CN113656092B - 一种基于插件式的scada系统驱动协议高效管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,克服了现有技术驱动架构占用空间大和管理麻烦的问题,包括:采用相同接口协议定制开发;设备协议组态,即设备信息配置过程;组态发布,即设备信息和协议插件同步到驱动架构过程;插件升级,即将替换生产环境中正在执行的协议插件;插件注册和上线,即插件在驱动架构上加载及启用的过程;设备信息解析及数据获取;插件下线、反注册和出插件池;本发明采用插件池对插件管理,只对新部署和升级的插件进行操作,不会影响到其他正在执行的插件,大大降低了工程实施运维过程出错率和成本。
Description
技术领域
本发明涉及监控类设备数据采集领域,尤其是涉及一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法。
背景技术
SCADA即监控与数据采集系统主要用于测控点十分分散、分布范围广泛的生产过程或设备的监控,通常情况下,测控现场是无人或者少人值守,所以SCADA系统是一类功能强大的计算机远程监督控制与数据采集系统,它综合利用了计算机技术、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或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支持,而现有技术驱动架构占用空间大和管理麻烦,并且接口类型多样不统一,受生产环境干扰大,工程实施运维过程出错率高,所以如何高效对SCADA系统驱动协议进行管理就成了主要研究问题。
例如,一种在中国专利文献上公开的“风电场SCADA系统及其控制方法”,其公告号CN111338308A,包括监控模块和与风电场的风机一一对应若干个通信组件;通信组件包括串联连接的DTU模块和电力载波模块;DTU模块以无线通信方式与监控模块连接;电力载波模块与风机的控制器连接;电力载波模块还通过电网与至少一个相邻风机相对应的电力载波模块连接,还公开了一种风电场SCADA系统控制方法;上述技术方案开发难度大、开发周期长,并且驱动架构占用空间大,工程实施运维过程出错率和成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术驱动架构占用空间大和管理麻烦的问题,提供了一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,可以利用插件式对协议插件进行管理,驱动架构在执行过程只同步使用到的插件,完美解决驱动架构占用空间大和管理麻烦的问题。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,包括:
S1:采用相同接口协议定制开发,即所有协议插件使用相同的接口和调用方式;
S2:设备协议组态,即设备信息配置过程,如果是插件升级,直接跳转到步骤四;
S3:组态发布,即设备信息和协议插件同步到驱动架构过程;
S4:插件升级,即将替换生产环境中正在执行的协议插件;
S5:插件注册和上线,即插件在驱动架构上加载及启用的过程;
S6:设备信息解析及数据获取,即插件获取对应设备数据过程;
S7:插件下线、反注册和出插件池,即停用和释放资源过程。
本发明提供了一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,尤其在监控平台运行过程中对驱动协议动态远程部署和升级过程具有简捷、快速、高效的特点;本发明采用插件式的驱动架构,首先通过监控平台对产品和设备信息进行组态,然后将组态后的产品和设备配置信息发布到驱动架构中,在发布过程中同时也会将使用到的未发布过的驱动协议一并同步到驱动架构中,接下来驱动架构解析产品和设备配置信息,同时加载新驱动协议进行采集数据。
作为优选,所述S1中接口协议包括协议调用接口、插件管理接口和数据交互接口,所述协议调用接口,主要包括设备配置信息解析、设备连接、设备断开连接、获取数据线程启动、获取数据线程停止和设备在线状态统计信息获取接口;所述插件管理接口,主要包括插件入插件池、插件注册、插件上线、插件下线、插件反注册和插件出插件池接口;所述数据交互接口,主要包括数据上送和数据控制信息转发接口。
所有协议开发采用相同的接口协议,包括协议调用接口、插件管理接口和数据交互接口,这些接口是监控平台所有协议插件必须遵守的,为开发者提供统一的插件开发规范,其中协议调用接口用于设备连接、数据获取、协议转化及设备连接断开等,插件管理接口用于插件入插件池、注册、上线、下线、反注册及出插件池等操作行为,数据交互接口提供统一的数据上送下达方法。
