CN112737801A - 一种以太网数据采集器集中管理系统 - Google Patents

一种以太网数据采集器集中管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于测控技术领域，特别是以太网数据采集器集中管理系统，包括数据交互客户端模块和服务端模块，其输入端连接采集参数配置模块，服务端模块的输出端连接数据存储模块；还包括N个以太网数据采集模块和控制模块，服务端模块和每个以太网数据采集模块均通过以太网交换机实现数据交互，控制模块与客户端模块和服务端模块的输入端分别连接，通过客户端模块和服务端模块两种级别的管理模式，高效地实现以太网数据采集器的分区域、分类型、分端口的集中数据采集和批量管理。针对不同级别的用户授予不同的管理权限，方便使用和管理。

Description

一种以太网数据采集器集中管理系统
技术领域
本发明属于测控技术，具体涉及一种以太网数据采集器集中管理系统。
背景技术
随着托卡马克核聚变装置的逐步建设和扩大，需要新投入的以太网数据采集器不断增加。对于新搭建的采集子系统，以往的工程部署和管理经验就是需要单独配备一台工控机用于接收采集数据。如果采集子系统继续增加，就需要额外购买工控机。采集子系统一旦出现问题，运维人员需要亲自到现场进行维护和管理。另外如果采集子系统需要采集通道较多，也需要工控机具有高性能的硬件指标。如何高效管理以太网数据采集器成为托克马克聚变装置工程部署中亟需解决的重点问题之一。基于客户端与服务端双模式分级别管理系统为实现以太网数据采集各子系统的管理与控制提供了一个很好的方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种以太网数据采集器集中管理系统，能够高效地管理和使用以太网数据采集。
本发明的技术方案如下：
一种以太网数据采集器集中管理系统，包括数据交互客户端模块和服务端模块，所述的客户端模块和服务端模块的输入端连接采集参数配置模块，所述的服务端模块的输出端连接数据存储模块；
还包括N个以太网数据采集模块和控制模块，每个以太网数据采集模块均与控制模块的触发端和外部时钟连接，接收控制模块发送的触发信号和外部时钟信号；服务端模块和每个以太网数据采集模块均通过以太网交换机实现数据交互；
所述的控制模块与客户端模块和服务端模块的输入端分别连接，向客户端模块和服务端模块分别发送控制信号；
控制模块和服务端模块通过以太网交换机实现数据传递；
所述的客户端模块和采集参数配置模块之间、所述服务端模块的和采集参数配置模块之间，分别通过以太网交换机实现数据传递。
所述的客户端模块和服务端模块、服务端模块和控制模块，以及客户端模块和控制模块通讯时，分别遵循UDP通讯协议。
所述的客户端模块和服务端模块配置UDP消息接收端口。
所述的服务端模块和以太网数据采模块通讯遵循TCP/IP通讯协议。
所述的客户端模块接收普通用户信息，服务端模块接收工程师用户信息，客户端模块由若干台客户端计算机组成，具有普通用户权限，并发访问服务端模块。
客户端模块和服务端模块均包括以下功能模块：发送采集测试、采集子系统集中开始/停止采集、采集参数配置刷新、波形回放、日志查询、实时查询采集器的网络连接状态和数据保存状态。
所述的客户端模块发送UDP消息，服务端模块收到指令消息，通过以太网交换机和以太网数据采集模块通讯，发送控制命令字节串。
所述的服务端模块对所有以太网数据采集模块，按照区域、类型、端口进行集中数据采集和批量管理。
首先服务器模块通过绑定端口，建立一个Socket，侦听以太网数据采集模块连接；当有以太网数据采集模块连接，服务端将创建线程，建立与数据采集模块的连接；当建立连接成功后，以太网数据采集模块将等待服务器模块发送命令，数据采集器接收20个字节的命令字节后，将开始发送采集数据到服务器模块；在数据采集的过程中，可以实时查询数据采集器的工作状态；服务端模块获取采集数据后，通过FTP协议技术，直接快速上传到远程的数据存储模块。
控制模块包括时序产生模块，时钟分频模块和光电触发转换模块，当客户端和服务端模块在接收到时序产生模块发送的准备开始采集消息后，进入准备就绪状态，等待时序产生模块发出统一采集触发信号，开始数据采集，时序产生模块提供外部时钟信号和触发信号，时序分频模块用于将时序产生模块产生的时钟信号分频成以太网数据采集模块所需要的外时钟信号，光电转换模块将光信号转换为电信号。
本发明的显著效果如下：本系统能够分级别、分区域、分类型和分端口，更高效地管理以太网数据采集器。通过客户端模块和服务端模块两种级别的管理模式，高效地实现以太网数据采集器的分区域、分类型、分端口的集中数据采集和批量管理。针对不同级别的用户授予不同的管理权限，方便使用和管理。通过使用该系统，能够同时开展多种类型的数据采集工作。通过客户端以太网数据采集器集中管理系统，能够最大同时支持12个采集子系统的批量管理，96个以太网数据采集器的批量管理，其中每个采集子系统能够管理8台采集器，108个模拟通道和108个数字量的同时采集。通过服务端以太网采集器集中管理系统，实现48个数据采集子系统，384个以太网数据采集器的批量管理。后期支持扩展和增加服务端绑定端口。
