CN111984420A - 数据采集方法及系统、云平台 - Google Patents

数据采集方法及系统、云平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数据采集方法及系统、云平台。数据采集方法包括以下步骤：至少一个管理服务器接收所有采集对象的设备信息，并根据所述设备信息确定采集服务器的数量；所述采集服务器从所述管理服务器获取采集任务，并根据所述采集任务对相应的采集对象进行数据采集；所述采集任务包括采集对象的设备信息；其中，所述管理服务器、所有的采集服务器以及所有的采集对象处于同一局域网。本发明中，管理服务器根据所有采集对象的设备信息确定采集服务器的数量，并对各采集服务器进行统一协调管理，能够连接各种类型的采集对象，且支持采集对象的巨大连接数，适用于多种不同的场景。

Description

数据采集方法及系统、云平台
技术领域
本发明涉及数据采集技术领域，特别涉及一种数据采集方法及系统、云平台。
背景技术
中国制造2025、美国工业互联网以及德国工业4.0，都是利用新技术进行产业转型的重大战略，具体是指通过互联网平台把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接融合起来，将大数据、云计算、物联网等技术渗入到工业制造领域。
对于工业大数据应用来说，数据采集系统的性能决定了整个大数据系统的价值，数据采集系统的高可用性决定了整个大数据系统的稳定性，数据采集系统兼容设备的种类决定了整个大数据系统的灵活性，数据采集系统连接设备的数量决定了大数据系统的强大性。但是，目前的数据采集系统无法兼顾上述这些方面。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种数据采集方法及系统、云平台。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明的第一方面提供一种数据采集方法，包括以下步骤：
至少一个管理服务器接收所有采集对象的设备信息，并根据所述设备信息确定采集服务器的数量；
所述采集服务器从所述管理服务器获取采集任务，并根据所述采集任务对相应的采集对象进行数据采集；所述采集任务包括采集对象的设备信息；
其中，所述管理服务器、所有的采集服务器以及所有的采集对象处于同一局域网。
较佳地，所述数据采集方法还包括：
所述采集服务器将在线状态发送至所述管理服务器，并根据所述采集任务监控是否存在不在线的采集服务器；其中，所述采集任务还包括每个采集服务器的在线状态；
若是，则从所述管理服务器获取协助任务，并根据所述协助任务对相应的采集对象进行数据采集；其中，所述协助任务包括所述不在线的采集服务器之前从所述管理服务器获取的采集任务中部分采集对象的设备信息。
较佳地，所述数据采集方法还包括：
所述采集服务器根据所述采集任务监控所述不在线的采集服务器是否变为在线，若是，则释放所述协助任务；
从不在线变为在线的采集服务器从所述管理服务器重新获取采集任务。
较佳地，所述数据采集方法还包括：
所述采集服务器根据设备类型对采集对象进行分类，并根据厂家对同一设备类型的采集对象进行分组，以及根据分组的数目开设进程，并根据每个分组内采集对象的数目创建线程，其中，一个线程负责一个采集对象的数据采集工作。
较佳地，所述设备类型包括PLC、数控机床、传感器以及机器人。
本发明的第二方面提供一种数据采集系统，包括至少一个管理服务器、若干采集服务器以及若干采集对象，所述管理服务器、所有的采集服务器以及所有的采集对象处于同一局域网；
所述管理服务器用于接收所有采集对象的设备信息，并根据所述设备信息确定所述采集服务器的数量；
所述采集服务器用于从所述管理服务器获取采集任务，并根据所述采集任务对相应的采集对象进行数据采集；所述采集任务包括采集对象的设备信息。
较佳地，所述采集服务器还用于将在线状态发送至所述管理服务器，并根据所述采集任务监控是否存在不在线的采集服务器，以及在是的情况下从所述管理服务器获取协助任务，并根据所述协助任务对相应的采集对象进行数据采集；