作为优选,所述S2中具体包括以下步骤:
S21:设备类模型建立,监控平台中将同类型的设备进行归纳整理成抽象的设备类,设备的参数设定为设备类的一个属性点,每个属性点包含属性名、值类型、读写属性和属性描述;
S22:实例化设备,实例化的具体设备继承设备类所有参数信息;
S23:设备分组及设备连接信息配置,设备连接信息和设备信息以JSON结构的形式进行存储。
作为优选,所述S2中协议组态的组态信息主要由设备类信息、设备连接信息及设备固有属性信息三部分组成。
作为优选,所述S3中组态发布是将设备配置信息及使用到的插件同步到驱动架构中,驱动架构接收到设备配置信息和插件信息后,比较插件版本版本信息,如果正在运行的版本与发布版本不同,则替换正在执行版本,执行S5;反之,执行S6。
作为优选,所述S3中具体包括以下步骤:
S31:将协议插件同步到驱动架构上;
S32:首先将插件压入插件池,对插件进行注册,注册后的插件才会被驱动架构识别插件,然后对插件进行上线操作,上线后的插件才具备获取设备数据的能力,驱动架构操作对象是插件,对正在运行其他插件获取数据过程不受影响;
S33:上线后的插件完成配置信息解析、设备连接、数据解析、协议转化和数据上送到监控平台。
作为优选,所述S6中所述插件获取对应设备数据包括包序、采集时间、设备名、属性名、属性值及属性值的可信度信息,所述包序在数据上送过程中是连续的,如果监控平台接收到的包序不连续有跳跃,可作为中间过程丢包的依据。
作为优选,所述S6中具体包括以下步骤:
S61:解析设备连接信息,启动设备数据线程;
S62:将获取到的数据转化为统一JSON结构数据格式,并将其实时上送到监控平台;
S63:同时接收监控平台设备控制信息,实现对现场设备的控制过程。
作为优选,所述S23中所述设备分组是采用分组形式存储配置信息,每个分组有且仅作为优选,所述数据交互接口采用数据上送对数据格式转化后的设备数据上传到监控平台,数据控制信息转发负责将监控平台对设备控制信息转发到插件中,再通过插件完成将设备控制信息投递给设备的过程。
作为优选,所述S23中所述设备分组是采用分组形式存储配置信息,每个分组有且仅有一种连接方式,同一分组下的所有设备同属于一个插件。
因此,本发明有如下有益效果:
1驱动架构在执行过程只同步使用到的插件,完美解决驱动架构占用空间大和管理麻烦的问题;
2采用插件池对插件管理,只对新部署和升级的插件进行操作,不会影响到其他正在执行的插件;
3整个组态发布或插件升级过程都是在线自动完成的,大大降低了工程实施运维过程出错率和成本。
附图说明
图1是本实施例插件式驱动协议高效管理方法功能架构示意图;
图中:1、组态平台 2、监控平台 3、驱动架构服务 4、插件管理池 5、厂商设备数据服务。
实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实施例做进一步的描述。
如图1中所示,为本发明中所述的插件式驱动协议高效管理方法功能架构示意图,图中包含了组态平台1、监控平台2、驱动架构服务3和厂商设备数据服务5,所述驱动架构服务包含一个插件管理池4。组态平台和监控平台可以部署在一台服务器上,也可以部署在两台服务器上,而驱动架构服务大多数情况下部署在近厂商设备服务侧。插件管理池对协议插件统一管理,并将不同厂商设备数据转化为监控平台能够识别的数据格式,并通过同一接口上送到监控平台,同时监控平台对设备控制信息经驱动架构转发到对应协议插件中实现对设备控制的功能。
一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,包括以下步骤:
S1:采用相同接口协议定制开发,即所有协议插件使用相同的接口和调用方式;
相同的接口协议,此处提到的接口协议指驱动架构服务中对插件内部方法调用、插件管理及数据管理的接口协议,主要包括协议调用接口、插件管理接口和数据交互接口。采用相同接口协议不仅能够快速实现协议定制开发,降低开发门槛,缩短开发周期,同时也为插件快速调试和部署提供了便利,大大降低部署过程出错的概率。
1.协议调用接口,主要包括设备配置信息解析、设备连接、设备断开连接、获取数据线程启动、获取数据线程停止和设备在线状态统计信息获取等接口,通过以上接口实现将不同厂商设备数据与监控平台进行交互。
