CN112383640A - 一种核电运行监控数据实时上报通讯系统 - Google Patents

一种核电运行监控数据实时上报通讯系统 Download PDF

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侯军委
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Abstract

本发明公开了一种核电运行监控数据实时上报通讯系统,所述系统包括基础数据、数据通讯流程、协议报文格式。本发明有效解决了核电生产实时数据传输时效性问题,协议数据传输效率提升200%以上,数据传输及时性与传输负荷提升200%以上,可完全满足核电厂机组数据的实时传输需求,跨网络集团数据传输时延小于1秒,有效提升核电远程智能运维监控的时效性。

Description

一种核电运行监控数据实时上报通讯系统
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域,特别是核电运行数据的实时传输技术领域。
背景技术
在核电领域,发电系统设计并安装了大量的传感器与开关控制器,单个核电机组控制系统传感器数量可达2万左右(每个传感器具有唯一的监测点名,用于标识与检索传感器数据),这些传感器数据需要在控制区实现秒级的实时采集,并上传至核电厂办公网络或集团,为核电远程智能运维管理提供实时数据支撑;用于测点数据实时传输的应用层网络通讯技术称为通讯系统,通讯系统在完成这些数据的传输过程中需要考虑时效性与完整性,确保运维人员能够及时地对发电系统运行健康状态做出实时的判断与参数调整。
目前核电生产实时数据的传输协议普遍采用全量传输方法,在数据包格式上采用将所有传感器的测点名、数据时间、数据值按照点位全量打包的方式上传,接收端按照协议数据包格式完成解析并写入数据库,在传输机制上采用固定频率定时全量传输方法;由于全量打包传输协议存在大量时间、测点名信息冗余,导致数据传输的效率与实时性不高,影响了系统的运行效率以及运维人员对系统健康诊断的实时性,行业内需要一种更高效的核电实时监控数据传输协议来满足核电运维系统对数据传输时效性与完整性的要求。
发明内容
本发明目的在于解决现有的核电实时数据传输协议的时效性问题,通过对数据包与协议规约的优化,降低数据包的信息冗余度,优化数据传输机制,从而大幅提升核电生产实时数据传输效率与网络带宽利用率,提升核电智能运维系统的时效性与诊断预警准确率。为此本发明提供了一种核电运行监控数据实时上报通讯系统,所述系统包括基础数据、数据通讯流程、协议报文格式;
所述基础数据:核电厂用于监控发电系统安装的传感器为一个测点,所述测点至少包含点名称和描述两个字段,每个测点的当前值称为实时数据(例如:测点主管道温度在测量时间:2020-12-01 12:31:52时刻的测量值为51摄氏度),所述点名为代表某个特定指标,所述描述为测点代表的指标含义;测点值为所述测点对应的测点值和值测量时间两个字段;所述测点值为单精度浮点型float数据,所述测量时间为年月日时分秒,以及秒后4位数据;
所述数据通讯流程:优化数据报文组成部分,通过顺序包格式,降低点名传输带来的带宽冗余占用,节省空间占用50%以上,测点名称越长节省带宽效果越明显;优化数据报文传输格式,通过突变上传数据包格式,大幅降低重复未变更数据无效上传带宽占用。
通讯测点表:所述测点通过在所述通讯测点表中的序号来快速定位;
数据报文封装:将需要传输的所述测点的基础数据按照特定的格式组装成数据传输报文,所述数据报文内包含所述测点基础数据与测点索引信息,能够保障数据可解析;
数据网络通讯:所述数据报文封装完成后,可基于网络层协议(TCP/UDP)将所述数据报文传输至目的地;
数据报文解析:接收端基于网络层协议接收所述数据报文,将所述数据报文中的所述基础数据与所述测点索引信息关联并写入数据库;
所述协议报文格式
START_ADDR:为数据起始地址,占2字节;数据报文中第一个数据值所对应的地址,后续地址应与后续数据值一一对应;
DATA_NUM:为数据个数,占2字节;数据报文中所包含的数据格数;
PACKAGE_TYPE:为数据包打包类型,占1字节;0x00为全量数据报文类型,即数据报文中只包含数据值,0x01为突变上送数据打包类型,即数据报文中应包含数据地址与数据值;
ENDIAN_TYPE:为数据报文字节序格式,占1字节;0x00为大端模式,0x01为小端模式;
UT:为数据报文发送时间,占4字节;
DT:报文中数据时间,占4字节;
DATA:为数据报文内容区域;当PACKAGE_TYPE字段为0x00时,数据包中共包含DATA_NUM*4字节的数据;当PACKAGE_TYPE字段为0x01时,此时数据报文由数据地址和数据值组成,数据地址占两字节,数据包中共包含DATA_NUM*(2+4)字节的数据;
CRC校验码:为CRC32校验,占4字节。采用CRC32算法对数据报文内容进行校验,解决网络误码、非法篡改等导致的数据传输解析错误问题。增加数据包校验码,本发明支持数据上传周期自定义,可根据监控需求灵活调整,实现数据变更实时上传。
优选的,所述数据报文封装可分解为多个数据报文,解决数据传输完整性问题。
本发明有效解决了核电生产实时数据传输时效性问题,协议数据传输效率提升200%以上,数据传输及时性与传输负荷提升200%以上,可完全满足核电厂机组数据的实时传输需求,跨网络集团数据传输时延小于1秒,有效提升核电远程智能运维监控的时效性。
附图说明
图1是本发明在核电厂的应用场景与流程示意图;
图2是本发明中通讯系统的执行逻辑与步骤;
图3是本发明中通讯系统的报文组装与解析示意图(全量顺序上传模式)。
