的每个设备的Open接口，初始化设备，依次调用每个设备的Subscribe接口订阅数据。

设备接入系统运行期间，设备驱动执行器周期性调用设备管理器每一类设备的DevList中的每个设备的Read接口，Write接口，采集、输出数据；设备驱动执行器周期性调用设备管理器的DevTypeList中的每一类设备Detect接口，向设备出发包含该类型设备协议特性的动态探测数据，新上线外部设备在收到设备接入系统发出探测信息后，回复设备连接信息，并由所述的设备管理器产生sigNewDev信号。

设备接入系统退出时，设备驱动执行器依次调用设备管理器的每一类设备DevList中每一个设备的Close接口，关闭设备，释放Open接口中申请的资源；依次调用设备管理器中DevTypeList中的每一类设备的Exit接口，释放Init接口申请的资源。

在检测到设备管理器的sigNewDev信号时，所述的设备驱动执行器，获得信号包含的设备类型和ID，调用设备的Open接口。

在检测到设备管理器的sigModDev信号时，所述的设备驱动执行器，获得信号包含的设备类型和ID，调用设备的Close接口，并重新调用该设备Open接口，更新设备配置。

在检测到的sigDelDev信号时，所述的设备驱动执行器，获得信号包含的设备类型和ID，调用设备的Close接口。

如图2所示，一种实时数据处理系统的外部设备接入方法，包含以下步骤：

步骤一：在设备管理器中，配置实时数据处理系统所需访问的外部设备及其参数；

步骤二：在数据标签定义器中，建立数据标签，及与外部设备实时数据的映射关系；

步骤三：实时数据库加载所定义的数据标签，并行启动并执行任务Ta、任务Tb，具体步骤如下：

任务Ta：设备管理器周期性检查外部设备配置，在加入新的设备时，产生sigNewDev信号，在更改设备的参数和配置时，产生sigModDev信号，在删除设备时，产生sigDelDev信号；

任务Tb：获得设备类型列表，调用每一类设备的Init接口，获得每一类设备的设备列表，依次调用每个设备的Open接口和Subscribe接口，循环执行以下步骤：

A1) 依次调用每个设备的Read接口，将外部设备采集的实时数据存储到实时数据库；

A2）依次调用每个设备的Write接口，将实时数据库的输出数据发送到外部设备；

A3) 依次调用每一类设备的Detect接口，动态探测新接入外部设备，检测到外部设备时，调用新接入设备的Open接口和Subscribe接口；

A4）检测表示设备配置变化的信号，当检测到sigNewDev信号时，调用该设备的Open接口；在检测到sigModDev信号时，调用该设备的Close接口，并重新调用该设备Open接口；在检测到sigDelDev信号时，调用该设备的Close接口。

步骤四：依次执行每个设备的Close接口，关闭设备，执行每一类设备的Exit接口，退出系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法，其特征在于：包括实时数据库，数据标签定义器，设备管理器，设备驱动执行器和设备驱动；

所述的实时数据库，用于保存实时数据处理系统所有数据标签的实时数据，并提供访问数据标签对应实时数据的接口；

所述的数据标签定义器，用于创建数据标签，并定义外部设备数据与数据标签的映射关系；

所述的设备管理器，用于管理所有的外部设备类型和所接入的外部设备，并提供用户配置接口用于配置外部设备参数；

所述的设备驱动用于同外部设备的进行通信和数据交互，每一类设备有一个与其对应的设备驱动，设备驱动包括三个层次模块分别为：设备公用层，设备实例层和数据访问层；

所述的设备驱动执行器，用于在所述设备接入系统运行的不同阶段或检测到所述的设备管理器发出的新建设备、变更设备、删除设备信号时，调用设备驱动中的相关接口，实现对外部设备的访问。

2.根据权利要求1所述的一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法，其特征在于：所述的设备管理器包含实时数据处理系统所支持的外部设备类型列表DevTypeList和所接入每一类设备的外部设备列表DevList；

所述的设备管理器设计有表示外部设备配置变更的信号，其中，变更的信号包括：信号sigNewDev表示新建设备；信号sigModDev表示更新设备配置，信号sigDelDev表示删除设备；变更的信号还包括了外部设备类型、ID和配置信息；

所述的设备管理器检查到用户通过用户配置接口配置了新的设备或所述的设备驱动执行器探测到连接了新的设备时，设备管理器产生sigNewDev信号，并更新新的设备对应的外部设备列表DevList；检查到用户通过用户配置接口更改设备的参数和配置时，产生sigModDev信号；检查到用户通过用户配置接口删除设备时，产生sigDelDev信号，并更新删除设备对应的外部设备列表DevList。

3.根据权利要求2所述的一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法，其特征在于：所述的设备公用层设计有Init接口，Exit接口，Detect接口，所述的设备实例层设计有Open接口，Close接口，所述的数据访问层设计有Read接口，Write接口，Subscribe接口和DataArrival接口；