设备配置信息解析:analyzeConfig(bson * bcfg),设备配置信息采集bson形式存储,内容主要包含设备连接信息和采集厂商设备所需的参数信息,bson内部具体结构由驱动协同开发者自定义,解析过程也由驱动协同开发者完成。这样既能保证多名开发者在相同接口下开发,又能给予开发者足够的灵活性。
设备连接:connect(),实现与厂商设备网络通路连接,接口具体过程由开发者依据具体厂商设备协同文档进行完成。
设备断开连接:disConnect(),实现与厂商设备网络通路断开,接口具体过程由开发者依据具体厂商设备协同文档进行完成。
获取数据线程启动:start(),启动数据获取线程,实现从厂商设备端实时获取设备数据,并将数据转化为监控平台能够识别的统一数据格式。同时也承担监控平台对厂商设备控制信息的解析及控制功能。
获取数据线程停止:stop(),停止数据获取线程,当调用该接口后不再获取从厂商设备端获取设备且也不会向厂商设备发送控制信号,待再次调用start()时才恢复与厂商设备进行数据交互。
设备在线状态统计信息获取:getStatusInfo(),获取该插件下所有设备的状态信息,包括在线信息、故障信息和运维信息等。
2.插件管理接口,主要包括插件入插件池、插件注册、插件上线、插件下线、插件反注册和插件出插件池。首先将插件压入插件池,对插件进行注册,注册后的插件才会被驱动架构识别插件,然后对插件进行上线操作,上线后的插件才具备获取设备数据的能力。当插件不再使用时需要对插件进行下线、反注册和出插件池操作。驱动架构操作对象是插件,对正在运行其他插件获取数据过程不受影响。
插件入插件池:inputPool(std::string pluginName),主要负责将插件压入插件池,对插件进行统一管理,检查插件状态运行状态并记录相关日志,以便后期问题定位跟踪。
插件注册:regPlugin(Plugin * pPlugin),注册主要作用是认证插件身份,为其运行申请所需的资源。
插件上线:onlinePlugin(Plugin * pPlugin),上线主要作用是启动插件服务,对插件状态进行检测。
插件下线:disOnlinePlugin(Plugin * pPlugin),下线主要作用是停止插件服务。
插件反注册:unRegPlugin(Plugin * pPlugin),反注册主要作用是释放资源,下架插件。
插件出插件池:outputPool(std::string pluginName),主要作用是将插件从插件池中移除,是否插件池相应资源。
3.数据交互接口,主要包括数据上送和数据控制信息转发,其中数据上送实现将数据格式转化后的设备数据上传到监控平台,数据控制信息转发负责将监控平台对设备控制信息转发到相应插件中,再由插件完成将其投递给相应设备中,达到对设备控制的目的。
数据上送:updateValue(bson * bval),主要负责将统一格式的设备数据上送到监控平台。
数据控制信息转发:writeValue(bson * bval),主要负责将监控平台的设备控制信息转发给相应的插件中。
S2:设备协议组态,即设备信息配置过程;
如果是插件升级,直接跳转到步骤四。
在监控平台中,通过组态平台进行对设备信息进行组态,组态信息主要由设备类信息、设备连接信息及设备固有属性信息三部分组成。监控平台中将同类型的设备进行归纳整理成抽象的设备类,设备的参数设定为设备类的一个属性点,每个属性点包含属性名、值类型(布尔类型、模拟类型和字符数组类型)、读写属性和属性描述等相关参数。实例化的具体设备继承设备类所有参数信息。
以项目中常见的一种空调为例,空调设备类取名为VRV,对空调设备类进行数据建模,然后将空调设备类进行实例化成设备,最后对实例化的设备进行分组并配置连接信息。设备连接信息和设备信息以JSON结构的形式进行存储,具体过程如下:
空调设备类模型建立
空调的启停状态,属性名:ST,表示空调当前是否正在运行,属性点值的类型为布尔类型,当值为真(true)时表示空调正处于运行状态,值为假(false)时表示空调正处于停运状态,该属性点为只读点(R)。存储的JSON结构:{"attributes" :{"ST" : {"description" : "启停状态","type" : "boolean","operate" : "R"}}。
空调的设定温度,属性名:RT,表示空调当前设定温度,属性点值类型为模拟类型,该属性点为读写点(RW)。存储的JSON结构:{"attributes" :{"RT" : {"description":"设定温度","type" : "analog","operate" : "RW","unit":"0C"}}。