图4是本发明中通讯系统的报文组装与解析示意图(数据突变上传模式)。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,是本发明在核电厂的实际应用场景与流程示意。本发明主要提供一种改良的数据上报通讯系统,优化了核电控制区发电系统1传感器数据从接口机2经过网络安全设备3上报到管理区运维系统服务器4的效率与实时性。
本发明中的数据上报通讯系统使用流程概述如下:控制区发电系统1拥有一般安装2万个以上传感器,这些传感器测点通过一个测点表统一维护,接口机2上部署数据采集软件,可从工控系统实时读取当前所有传感器测量值,这些数据再基于本发明中的数据上报通讯系统规则进行组装数据报文,组装完成后数据报文通过网络发送至运维服务器4,运维服务器4接收到报文并按照本发明中的报文解析规则将数据解析并存储至数据库,供运维系统查询使用。
如图2所示,详细描述了核电运行监控数据实时上报通讯系统执行逻辑与步骤,协议执行逻辑分为客户端与服务端两部分;以图3、图4数据为案例,详细说明本发明中核电运行监控数据通讯系统的执行过程。
A客户端执行步骤如下:
1)点表制作
本案例中测点表如图3、4所示,总计500个测点,客户端与服务端收发双方使用相同的点表作为数据解析映射字典,如点表发生变更需要双方同时更新保持一致;本案例中客户端需要基于本发明中的通讯系统完成该测点表中500个测点实时数据的周期性上传。
2)数据采集
该步骤是本发明中通讯系统的执行的前置条件,数据采集的方法与原理不做详述;数据采集周期性执行(如1秒),获取到500个测点的最新测量值,如图3所示,Name001测点的最新测量值为100.001、Name002测点的最新测量值为100.002。
3)数据报文组装
本发明中通讯系统报文分为全量顺序包和突变上传包两种,全量顺序上传模式即测点表中的测点最新测量数据以点表中的测点顺序依次放入报文中,如图3所示为全量上传模式报文组包情况,本发明中通讯规约可设置单个报文最大数据携带量,以200为例,500个测点数据发送需要3个报文才能发送完成,前两个报文携带200个数据,第三个报文携带100个数据。
传统全量数据包所包含主要信息如下(按照顺序):
Figure BDA0002825672060000041
数据突变上传包主要应用在数据变化较慢的场景,500个测点可能只有几个发生了变化,为了节约带宽、提升效率,数据不全量发送,通过突发上传包至上传发生变化的测点;如图4所示,500测点仅第2和500个测点发生数据变化,可通过一个数据突发上传包完成变化数据上传,变化数据上传数据字段必须包含序号、值两个字段,以便服务端能够解析并映射到相应的测点。
4)数据循环上传
完成数据报文组装后,数据上传程序通过网络将数据报文循环发送至服务端,完成发送后根据数据上传周期进入下一轮数据采集组包上传。
B服务端数据解析执行步骤如下:
1)点表制作
测点表如图3、4所示,本协议中约定数据收发双方必须采用一致的点表,保证数据基于序号能够实现精确的映射转换,本案例中接收端点表使用和发送端顺序一致的500测点表。
2)数据接收
接收端通过网络实时接收发送端上传的数据报文,并不断循环接收,已经接收到的数据报文进入后续数据解析与写入步骤。
3)数据解析
全量顺序包数据解析是将接收到的数据报文按照组包规则解析为一组连续的测点数据,本案例中如图3所示,从数据报文1的报文内容可以看出,数据起始序号为1,数量为200,这个报文中数据区包含200条数据,第一条是序号为1(Name001)的测点数据100.001,第二条是序号为2(Name002)的测点数据100.002,依次类推。
突变上传包数据解析是将接收到的突变上传数据报文按照组包规则解析为一组连续的测点数据,本案例中如图4所示,从报文1的报文内容可以看出,这个报文中数据区包含2条数据,第一条是序号为1(Name001)的测点数据100.2,第二条是序号为500(Name500)的测点数据100.200,依次类推。
4)数据存储
基于上述步骤完成数据报文的接收与解析,解析后的数据以键值对的形式(例:(Name001,100.001))写入数据库存储。
以下为遥测突变数据报文上传示例:
00 00 遥测起始地址START_ADDR,十进制数值为0
05 00 数据包所包含数据值数量DATA_NUM,十进制数值为5
01 数据包值的类型DATA_TYPE,此处数据值为float类型
01 数据包打包类型PACKAGE_TYPE,此处为打包突变数据
ff 98 48 5f 数据包发送时间
ff 98 48 5f 报文中数据时间
01 00 a4 70 9d 3f 遥信地址为1的数据值1.23
02 00 8f c2 15 40 遥信地址为2的数据值2.34
03 00 cd cc 5c 40 遥信地址为3的数据值3.45
04 00 85 eb 91 40 遥信地址为4的数据值4.56
05 00 a4 70b5 40 遥信地址为5的数据值5.67
d4 de bd ef CRC校验码
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明,本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施,而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此,描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明,任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (2)

