CN112988876B - 一种工业数据采集管理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工业数据采集管理方法及系统，包括：构建工业数据管理集群，所述工业数据管理集群包括数据转换节点，所述数据转换节点将采集的工业设备的数据转换为符合规范协议的工业数据，在工业数据管理集群创建分布式存储系统；在工业数据管理集群的管理节点预先设置数据转换节点映射列表，在所述数据转换节点映射列表中存储需要传输数据的数据转换节点映射对；判断数据转换节点在所述映射列表中是否存在具有映射关系的目标数据转换节点：若是，则将数据转换节点转换后的工业数据传输并保存至目标数据转换节点；若否，则将数据转换节点转换后的工业数据保存至本地。本发明实现了工业数据的快速读取，提高了工业数据的读取效率。

Description

一种工业数据采集管理方法及系统
技术领域
本发明涉及工业数据采集技术领域，具体涉及一种工业数据采集管理方法及系统。
背景技术
在工业自动化控制、生产线管理、企业管理信息化蓬勃发展的今天，各种检测、控制、通讯设备种类繁多，而且系统中通讯协议也各不相同。各种品牌的PLC系统制造商出于维权及软件保护目的，对其通讯协议进行保密封装，直接导致管理层的数据库难以获得基础层信息，跨系统的数据信息获取则更难解决。
现有工业数据处理方法大多是通过网关对工业数据进行转换，然后将工业数据进行统一收集。但是由于工业数据量极其庞大，利用网关对工业数据进行统一采集、存储以及分配对主服务器的压力过大，导致数据采集传输效率低。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种工业数据采集管理方法及系统，以解决上述技术问题。
第一方面，本发明提供一种工业数据采集管理方法，包括：
构建工业数据管理集群，所述工业数据管理集群包括数据转换节点，所述数据转换节点将采集的工业设备的数据转换为符合规范协议的工业数据，在工业数据管理集群创建分布式存储系统；
在工业数据管理集群的管理节点预先设置数据转换节点映射列表，在所述数据转换节点映射列表中存储需要传输数据的数据转换节点映射对；
判断数据转换节点在所述映射列表中是否存在具有映射关系的目标数据转换节点：
若是，则将数据转换节点转换后的工业数据传输并保存至目标数据转换节点；
若否，则将数据转换节点转换后的工业数据保存至本地。
进一步的，数据转换节点包括PLC转换节点、DCS转换节点、检测仪表转换节点、串口通信转换节点和电力系统转换节点。
进一步的，所述数据转换节点将采集的工业设备的数据转换为符合规范协议的工业数据的方法包括：
PLC转换节点通过PLC网段群网络接口读取PLC设备的报文数据，对报文数据进行有效分析处理截取有效数据，将有效数据转换成具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
DCS转换节点通过DCS网段群网络接口读取DCS设备的报文数据，截取报文数据的有效数据，将有效数据转换成具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
检测仪表转换节点通过HART网络接口读取检测仪表的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号转换为工程量单位，将工程量单位的数字信号进行有效信号提取，并将提取的有效信号转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
串口通信转换节点将接收的串口信号，对串口信号进行一对一解析和有效数据截取处理，将截取的有效数据转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
电力系统转换节点通过串口读取电度表数据，截取电度表数据的有效数据，将截取的有效数据转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据。
进一步的，所述方法还包括：
预先存储各数据转换节点的数据类型；
解析用户发送的查询请求的目标数据所属的数据类型；
根据目标数据所属的数据类型以及映射列表查找匹配数据转换节点；
从匹配数据转换节点查询目标数据，并将查询到的目标数据向用户输出显示。
进一步的，所述在工业数据管理集群的管理节点预先设置数据转换节点映射列表，在所述数据转换节点映射列表中存储需要传输数据的数据转换节点映射对，包括：
获取数据转换节点的需求数据，并查询需求数据的源设备所属的源数据转换节点；
建立源数据转换节点与需求数据的数据转换节点的映射关系。
进一步的，所述将数据转换节点转换后的工业数据传输并保存至目标数据转换节点，包括：
从数据转换节点转换出的工业数据中提取所述需求数据，并将所述需求数据传输并保存至目标数据转换节点。
进一步的，所述方法还包括：
若数据转换节点的需求数据对应多个目标数据转换节点，则将所述需求数据存储至缓存介质；
监控缓存介质中数据的冷热度，将冷数据转移至源数据转换节点。
进一步的，所述方法还包括：
所述分布式存储系统对接监控平台，所述监控平台从所述分布式存储系统读取工业数据，并对读取的工业数据按照预设监控规则进行监控。
第二方面，本发明提供一种工业数据采集管理系统，包括：