附图说明
图1为以太网数据采集器集中管理系统示意图。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
包括客户端模块、服务端模块、三个以太网交换机、N个以太网数据采集模块、控制模块和采集参数配置模块与数据存储模块。
客户端模块与服务端模块相互通讯，客户端模块与服务端模块的输入端连接一台以太网交换机，并且通过该以太网交换机接收采集参数配置模块的数据信号；服务端模块一个输出端连接第二台以太网交换机，并通过该台以太网交换机项将采集到的信息发送至数据存储模块。服务端模块通过第三台以太网交换机与以太网数据采集模块进行数据交换。
N个以太网数据采集模块的输入端均同时连接控制模块的触发和外部时钟，每个以太网数据采集模块接收触发信号和外部时钟信号；
采集参数配置模块通过以太网交换机与服务端模块通讯，服务端模块将采集数据通过以太网交换机传输到数据存储模块。
客户端模块、服务端模块和控制模块三者之间相互通讯时，遵循UDP通讯协议。当用户需要开展不同条件下的实验数据采集时，只需要在客户端和服务端端配置不同的UDP消息接收端口。服务端模块和以太网数据采集模块通讯遵循TCP/IP通讯协议。
对于客户端模块和服务端模块，分别开放给不同级别的用户使用，不同级别的用户可以在对应级别模块上进行管理以太网数据采集模块。
其中，客户端模块开放给普通用户使用，服务端模块开放给工程师级别的用户使用。服务端模块实际控制着以太网数据采集模块，在以太网数据采集集中管理系统运行的时候，需要首先打开服务端模块并确保正确运行，其次运行客户端模块的数据采集集中管理人机界面。
如图1所示，客户端模块由若干台客户端计算机组成，具有普通用户权限，运用多线程编程技术，并发访问服务端模块。客户端模块和服务端模块均设置有若干功能模块，包括实现发送采集测试、采集子系统集中开始/停止采集、采集参数配置刷新、波形回放、日志查询、实时查询采集器的网络连接状态和数据保存状态功能。
其中，采集参数配置刷新，客户端需要通过发送UDP消息和服务端模块通讯，服务端模块收到该消息后，通过已经配置正确的连接SQL Server的ODBC数据库环境，获取来自数据采集参数配置模块的参数配置并下载到服务端模块。当原有采集参数配置没有变化时，直接从服务端模块的本地文件夹读取采集参数配置文件，提供给客户端模块和数据采集模块使用。当用户需要更改采集参数时，数据采集参数配置模块修改采集参数，重新获取配置文件。
客户端模块发送UDP消息，服务端模块收到指令消息，通过以太网交换机和以太网数据采集模块通讯，发送控制命令字节串，命令字节固定为20字节，其中数组的第一字节为命令代码，定义命令的功能，后面为参数。对于不同的命令，参数的个数和意义均不相同。支持软件触发，硬件触发，实时采集与传输，数据重传功能，控制采集器完成各种类型的数据采集操作。
服务端模块实际负责对以太网数据采集模块的分区域、分类型、分端口的集中数据采集和批量管理，具有最高级别权限。服务端模块是一台高性能服务器，该服务器具有128GB内存，32个CPU内核处理器，通过配置企业级SSD硬盘，解决磁盘性能瓶颈，具备高速的读写速度，实现快速获取采集数据。双电源冗余供电，保证数据可靠，快速，稳定传输。
其中，服务端模块运用多线程非阻塞socket网络通信技术，实现多个以太网数据采集模块并行连接到服务端模块，完成数据采集和存储的功能。首先服务器模块通过绑定端口，建立一个Socket，侦听以太网数据采集模块连接。当有以太网数据采集模块连接，服务端将创建线程，建立与数据采集器的连接。当建立连接成功后，数据采集器将等待服务器模块发送命令，数据采集器接收20个字节的命令字节后，将开始发送采集数据到服务器模块。在数据采集的过程中，可以实时查询数据采集器的工作状态。服务端模块获取采集数据后，通过FTP协议技术，直接快速上传到远程数据存储模块。
其中，服务端模块通过配置不同的TCP通信绑定端口，可以同时开展软件触发采集，硬件触发采集，低采样率长时间数据采集，开始即采集传输，触发后立即传输等各种不同类型的数据采集工作，满足不同用户的数据采集需求。
图1所示，若干以太网数据采集模块，分别组成一个采集子系统，分布式远距离放置于被测现场，用于测量各种模拟电信号和开关量的状态进行采集。
以太网数据采集模块，通过TCP/IP协议接收服务端模块发送的各种控制命令字，完成软件触发，硬件触发，实时采集与传输，数据重传等不同类型的数据采集操作。对于以太网数据采集器的IP地址，接收端口和服务器模块IP地址，可以使用FTP客户端软件和采集器通讯进行配置和修改。