室内温度,属性名:CT,表示室内当前温度,属性点值类型为模拟类型,该属性点为只读点(R)。存储的JSON结构:{"attributes" :{"CT" : {"description" : "当前室内温度","type" : "analog","operate" : "R","unit":"0C"}}}。
空调运行模式,属性名:MD,表示空调正在运行模型,属性点值类型为模拟类型,该属性点为读写点(RW),模式主要包括待运行模式(0)、制冷模式(1)、制热模式(2)、送风模式(3)和除湿模式(4)。其中存储的JSON结构:{"attributes" :{"MD" : {"description" :"运行模式","type" : "analog","operate" : "RW"}}。
实例化设备。
实例化是将抽象的设备类实例成具体设备,实例化后的设备与项目中厂商指定设备进行强关联,可是实时展示现场设备运行状态及控制设备运行状态。实例化的设备都有唯一标识,区别与项目中其他设备,即设备身份信息。实例化后的设备信息结构依然采用JSON结构,空调的实例化结构示例如下:
{
"deviceName":"Z6_HZ_VRV_1",
"deviceAlias":"新风机空调组-格力",
"deviceDesc":"南区22楼北会议室空调",
"deviceType":"VRV",
"attributes" :
{
"ST":{"type":"boolean","operate":"R","ioaddr":"channel1.VRV.ST"},
"RT":{"type":"analog","operate":"RW","ioaddr":"channel1.VRV.RT"},
"CT":{"type":"analog","operate":"R","ioaddr":"channel1.VRV.CT"},
"MD":{"type":"analog","operate":"RW","ioaddr":"channel1.VRV.MD"}
}
}
其中deviceName表示设备名,在同一项目中区别于其他设备的唯一标识;deviceAlias表示设备别名,支持中文和特殊字符命名,增强工程人员和业主易读性;deviceDesc表示设备描述,可以更精细地表示备物理空间位置;deviceType表示该设备归属的设备类;ioaddr表示属性点与现场设备属性点关联关系。
设备分组,及设备连接信息配置
将设备按照数据来源进行分组,同一分组内的设备数据来自同一插件同一网络连接。仍以空调为例进行示例说明:
{
"groupName":"group1",
"pluginName":"GREE_OPCUA_VRV",
"connectInfo":
{
"comType":"opcua",
"serverIP":"127.0.0.1"
},
"deviceInfos":
[
{
"deviceName":"Z6_HZ_VRV_1",
"deviceAlias":"新风机空调组-格力",
"deviceDesc":"南区22楼北会议室空调",
"deviceType":"VRV",
"attributes" :
{
"ST":{"type":"boolean","operate":"R","ioaddr":"channel1.VRV.ST"},
"RT":{"type":"analog","operate":"RW","ioaddr":"channel1.VRV.RT"},
"CT":{"type":"analog","operate":"R","ioaddr":"channel1.VRV.CT"},
"MD":{"type":"analog","operate":"RW","ioaddr":"channel1.VRV.MD"}
}
},
{
"deviceName":"Z6_HZ_VRV_2",
"deviceAlias":"新风机空调组-格力",
"deviceDesc":"南区22楼南会议室空调",
"deviceType":"VRV",
"attributes":
{
"ST":{"type":"boolean","operate":"R","ioaddr":"channel2.VRV.ST"},
"RT":{"type":"analog","operate":"RW","ioaddr":"channel2.VRV.RT"},