集群构建单元，用于构建工业数据管理集群，所述工业数据管理集群包括数据转换节点，所述数据转换节点将采集的工业设备的数据转换为符合规范协议的工业数据，在工业数据管理集群创建分布式存储系统；
映射构建单元，用于在工业数据管理集群的管理节点预先设置数据转换节点映射列表，在所述数据转换节点映射列表中存储需要传输数据的数据转换节点映射对；
映射查找单元，用于判断数据转换节点在所述映射列表中是否存在具有映射关系的目标数据转换节点；
数据转移单元，用于若数据转换节点在所述映射列表中存在具有映射关系的目标数据转换节点，则将数据转换节点转换后的工业数据传输并保存至目标数据转换节点；
本地保存单元，用于若数据转换节点在所述映射列表中不存在具有映射关系的目标数据转换节点，则将数据转换节点转换后的工业数据保存至本地。
进一步的，数据转换节点包括PLC转换节点、DCS转换节点、检测仪表转换节点、串口通信转换节点和电力系统转换节点。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的工业数据采集管理方法及系统，通过构建工业数据管理集群和分布式存储系统实现工业数据的在各节点间的共享，同时通过设置映射列表，将工业数据按照需要选择目标节点进行存储，实现了工业数据的快速读取，提高了工业数据的读取效率，分布式存储降低了管理节点的数据处理压力和数据传输压力。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。
图2是本发明一个实施例的系统的示意性框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。其中，图1执行主体可以为一种工业数据采集管理系统。
如图1所示，该方法包括：
步骤110，构建工业数据管理集群，所述工业数据管理集群包括数据转换节点，所述数据转换节点将采集的工业设备的数据转换为符合规范协议的工业数据，在工业数据管理集群创建分布式存储系统；
步骤120，在工业数据管理集群的管理节点预先设置数据转换节点映射列表，在所述数据转换节点映射列表中存储需要传输数据的数据转换节点映射对；
步骤130，判断数据转换节点在所述映射列表中是否存在具有映射关系的目标数据转换节点：
步骤140，若是，则将数据转换节点转换后的工业数据传输并保存至目标数据转换节点；
步骤150，若否，则将数据转换节点转换后的工业数据保存至本地。
为了便于对本发明的理解，下面以本发明工业数据采集管理方法的原理，结合实施例对本发明提供的工业数据采集管理方法做进一步的描述。
具体的，所述工业数据采集管理方法包括：
S1、构建工业数据管理集群，所述工业数据管理集群包括数据转换节点，所述数据转换节点将采集的工业设备的数据转换为符合规范协议的工业数据，在工业数据管理集群创建分布式存储系统。
首先根据工业设备种类设置多个数据转换节点，本实施例中设置PLC转换节点、DCS转换节点、检测仪表转换节点、串口通信转换节点和电力系统转换节点。
其中各节点的数据采集方法如下：
PLC转换节点通过PLC网段群网络接口读取PLC设备的报文数据，通过对报文数据的有效分析处理，截取有效数据。将有效数据进行定时打包发送至协议转换单元，转换成具有国际标准工业以太网协议(例如标准Modbus TCP/IP、DNP或IEC60870等协议)的工业。
DCS转换节点通过网络接口模块将本网关作为客户端(CLIENT)，DCS1/DCS2网段群作为SERVER群，采用SERVER-CLIENT一对一访问-服务方式，通讯协议采用OPC SERVER/CLIENT，进行各种DCS设备的报文数据实时读取，截取报文数据的有效数据，将有效数据转换成具有国际标准工业以太网协议的工业数据。
检测仪表转换节点通过HART网络接口读取检测仪表的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号转换为工程量单位，将工程量单位的数字信号进行有效信号提取，并将提取的有效信号转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据。
串口通信转换节点通过RS485/RS232网络接口接收来自于现场的仪表通过RS485/RS232串口发送的串口信号，通过对来自RS485/RS232接口的数据报文进行逐个数据解析，其中包括具有标准MODBUS通讯协议的智能仪表的端口采集数据解析、非标准(自由口)通讯协议的智能仪表的端口采集数据解析。非标(自由口)的智能仪表由于其协议为生产厂家自己规定的通讯规则，嵌入在仪表内的协议五花八门，不标准，必须对其报文数据进行一对一的解析和处理，并截取有效数据。将截取的有效数据转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据。
电力系统转换节点通过串口读取电度表数据，通过对645协议的报文数据帧进行有效分析，截取有效数据。将截取的有效数据转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据。
S2、在工业数据管理集群的管理节点预先设置数据转换节点映射列表，在所述数据转换节点映射列表中存储需要传输数据的数据转换节点映射对。
管理节点将映射列表下发至各数据转换节点，作为各数据转换节点的数据存储依据。