其中，所述采集任务还包括每个采集服务器的在线状态，所述协助任务包括所述不在线的采集服务器之前从所述管理服务器获取的采集任务中部分采集对象的设备信息。
较佳地，所述采集服务器还用于根据所述采集任务监控所述不在线的采集服务器是否变为在线，并在是的情况下释放所述协助任务；
从不在线变为在线的采集服务器用于从所述管理服务器重新获取采集任务。
较佳地，所述采集服务器还用于根据设备类型对采集对象进行分类，并根据厂家对同一设备类型的采集对象进行分组，以及根据分组的数目开设进程，并根据每个分组内采集对象的数目创建线程，其中，一个线程负责一个采集对象的数据采集工作。
本发明的第三方面提供一种云平台，包括如第二方面所述的数据采集系统中的采集服务器。
本发明的积极进步效果在于：管理服务器根据所有采集对象的设备信息确定采集服务器的数量，并对各采集服务器进行统一协调管理，能够连接各种类型的采集对象，且支持采集对象的巨大连接数，适用于多种不同的场景。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的数据采集方法的流程图。
图2为本发明实施例1提供的管理服务器、采集服务器以及采集对象之间连接关系的示意图。
图3为本发明实施例1提供的采集服务器与外部设备连接关系的结构示意图。
图4为本发明实施例1提供的在采集服务器7从正常、宕机到恢复正常期间，采集服务器6-8对300台PLC进行数据采集的拓扑结构示意图。
图5为本发明实施例1提供的采集服务器对采集对象进行分类分组的结构示意图。
图6为本发明实施例2提供的数据采集系统的结构框图。
图7为本发明实施例3提供的云平台的内部结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种数据采集方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S101、至少一个管理服务器接收所有采集对象的设备信息，并根据所述设备信息确定采集服务器的数量。
需要说明的是，采集对象为具体的设备，例如法兰克公司的PLC、西门子公司的数控机床、欧姆龙公司的传感器、西门子公司的机器人等。
在具体实施的一个例子中，采用ZooKeeper作为管理服务器，其中，ZooKeeper是一个分布式的，开放源码的分布式应用程序协调服务。
为了提高系统的可用性，以及保证系统可靠运行，通常设置三台管理服务器，并部署为分布式集群，其中一个为主管理服务器，另外两个为从管理服务器。若其中一台管理服务器的信息发生变化，则另外两台管理服务器也同步更新信息，始终保持三台管理服务器的信息一致。
在可选的一种实施方式中，将存储有所有采集对象的设备信息的文件导入上述管理服务器中。本实施方式中，采集对象数量较多的情况下，通过导入文件的方式能够提高效率以及准确率。
在可选的另一种实施方式中，用户通过显示界面输入所有采集对象的设备信息。
其中，采集对象的设备信息包括设备类型、设备厂家、IP地址、设备型号、设备所处位置等。设备类型包括PLC、数控机床、传感器以及机器人等。设备厂家包括法兰克、西门子、三菱、欧姆龙等。
步骤S101中根据所有采集对象的设备信息确定采集服务器的数量，在可选的一种实施方式中，根据采集对象的数目确定采集服务器的数量。在一个具体的例子中，一台采集服务器的采集上限为300台采集对象，即一台采集服务器最多能够同时对300台采集对象进行数据采集，假设采集对象的数目为2850，按照每300台采集对象分配一台采集服务器，需要分配10台采集服务器。
步骤S102、所述采集服务器从所述管理服务器获取采集任务，并根据所述采集任务对相应的采集对象进行数据采集；所述采集任务包括采集对象的设备信息。其中，所述管理服务器、所有的采集服务器以及所有的采集对象处于同一局域网。在具体实施中，所有的管理服务器和采集服务器组建为一个集群。
步骤S102中，每个采集服务器从管理服务器获取不同的采集任务，对不同的采集对象进行数据采集。