"CT":{"type":"analog","operate":"R","ioaddr":"channel2.VRV.CT"},
"MD":{"type":"analog","operate":"RW","ioaddr":"channel2.VRV.MD"}
}
}
]
}
其中groupName和pluginName分别表示设备分组名和归属插件名,connectInfo表示设备连接信息,deviceInfos表示设备信息。
S3:组态发布,即设备信息和协议插件同步到驱动架构过程;
组态发布是将设备配置信息及使用到的插件同步到驱动架构中,驱动架构接收到设备配置信息和插件信息后,比较插件版本版本信息,如果正在运行的版本与发布版本不同,则替换正在执行版本,执行步骤五;反之,执行步骤六。
S4:插件升级,即将替换生产环境中正在执行的协议插件;
替换正在执行版本,执行步骤五。
S5:插件注册和上线,即插件在驱动架构上加载及启用的过程;
首先对老插件下线、反注册和出插件池操作,让后对新插件进行入插件池、注册和上线操作,实现驱动识别、加载和启用的过程。
S6:设备信息解析及数据获取,即插件获取对应设备数据过程;
解析设备连接信息,启动设备数据线程,将获取到的数据转化为统一数据格式,并将其实时上送到监控平台。同时也接收监控平台设备控制信息,实现对现场设备的控制过程。
实时数据统一采用JSON结构上送到监控平台,仍以空调数据为例,对应的JSON结构示例如下:
{
"sequence":1,
"timestamp":1531121317,
"dataInfos":
[
{
"deviceName":"Z6_HZ_VRV_1",
"values" :
{
"ST":{"value":true,"quality":192},
"RT":{"value":26.0,"quality":192},
"CT":{"value":31.5,"quality":192},
"MD":{"value":1,"quality":192}
}
},
{
"deviceName":"Z6_HZ_VRV_2",
"values" :
{
"ST":{"value":true,"quality":192},
"RT":{"value":27.0,"quality":192},
"CT":{"value":28.0,"quality":192},
"MD":{"value":1,"quality":192}
}
}
]
}
其中sequence表示包序,数据上送包序是连续的,如果监控平台接收到的包序不连续有跳跃,可作为中间过程丢包的依据;timestamp表示数据采集的时间戳,以1970年1月1日8时为基准,到数据采集时的秒时;quality表示属性点值可信度,0表示不可信,192表示可信,正常情况只有0和192值,其他暂未启用。
设备控制信息同样采用JSON结构,示例如下:
{
"sequence":1,
"controlInfos":
[
{
"deviceName":"Z6_HZ_VRV_1",
"setValues" :
{
"RT":26.0
}
},
{
"deviceName":"Z6_HZ_VRV_2",
"setValues" :
{
"MD":3
}
}
]
}
其中sequence表示包序,设备控制信息下写包序是连续的,如果包序不连续有跳跃,可作为中间过程丢包的依据;deviceName为Z6_HZ_VRV_1,RT为26.0,表示将设备Z6_HZ_VRV_1的设定温度改为26.00C。
S7:插件下线、反注册和出插件池,即停用和释放资源过程。
待驱动架构需停止运行时,驱动架构对插件进行下线、反注册和出插件池操作,即释放占用的系统资源。
本发明的工作过程如下:首先将协议插件同步到驱动架构上,驱动架构对插件进行入插件池、注册和上线,上线后的插件完成配置信息解析、设备连接、数据解析、协议转化和数据上送到监控平台;协议升级过程:首先将协议插件同步到驱动架构上,老的协议动态库断开设备连接,驱动架构对老的协议插件进行下线、发注册、出插件池,然后驱动架构对新协议插件进行入插件池、注册和上线,上线后的协议插件完成配置信息解析、设备连接、数据解析、协议转化和数据上送到监控平台。
本发明并不限于上文描述的实施方式,以上所述仅是本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明。凡是依据本发明的技术实质所作的任何修改、等同变换、改进等,均属于本发明所要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:采用相同接口协议定制开发,即所有协议插件使用相同的接口和调用方式;