1.一种核电运行监控数据实时上报通讯系统,其特征在于,所述系统包括基础数据、数据通讯流程、协议报文格式;
所述基础数据:核电厂用于监控发电系统安装的传感器为一个测点,每个测点的当前值称为实时数据(例如:测点主管道温度在测量时间:2020-12-01 12:31:52时刻的测量值为51摄氏度);所述点名为代表某个特定指标,所述描述为测点代表的指标含义;测点值为所述测点对应的测点值和值测量时间两个字段;所述测点值为单精度浮点型float数据,所述测量时间为年月日时分秒,以及秒后4位数据;
所述数据通讯流程:
1)通讯测点表:所述测点通过在所述通讯测点表中的序号来快速定位;
2)数据报文封装:将需要传输的所述测点的基础数据按照特定的格式组装成数据传输报文,所述数据报文内包含所述测点基础数据与测点索引信息,能够保障数据可解析;
3)数据网络通讯:所述数据报文封装完成后,可基于网络层协议(TCP/UDP)将所述数据报文传输至目的地;
4)数据报文解析:接收端基于网络层协议接收所述数据报文,将所述数据报文中的所述基础数据与所述测点索引信息关联并写入数据库;
所述协议报文格式
START_ADDR:为数据起始地址,占2字节;数据报文中第一个数据值所对应的地址,后续地址应与后续数据值一一对应;
DATA_NUM:为数据个数,占2字节;数据报文中所包含的数据格数;
PACKAGE_TYPE:为数据包打包类型,占1字节;0x00为全量数据报文类型,即数据报文中只包含数据值,0x01为突变上送数据打包类型,即数据报文中应包含数据地址与数据值;
ENDIAN_TYPE:为数据报文字节序格式,占1字节;0x00为大端模式,0x01为小端模式;
UT:为数据报文发送时间,占4字节;
DT:报文中数据时间,占4字节;
DATA:为数据报文内容区域;当PACKAGE_TYPE字段为0x00时,数据包中共包含DATA_NUM*4字节的数据;当PACKAGE_TYPE字段为0x01时,此时数据报文由数据地址和数据值组成,数据地址占两字节,数据包中共包含DATA_NUM*(2+4)字节的数据;
CRC校验码:为CRC32校验,占4字节。
2.如权利要求1所述的一种核电运行监控数据实时上报通讯系统,其特征在于,所述数据报文封装可分解为多个数据报文,解决数据传输完整性问题。
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