其中，以太网数据采集模块的数据存储格式采用U16型字节存储，遵循所有开关量在前，模拟量在后的存储格式。对于采集子系统，当所有的采集卡采集完毕后，服务端模块统一对各种类型的信号进行整理并使用FTP协议上传到数据存储服务器。
图1所示，控制模块包括时序产生模块，时钟分频模块和光电触发转换模块。当客户端和服务端模块在接收到时序产生模块发送的准备开始采集消息后，进入准备就绪状态，等待时序产生模块发出统一采集触发信号，开始数据采集。其中，时序产生模块能够为数据采集模块提供ns级别10MHz的外部时钟信号和采集触发信号。时序分频模块用于将时序产生模块产生的10MHz时钟信号分频成1MHz，5MHz，10MHz等以太网数据采集模块所需要的外时钟信号，确保采集子系统各通道之间信号精准同步。光电转换模块将光信号转换为电信号，具有4路光信号输入，4路TTL电信号输出，保证实现长距离的电信号传输，防止数据采集模块由于周围复杂的电磁干扰，造成数据采集模块发生误触发动作。
最后需要说明的是，以上公开的本发明优选实施例只是提供了一种以太网数据采集器集中管理的新方法，用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽所述的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种以太网数据采集器集中管理系统，包括数据交互客户端模块和服务端模块，所述的客户端模块和服务端模块的输入端连接采集参数配置模块，所述的服务端模块的输出端连接数据存储模块，其特征在于：
还包括N个以太网数据采集模块和控制模块，每个以太网数据采集模块均与控制模块的触发端和外部时钟连接，接收控制模块发送的触发信号和外部时钟信号；服务端模块和每个以太网数据采集模块均通过以太网交换机实现数据交互；
所述的控制模块与客户端模块和服务端模块的输入端分别连接，向客户端模块和服务端模块分别发送控制信号；
控制模块和服务端模块通过以太网交换机实现数据传递；
所述的客户端模块和采集参数配置模块之间、所述服务端模块的和采集参数配置模块之间，分别通过以太网交换机实现数据传递。
2.如权利要求1所述的一种以太网数据采集器集中管理系统，其特征在于：所述的客户端模块和服务端模块、服务端模块和控制模块，以及客户端模块和控制模块通讯时，分别遵循UDP通讯协议。
3.如权利要求2所述的一种以太网数据采集器集中管理系统，其特征在于：所述的客户端模块和服务端模块配置UDP消息接收端口。
4.如权利要求2所述的一种以太网数据采集器集中管理系统，其特征在于：所述的服务端模块和以太网数据采模块通讯遵循TCP/IP通讯协议。
5.如权利要求2所述的一种以太网数据采集器集中管理系统，其特征在于：所述的客户端模块接收普通用户信息，服务端模块接收工程师用户信息，客户端模块由若干台客户端计算机组成，具有普通用户权限，并发访问服务端模块。
6.如权利要求5所述的一种以太网数据采集器集中管理系统，其特征在于，客户端模块和服务端模块均包括以下功能模块：发送采集测试、采集子系统集中开始/停止采集、采集参数配置刷新、波形回放、日志查询、实时查询采集器的网络连接状态和数据保存状态。
7.如权利要求2所述的一种以太网数据采集器集中管理系统，其特征在于：所述的客户端模块发送UDP消息，服务端模块收到指令消息，通过以太网交换机和以太网数据采集模块通讯，发送控制命令字节串。
8.如权利要求2所述的一种以太网数据采集器集中管理系统，其特征在于：所述的服务端模块对所有以太网数据采集模块，按照区域、类型、端口进行集中数据采集和批量管理。
9.如权利要求2所述的一种以太网数据采集器集中管理系统，其特征在于：首先服务器模块通过绑定端口，建立一个Socket，侦听以太网数据采集模块连接；当有以太网数据采集模块连接，服务端将创建线程，建立与数据采集模块的连接；当建立连接成功后，以太网数据采集模块将等待服务器模块发送命令，数据采集器接收20个字节的命令字节后，将开始发送采集数据到服务器模块；在数据采集的过程中，可以实时查询数据采集器的工作状态；服务端模块获取采集数据后，通过FTP协议技术，直接快速上传到远程的数据存储模块。
10.如权利要求2所述的一种以太网数据采集器集中管理系统，其特征在于：控制模块包括时序产生模块，时钟分频模块和光电触发转换模块，当客户端和服务端模块在接收到时序产生模块发送的准备开始采集消息后，进入准备就绪状态，等待时序产生模块发出统一采集触发信号，开始数据采集，时序产生模块提供外部时钟信号和触发信号，时序分频模块用于将时序产生模块产生的时钟信号分频成以太网数据采集模块所需要的外时钟信号，光电转换模块将光信号转换为电信号。
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