需要说明的是，在管理服务器的运行过程中，可以实时增加采集任务，相应地，未达到采集上限的采集服务器从管理服务器中获取增加的采集任务，进而对增加采集任务中包括的采集对象进行采集。在一个例子中，采集服务器1-9对300台采集对象进行数据采集，采集服务器10对150台采集对象进行数据采集。用户通过显示界面在管理服务器中增加了50台采集设备的采集任务，由于采集服务器10未达到采集上限，因此由采集服务器10从管理服务器中获取增加的采集任务，从而实现对之前的150台采集对象以及增加的50台采集对象的数据采集。
在管理服务器的运行过程中，还可以实时删除采集任务，相应地，采集服务器停止对已删除任务中包括的采集设备进行数据采集。在另一个例子中，用户可以通过显示界面删除管理服务器中的采集任务，相应地，采集服务器停止对该采集任务包括的采集对象进行数据采集。
本实施方式中，管理服务器根据所有采集对象的设备信息确定采集服务器的数量，并对各采集服务器进行统一协调管理，能够连接各种类型的采集对象，且支持采集对象的巨大连接数，适用于多种不同的场景。
图2是用于示出管理服务器、采集服务器以及采集对象之间连接关系的示意图。在如图2所示的例子中，采集服务器的数目为N，N台采集服务器均与管理服务器1-3连接，并根据从任一管理服务器获取的采集任务对相应的采集对象进行数据采集。具体地，采集服务器1用于采集PLC1、数控机床1以及传感器1的数据，采集服务器2用于采集机器人1和传感器2的数据，采集服务器3用于采集PLC2、传感器3以及传感器4的数据。本例子中，采集服务器1获取的采集任务中包括PLC1、数控机床1以及传感器1的设备信息，采集服务器2获取的采集任务中包括采集机器人1和传感器2的设备信息，采集服务器3获取的采集任务中包括PLC2、传感器3以及传感器4的设备信息。
在可选的一种实施方式中，为了提高采集服务器的资源可用性，采集服务器将采集的数据传送至数据平台。在一个具体的例子中，将采集的数据传送至Kafka，其中，Kafka是一个开源流处理平台，是一种高吞吐量的分布式发布订阅消息系统，可以处理消费者在网站中的所有动作流数据。
图3是用于示出采集服务器与外部设备连接关系的结构示意图。在如图3所示的例子中，采集服务器包括采集管理程序和采集主程序。其中，采集管理程序具有图形界面，用于提供采集管理以及用于控制采集对象的服务。采集主程序是隐藏图形界面的应用程序，进行数据采集及传送，与采集对象、数据平台以及应用系统后端进行互动。后台服务保证采集程序可以永久长期运行。
在可选的一种实施方式中，上述数据采集方法还包括：
步骤S103、所述采集服务器将在线状态发送至所述管理服务器，并根据所述采集任务监控是否存在不在线的采集服务器，若是，则从所述管理服务器获取协助任务，并根据所述协助任务对相应的采集对象进行数据采集。
其中，所述采集任务还包括每个采集服务器的在线状态，所述协助任务包括所述不在线的采集服务器之前从所述管理服务器获取的采集任务中部分采集对象的设备信息。
本实施方式中，通过监控是否存在不在线的采集服务器，并利用在线的采集服务器分担不在线的采集服务器的采集工作，保证了稳定的数据源，提高了系统的可靠性。
在可选的一种实施方式中，上述数据采集方法还包括：
步骤S104、所述采集服务器根据所述采集任务监控所述不在线的采集服务器是否变为在线，若是，则释放所述协助任务。其中，释放协助任务是指，停止对协助任务中相应的采集对象进行数据采集。
步骤S105、从不在线变为在线的采集服务器从所述管理服务器重新获取采集任务。