S2:设备协议组态,即设备信息配置过程,如果是插件升级,直接跳转到S4;
S3:组态发布,即设备信息和协议插件同步到驱动架构过程,首先将协议插件同步到驱动架构上,驱动架构对插件进行入插件池、注册和上线,上线后的插件完成配置信息解析、设备连接、数据解析、协议转化和数据上送到监控平台;
S4:插件升级,即将替换生产环境中正在执行的协议插件;
S5:插件注册和上线,即插件在驱动架构上加载及启用的过程;
S6:设备信息解析及数据获取,即插件获取对应设备数据过程,同时也接收监控平台设备控制信息,实现对现场设备的控制过程;
S7:插件下线、反注册和出插件池,即停用和释放资源过程;
所述S1中接口协议包括协议调用接口、插件管理接口和数据交互接口,所述协议调用接口,主要包括设备配置信息解析、设备连接、设备断开连接、获取数据线程启动、获取数据线程停止和设备在线状态统计信息获取接口;所述插件管理接口,主要包括插件入插件池、插件注册、插件上线、插件下线、插件反注册和插件出插件池接口;所述数据交互接口,主要包括数据上送和数据控制信息转发接口;
所述S2中具体包括以下步骤:
S21:设备类模型建立,监控平台中将同类型的设备进行归纳整理成抽象的设备类,设备的参数设定为设备类的一个属性点,每个属性点包含属性名、值类型、读写属性和属性描述;
S22:实例化设备,实例化的具体设备继承设备类所有参数信息;
S23:设备分组及设备连接信息配置,设备连接信息和设备信息以JSON结构的形式进行存储。
2.根据权利要求1所述的一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,其特征在于,所述S2中协议组态的组态信息主要由设备类信息、设备连接信息及设备固有属性信息三部分组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,其特征在于,所述S3中组态发布是将设备配置信息及使用到的插件同步到驱动架构中,驱动架构接收到设备配置信息和插件信息后,比较插件版本版本信息,如果正在运行的版本与发布版本不同,则替换正在执行版本,执行S5;反之,执行S6。
4.根据权利要求1所述的一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,其特征在于,所述S3中具体包括以下步骤:
S31:将协议插件同步到驱动架构上;
S32:首先将插件压入插件池,对插件进行注册,注册后的插件才会被驱动架构识别插件,然后对插件进行上线操作,上线后的插件才具备获取设备数据的能力,驱动架构操作对象是插件,对正在运行其他插件获取数据过程不受影响;
S33:上线后的插件完成配置信息解析、设备连接、数据解析、协议转化和数据上送到监控平台。
5.据权利要求1所述的一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,其特征在于,所述S6中插件获取对应设备数据包括包序、采集时间、设备名、属性名、属性值及属性值的可信度信息,所述包序在数据上送过程中是连续的,如果监控平台接收到的包序不连续有跳跃,可作为中间过程丢包的依据。
6.据权利要求1或5所述的一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,其特征在于,所述S6中具体包括以下步骤:
S61:解析设备连接信息,启动设备数据线程;
S62:将获取到的数据转化为统一JSON结构数据格式,并将其实时上送到监控平台;
S63:同时接收监控平台设备控制信息,实现对现场设备的控制过程。
7.根据权利要求1所述的一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,其特征在于,所述数据交互接口采用数据上送对数据格式转化后的设备数据上传到监控平台,数据控制信息转发负责将监控平台对设备控制信息转发到插件中,再通过插件完成将设备控制信息投递给设备的过程。
8.根据权利要求1所述的一种基于插件式的SCADA系统驱动协议高效管理方法,其特征在于,所述S23中所述设备分组是采用分组形式存储配置信息,每个分组有且仅有一种连接方式,同一分组下的所有设备同属于一个插件。
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