设备公用层用于同类设备的共有操作，其中，Init接口用于同类设备共有初始化操作，Exit接口用于释放Init接口申请或者打开的资源，Detect接口用于广播探测报文，动态探测接入的同类设备；

设备实例层用于同类设备中，每一个设备初始化和结束操作，其中，Open接口初始化单个设备，Close接口关闭单个设备，并释放Open接口申请的资源；

数据访问层用于同类设备中，对每一个设备读写操作，Read接口从外部设备采集数据，并根据所述的数据标签定义器中定义的外部设备数据与数据标签的映射关系，获得数据标签，更新数据标签的实时数据，保存到所述的实时数据库中；Write接口根据所述的数据标签定义器中定义的外部设备数据与数据标签的映射关系，从所述的实时数据库中获取数据标签的实时数据并向外部设备输出；Subscribe接口向外部设备订阅数据，DataArrival接口在订阅的外部设备数据变化时，收到外部设备数据，并根据所述的数据标签定义器中定义的外部设备数据与数据标签的映射关系，获得数据标签，更新数据标签的实时数据，保存到所述的实时数据库中。

4.根据权利要求3所述的一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法，其特征在于：所述的设备驱动执行器，用于在所述设备接入系统运行的不同阶段调用设备驱动中的相关接口，实现对外部设备的访问，具体步骤如下：

设备接入系统启动时，设备驱动执行器依次调用设备管理器的DevTypeList中的每一类设备的Init接口，进行该类设备的初始化操作；依次调用设备管理器每一类设备DevList中的每个设备的Open接口，初始化设备，依次调用每个设备的Subscribe接口订阅数据；

设备接入系统运行期间，设备驱动执行器周期性调用设备管理器每一类设备的DevList中的每个设备的Read接口，Write接口，采集、输出数据；设备驱动执行器周期性调用设备管理器的DevTypeList中的每一类设备Detect接口，向设备出发包含该类型设备协议特性的动态探测数据，新上线外部设备在收到设备接入系统发出探测信息后，回复设备连接信息，并由所述的设备管理器产生sigNewDev信号；

设备接入系统退出时，设备驱动执行器依次调用设备管理器的每一类设备DevList中每一个设备的Close接口，关闭设备，释放Open接口中申请的资源；依次调用设备管理器中DevTypeList中的每一类设备的Exit接口，释放Init接口申请的资源。

5.根据权利要求3所述的一种实时数据处理系统的外部设备接入系统及方法，其特征在于：所述的设备驱动执行器，检测到所述的设备管理器发出的新建设备、变更设备、删除设备信号时，调用设备驱动中的相关接口，实现对外部设备的访问，具体步骤如下：

在检测到设备管理器的sigNewDev信号时，所述的设备驱动执行器，获得信号包含的设备类型和ID，调用设备的Open接口；

在检测到设备管理器的sigModDev信号时，所述的设备驱动执行器，获得信号包含的设备类型和ID，调用设备的Close接口，并重新调用该设备Open接口，更新设备配置；

在检测到的sigDelDev信号时，所述的设备驱动执行器，获得信号包含的设备类型和ID，调用设备的Close接口。

6.根据权利要求1至5任一项所述的设备接入系统的接入方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：在设备管理器中，配置实时数据处理系统所需访问的外部设备及其参数；

步骤二：在数据标签定义器中，建立数据标签，及与外部设备实时数据的映射关系；

步骤三：实时数据库加载所定义的数据标签，并行启动并执行任务Ta、任务Tb；

步骤四：依次执行每个设备的Close接口，关闭设备，执行每一类设备的Exit接口，退出系统。

7.根据权利要求6所述的设备接入系统的接入方法，其特征在于：步骤3具体步骤如下：具体步骤如下：

任务Ta：设备管理器周期性检查外部设备配置，在加入新的设备时，产生sigNewDev信号，在更改设备的参数和配置时，产生sigModDev信号，在删除设备时，产生sigDelDev信号；

任务Tb：获得设备类型列表，调用每一类设备的Init接口，获得每一类设备的设备列表，依次调用每个设备的Open接口和Subscribe接口，循环执行以下步骤：

A1) 依次调用每个设备的Read接口，将外部设备采集的实时数据存储到实时数据库；

A2）依次调用每个设备的Write接口，将实时数据库的输出数据发送到外部设备；

A3) 依次调用每一类设备的Detect接口，动态探测新接入外部设备，检测到外部设备时，调用新接入设备的Open接口和Subscribe接口；

A4）检测表示设备配置变化的信号，当检测到sigNewDev信号时，调用该设备的Open接口；在检测到sigModDev信号时，调用该设备的Close接口，并重新调用该设备Open接口；在检测到sigDelDev信号时，调用该设备的Close接口。

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