图4是用于示出在采集服务器7从正常、宕机到恢复正常期间，采集服务器6-8对300台PLC进行数据采集的拓扑结构示意图。在如图4所示的例子中，首先，采集服务器6-8均处于在线状态，采集服务器6对PLC1～PLC100进行数据采集，采集服务器7对PLC101～PLC200进行数据采集，采集服务器8对PLC201～PLC300进行数据采集。过了一段时间，采集服务器7宕机，采集服务器6和8根据各自获取的采集任务监控到采集服务器7为不在线的状态，则从管理服务器获取协助任务，采集服务器6根据获取的协助任务对PLC101～PLC150进行数据采集，采集服务器8根据获取的协助任务对PLC151～PLC200进行数据采集。又过了一段时间，采集服务器7恢复正常，采集服务器6和8根据各自获取的采集任务监控到采集服务器7从不在线的状态变为在线的状态，则释放各自获取的协助任务，即采集服务器6停止对PLC101～PLC150进行数据采集，以及采集服务器8停止对PLC151～PLC200进行数据采集。采集服务器7从管理服务器重新获取采集任务，并根据采集任务对PLC101～PLC200进行数据采集。本实施方式中，当采集服务器7宕机时，采集服务器6和8分别分担了采集服务器7采集工作的50％，保证了稳定数据源，提高了系统的可靠性。
在可选的一种实施方式中，将采集服务器分为数据采集层、设备驱动层以及设备层。数据采集层负责执行采集任务。设备驱动层提供统一的采集接口供采集程序调用，从而实现了驱动和采集程序的分离。设备层用于与采集对象进行连接。在具体实施中，扩展新采集对象只需要将对应的驱动添加至驱动目录中，做简单配置即可实现新采集对象的兼容。本实施方式的采集服务器具有较高的扩展性。
在可选的一种实施方式中，上述数据采集方法还包括：
步骤S106、所述采集服务器根据设备类型对采集对象进行分类，并根据厂家对同一设备类型的采集对象进行分组，以及根据分组的数目开设进程，并根据每个分组内采集对象的数目创建线程，其中，一个线程负责一个采集对象的数据采集工作。
本实施方式中，通过对采集对象进行分类分组以及分进程分线程的策略，有效缩小了故障影响范围，提高了数据采集的性能。
图5是用于示出采集服务器对采集对象进行分类分组的结构示意图。在如图5所示的例子中，采集服务器根据设备类型将采集对象分为PLC和数控机床两类，其中NC代表不连接。根据厂家对PLC的采集对象进行分组，分为PLC的法兰克分组和三菱分组，根据厂家对数控机床的采集对象进行分组，分为数控机床的西门子分组和法兰克分组。针对PLC的采集对象，每个分组内采集对象的数目为N，分组的数目G＝PLC的总数/N，因此开设G个进程，每个进程创建N个线程，一个线程负责一个采集对象的数据采集工作。
实施例2
本实施例提供一种数据采集系统，如图6所示，包括至少一个管理服务器、若干采集服务器以及若干采集对象，所述管理服务器、所有的采集服务器以及所有的采集对象处于同一局域网。
管理服务器用于接收所有采集对象的设备信息，并根据所述设备信息确定所述采集服务器的数量。
采集服务器用于从管理服务器获取采集任务，并根据所述采集任务对相应的采集对象进行数据采集；所述采集任务包括采集对象的设备信息。
本实施方式中，管理服务器根据所有采集对象的设备信息确定采集服务器的数量，并对各采集服务器进行统一协调管理，能够连接各种类型的采集对象，且支持采集对象的巨大连接数，适用于多种不同的场景。
在可选的一种实施方式中，所述采集服务器还用于将在线状态发送至所述管理服务器，并根据所述采集任务监控是否存在不在线的采集服务器，以及在是的情况下从所述管理服务器获取协助任务，并根据所述协助任务对相应的采集对象进行数据采集；其中，所述采集任务还包括每个采集服务器的在线状态，所述协助任务包括所述不在线的采集服务器之前从所述管理服务器获取的采集任务中部分采集对象的设备信息。
本实施方式中，通过监控是否存在不在线的采集服务器，并利用在线的采集服务器分担不在线的采集服务器的采集工作，保证了稳定的数据源，提高了系统的可靠性。
在可选的一种实施方式中，所述采集服务器还用于根据所述采集任务监控所述不在线的采集服务器是否变为在线，并在是的情况下释放所述协助任务。从不在线变为在线的采集服务器用于从所述管理服务器重新获取采集任务。
在可选的一种实施方式中，所述采集服务器还用于根据设备类型对采集对象进行分类，并根据厂家对同一设备类型的采集对象进行分组，以及根据分组的数目开设进程，并根据每个分组内采集对象的数目创建线程，其中，一个线程负责一个采集对象的数据采集工作。