建立映射关系例如，PLC转换节点连接的PLC设备需要检测仪表的数据，则构建PLC转换节点与检测仪表转换节点的映射关系，PLC转换节点即为检测仪表转换节点的目标数据转换节点。
为了进一步降低数据传输量，获取数据转换节点的需求数据，并查询需求数据的源设备所属的源数据转换节点，建立源数据转换节点与需求数据的数据转换节点的映射关系。例如，PLC转换节点的第一PLC设备需要检测仪表转换节点的第一检测仪表的检测数据，则建立PLC转换节点的第一PLC设备与检测仪表转换节点的第一检测仪表的映射关系。
S3、判断数据转换节点在所述映射列表中是否存在具有映射关系的目标数据转换节点：若是，则将数据转换节点转换后的工业数据传输并保存至目标数据转换节点；若否，则将数据转换节点转换后的工业数据保存至本地。
以检测仪表转换节点为例进行说明，若映射列表中具有检测仪表转换节点的相关映射关系，如检测仪表转换节点-PLC转换节点，则将检测仪表转换节点转换后的所有工业数据均向PLC转换节点发送，PLC转换节点保存接收的工业数据，同时将接收的工业数据信息(如信息源设备名称、数据量等信息)和存储路径上报管理节点。
若检测仪表转换节点在映射列表中没有相关映射关系，则直接将转换后的所有工业数据保存至本地，并将保存的工业数据信息和存储路径上报至管理节点。
若检测仪表转换节点在映射列表中的相关映射关系为PLC转换节点的第一PLC设备与检测仪表转换节点的第一检测仪表的映射关系。则检测仪表转换节点对转换的工业数据进行分类，将属于第一检测仪表的工业数据发送至PLC转换节点，其他工业数据保存至检测仪表转换节点本地。
若检测仪表转换节点在映射列表中的相关映射关系为检测仪表转换节点的第一检测仪表同时对应PLC转换节点的第一PLC设备和DCS转换节点的第一DCS设备，为了避免数据重复存储，检测仪表转换节点将属于第一检测仪表的工业数据保存至缓存介质，方便PLC转换节点和DCS转换节点快速读取需要的数据。
创建一个缓存介质监控进程，该监控进程统计缓存介质中的数据被访问次数，预先设置一个访问次数阈值，将实际访问次数大于阈值的数据作为热数据，将实际访问次数不超过阈值的数据作为冷数据。将冷数据从缓存介质中移除并保存至冷数据的源数据转换节点。
每个数据转换节点都具备数据逆向转换的功能，例如PLC转换节点将第一检测仪表的工业数据转换为第一PLC设备接受的模式，然后发送至第一PLC设备，实现工业设备的数据交互。
当某个工业设备在没有建立映射关系的情况下临时需要其他设备的数据时，可向所属的数据转换节点发送请求，数据转换节点将请求发送至管理节点，管理节点查找请求的数据的存储路径并将存储路径发送至数据转换节点，数据转换节点即可读取请求数据并将请求数据反馈至该发送请求的工业设备。
此外，本实施例的分布式存储系统对接监控平台和服务平台。监控平台从所述分布式存储系统读取工业数据，并对读取的工业数据按照预设监控规则进行监控，例如监控某个参数是否超过设置的阈值，若超过阈值则生成告警。服务平台对分布式存储系统的工业数据进行统计和分类显示，以及提供用户查询服务，用户查询服务例如：预先存储各数据转换节点的数据类型；解析用户发送的查询请求的目标数据所属的数据类型；根据目标数据所属的数据类型以及映射列表查找匹配数据转换节点；从匹配数据转换节点查询目标数据，并将查询到的目标数据向用户输出显示。
如图2所示，该系统200包括：
集群构建单元210，用于构建工业数据管理集群，所述工业数据管理集群包括数据转换节点，所述数据转换节点将采集的工业设备的数据转换为符合规范协议的工业数据，在工业数据管理集群创建分布式存储系统；
映射构建单元220，用于在工业数据管理集群的管理节点预先设置数据转换节点映射列表，在所述数据转换节点映射列表中存储需要传输数据的数据转换节点映射对；
映射查找单元230，用于判断数据转换节点在所述映射列表中是否存在具有映射关系的目标数据转换节点；
数据转移单元240，用于若数据转换节点在所述映射列表中存在具有映射关系的目标数据转换节点，则将数据转换节点转换后的工业数据传输并保存至目标数据转换节点；
本地保存单元250，用于若数据转换节点在所述映射列表中不存在具有映射关系的目标数据转换节点，则将数据转换节点转换后的工业数据保存至本地。
可选地，作为本发明一个实施例，数据转换节点包括PLC转换节点、DCS转换节点、检测仪表转换节点、串口通信转换节点和电力系统转换节点。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种工业数据采集管理方法，其特征在于，包括：
构建工业数据管理集群，所述工业数据管理集群包括数据转换节点，所述数据转换节点将采集的工业设备的数据转换为符合规范协议的工业数据，在工业数据管理集群创建分布式存储系统；
在工业数据管理集群的管理节点预先设置数据转换节点映射列表，在所述数据转换节点映射列表中存储需要传输数据的数据转换节点映射对；
判断数据转换节点在所述映射列表中是否存在具有映射关系的目标数据转换节点：
若是，则将数据转换节点转换后的工业数据传输并保存至目标数据转换节点；
若否，则将数据转换节点转换后的工业数据保存至本地；
数据转换节点包括PLC转换节点、DCS转换节点、检测仪表转换节点、串口通信转换节点和电力系统转换节点；
所述数据转换节点将采集的工业设备的数据转换为符合规范协议的工业数据的方法包括：