本实施方式中，通过对采集对象进行分类分组以及分进程分线程的策略，有效缩小了故障影响范围，提高了数据采集的性能。
实施例3
本实施例提供一种云平台，包括实施例2所述的数据采集系统中的采集服务器。其中，采集服务器包括数据采集层、设备驱动层以及设备层。
在可选的一种实施方式中，如图7所示，上述云平台还包括前端用户界面层、Web大数据应用后台、分布式数据库、消息/流式大数据组件以及机器学习组件。其中，前端用户界面层用于提供数据图形化的UI界面，分布式数据库用于存储数据，消息/流式大数据组件用于处理数据流，机器学习组件用于学习预测。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
至少一个管理服务器接收所有采集对象的设备信息，并根据所述设备信息确定采集服务器的数量；
所述采集服务器从所述管理服务器获取采集任务，并根据所述采集任务对相应的采集对象进行数据采集；所述采集任务包括采集对象的设备信息；
其中，所述管理服务器、所有的采集服务器以及所有的采集对象处于同一局域网。
2.如权利要求1所述的数据采集方法，其特征在于，所述数据采集方法还包括：
所述采集服务器将在线状态发送至所述管理服务器，并根据所述采集任务监控是否存在不在线的采集服务器；其中，所述采集任务还包括每个采集服务器的在线状态；
若是，则从所述管理服务器获取协助任务，并根据所述协助任务对相应的采集对象进行数据采集；其中，所述协助任务包括所述不在线的采集服务器之前从所述管理服务器获取的采集任务中部分采集对象的设备信息。
3.如权利要求2所述的数据采集方法，其特征在于，所述数据采集方法还包括：
所述采集服务器根据所述采集任务监控所述不在线的采集服务器是否变为在线，若是，则释放所述协助任务；
从不在线变为在线的采集服务器从所述管理服务器重新获取采集任务。
4.如权利要求1所述的数据采集方法，其特征在于，所述数据采集方法还包括：
所述采集服务器根据设备类型对采集对象进行分类，并根据厂家对同一设备类型的采集对象进行分组，以及根据分组的数目开设进程，并根据每个分组内采集对象的数目创建线程，其中，一个线程负责一个采集对象的数据采集工作。
5.如权利要求4所述的数据采集方法，其特征在于，所述设备类型包括PLC、数控机床、传感器以及机器人。
6.一种数据采集系统，其特征在于，包括至少一个管理服务器、若干采集服务器以及若干采集对象，所述管理服务器、所有的采集服务器以及所有的采集对象处于同一局域网；
所述管理服务器用于接收所有采集对象的设备信息，并根据所述设备信息确定所述采集服务器的数量；
所述采集服务器用于从所述管理服务器获取采集任务，并根据所述采集任务对相应的采集对象进行数据采集；所述采集任务包括采集对象的设备信息。
7.如权利要求6所述的数据采集系统，其特征在于，所述采集服务器还用于将在线状态发送至所述管理服务器，并根据所述采集任务监控是否存在不在线的采集服务器，以及在是的情况下从所述管理服务器获取协助任务，并根据所述协助任务对相应的采集对象进行数据采集；
其中，所述采集任务还包括每个采集服务器的在线状态，所述协助任务包括所述不在线的采集服务器之前从所述管理服务器获取的采集任务中部分采集对象的设备信息。
8.如权利要求7所述的数据采集系统，其特征在于，所述采集服务器还用于根据所述采集任务监控所述不在线的采集服务器是否变为在线，并在是的情况下释放所述协助任务；
从不在线变为在线的采集服务器用于从所述管理服务器重新获取采集任务。
9.如权利要求6所述的数据采集系统，其特征在于，所述采集服务器还用于根据设备类型对采集对象进行分类，并根据厂家对同一设备类型的采集对象进行分组，以及根据分组的数目开设进程，并根据每个分组内采集对象的数目创建线程，其中，一个线程负责一个采集对象的数据采集工作。
10.一种云平台，其特征在于，包括如权利要求6-9中任一项所述的数据采集系统中的采集服务器。
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