PLC转换节点通过PLC网段群网络接口读取PLC设备的报文数据，对报文数据进行有效分析处理截取有效数据，将有效数据转换成具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
DCS转换节点通过DCS网段群网络接口读取DCS设备的报文数据，截取报文数据的有效数据，将有效数据转换成具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
检测仪表转换节点通过HART网络接口读取检测仪表的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号转换为工程量单位，将工程量单位的数字信号进行有效信号提取，并将提取的有效信号转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
串口通信转换节点将接收的串口信号，对串口信号进行一对一解析和有效数据截取处理，将截取的有效数据转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
电力系统转换节点通过串口读取电度表数据，截取电度表数据的有效数据，将截取的有效数据转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
预先存储各数据转换节点的数据类型；
解析用户发送的查询请求的目标数据所属的数据类型；
根据目标数据所属的数据类型以及映射列表查找匹配数据转换节点；
从匹配数据转换节点查询目标数据，并将查询到的目标数据向用户输出显示。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在工业数据管理集群的管理节点预先设置数据转换节点映射列表，在所述数据转换节点映射列表中存储需要传输数据的数据转换节点映射对，包括：
获取数据转换节点的需求数据，并查询需求数据的源设备所属的源数据转换节点；
建立源数据转换节点与需求数据的数据转换节点的映射关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将数据转换节点转换后的工业数据传输并保存至目标数据转换节点，包括：
从数据转换节点转换出的工业数据中提取所述需求数据，并将所述需求数据传输并保存至目标数据转换节点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若数据转换节点的需求数据对应多个目标数据转换节点，则将所述需求数据存储至缓存介质；
监控缓存介质中数据的冷热度，将冷数据转移至源数据转换节点。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述分布式存储系统对接监控平台，所述监控平台从所述分布式存储系统读取工业数据，并对读取的工业数据按照预设监控规则进行监控。
7.一种工业数据采集管理系统，其特征在于，包括：
集群构建单元，用于构建工业数据管理集群，所述工业数据管理集群包括数据转换节点，所述数据转换节点将采集的工业设备的数据转换为符合规范协议的工业数据，在工业数据管理集群创建分布式存储系统；
映射构建单元，用于在工业数据管理集群的管理节点预先设置数据转换节点映射列表，在所述数据转换节点映射列表中存储需要传输数据的数据转换节点映射对；
映射查找单元，用于判断数据转换节点在所述映射列表中是否存在具有映射关系的目标数据转换节点；
数据转移单元，用于若数据转换节点在所述映射列表中存在具有映射关系的目标数据转换节点，则将数据转换节点转换后的工业数据传输并保存至目标数据转换节点；
本地保存单元，用于若数据转换节点在所述映射列表中不存在具有映射关系的目标数据转换节点，则将数据转换节点转换后的工业数据保存至本地；
数据转换节点包括PLC转换节点、DCS转换节点、检测仪表转换节点、串口通信转换节点和电力系统转换节点；
所述数据转换节点将采集的工业设备的数据转换为符合规范协议的工业数据包括：PLC转换节点通过PLC网段群网络接口读取PLC设备的报文数据，对报文数据进行有效分析处理截取有效数据，将有效数据转换成具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
DCS转换节点通过DCS网段群网络接口读取DCS设备的报文数据，截取报文数据的有效数据，将有效数据转换成具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
检测仪表转换节点通过HART网络接口读取检测仪表的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号转换为工程量单位，将工程量单位的数字信号进行有效信号提取，并将提取的有效信号转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
串口通信转换节点将接收的串口信号，对串口信号进行一对一解析和有效数据截取处理，将截取的有效数据转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据；
电力系统转换节点通过串口读取电度表数据，截取电度表数据的有效数据，将截取的有效数据转换为具有国际标准工业以太网协议的工业数据。
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