CN113867226B - 一种面向工控系统的冗余数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

一种面向工控系统的冗余数据采集系统，应用于电厂厂级生产过程监控系统SIS中，包括一个或两个工控系统数据发布服务器，以及依次交叉连接的主数据采集接口服务器、从数据采集接口服务器、主网交换机、从网交换机、主工业数据中间件服务器、从工业数据中间件服务器、工业实时数据库；主从机的切换条件解决了主数据采集接口服务器运行正常，但接口驱动无法采集到数据时，主从机不切换，主、从双机热备冗余无法发挥作用的问题，确保数据采集不中断，实现系统的高可用性；当主从数据采集接口服务器都无法向工业数据中间件传输数据时，数据采集接口服务器将对数据进行本地数据缓存，确保数据不丢失。

Description

一种面向工控系统的冗余数据采集系统
技术领域
本发明涉及电力数据信息传输领域，特别涉及一种面向工控系统的冗余数据采集系统。
背景技术
对于电厂数据采集系统而言，目标是将控制系统的生产过程数据安全、完整的采集并存储到实时数据库中。目前，电厂厂级实时监控信息系统SIS在进行现场数据采集时，多采用单路数据采集模式。数据采集过程的每个数据传输节点，都是一个可能的故障点，无论软件、硬件还是网络出现故障，均会导致数据采集的中断，以数据采集系统为基础的SIS系统无法实时获取生产过程数据。如何提高数据采集的可靠性和稳定性，成为决定上层应用系统能够成功应用的关键因素。
在现有的数据采集接口服务器双机热备冗余配置方案中，接口服务器仅支持简单的主从双机热备冗余，只有当主服务器异常退出后，从服务器才进行故障切换。但现场更多的情况是，主接口服务器运行正常，但接口驱动无法采集到数据，在这种情况下，主从双机热备冗余便无法发挥作用。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种面向工控系统的冗余数据采集系统，以解决电厂生产过程数据采集过程中，由于软硬件或网络故障导致数据采集中断的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种面向工控系统的冗余数据采集系统，应用于电厂厂级生产过程监控系统SIS中，包括：一个或两个工控系统数据发布服务器1、主数据采集接口服务器2、从数据采集接口服务器3、主网交换机4、从网交换机5、主工业数据中间件服务器6、从工业数据中间件服务器7和工业实时数据库8；
所述的工控系统数据发布服务器1提供数据发布接口协议标准，同时与主数据采集接口服务器2、从数据采集接口服务器3相连接；
所述的主数据采集接口服务器2和从数据采集接口服务器3根据工控系统数据发布服务器1的接口协议标准，使用对应的数据采集驱动采集工控系统实时数据，主数据采集接口服务器2和从数据采集接口服务器3通过主从心跳链路直连，构成主从双机热备冗余；
所述的主数据采集接口服务器2与主网交换机4相连接后，同时连接主工业数据中间件服务器6和从工业数据中间件服务器7；从数据采集接口服务器3与从网交换机5相连接后，再同时连接主工业数据中间件服务器6和从工业数据中间件服务器7，将采集到的工控系统实时数据发送至管理信息大区的工业数据中间件服务器；主、从工业数据中间件服务器6、7再同时与工业实时数据库8相连接，将实时数据写入工业实时数据库8中，实现双路工业数据中间件上传冗余。
所述的工控系统数据发布服务器1的接口协议标准包括：OPC、Modbus和104，针对不同的工控系统数据发布服务接口，有以下不同的配置模式：
如果工控系统数据发布服务器1支持双路接口冗余，则主、从数据采集接口服务器的数据采集驱动允许配置双路数据链路，当其中一路数据链路断开，或超时未更新数据时，可以自动切换到另外一个数据链路上进行数据采集；
如果工控系统数据发布服务器1不支持双路接口冗余，则主、从数据采集接口服务器的数据采集驱动只能从一个工控系统数据发布服务器中采集数据；
如果工控系统数据发布服务器支持双路接口冗余但不支持同时多个客户端连接，则主、从数据采集接口服务器通过心跳链路对当前主从服务的运行状态进行评估，由运行负荷低的数据采集接口服务器连接到工控系统数据发布服务器。
所述的主数据采集接口服务器2、从数据采集接口服务器3均安装双网卡，其中一个独立网卡接入工业数据中间件所在的网段，另一个独立网卡用于通过主从心跳链路直连组网。
所述主从心跳链路的通讯协议数据内容包含主数据采集接口服务器2的进程运行状态，下行链路和上行链路的工作状态，从数据采集接口服务器3通过此状态，来判断何时进行故障切换。
从数据采集接口服务器3根据主从心跳链路返回的主数据采集接口服务器2工作状态，采取不同的故障切换处理策略，具体为：
主、从数据采集接口服务器2、3之间的心跳链路断开，从数据采集接口服务器3无法响应主数据采集接口服务器2的心跳响应时，从数据采集接口服务器3进行全故障切换；
主数据采集接口服务器2中的某个数据采集驱动接口连接断开或数据超过设置时间未被更新时，从数据采集接口服务器3进行部分故障切换，仅切换主数据采集接口服务器2中故障的数据采集驱动接口到从数据采集接口服务器3；
主数据采集接口服务器2连接工业数据中间件6、7的链路断开，或数据上传失败，超过设置时间无法自行恢复时，从数据采集接口服务器3进行从数据采集接口服务器故障切换；如果从数据采集接口服务器3故障切换失败，则由主数据采集接口服务器2进行数据缓存，等待主数据采集接口服务器2的数据上传链路恢复正常后，再进行历史数据回补；
数据采集接口服务器2、3均可配置两个工业数据中间件IP，实现双路数据上传冗余，当主工业数据中间件6数据传输中断时，自动切换至从工业数据中间件7，如切换失败，则由数据采集接口服务器2、3进行本地数据缓存，等待数据上传链路恢复正常后，再进行历史数据回补。
本发明至少具有以下有益效果：
1、提供的数据采集接口服务器双机热备冗余配置方案，主从机的切换条件不但考虑到主服务进程的执行状态是否正常，还考虑到各个数据采集驱动是否工作正常，解决了主数据采集接口服务器运行正常，但接口驱动无法采集到数据时，主从机不切换，主从双机热备冗余无法发挥作用的问题，确保数据采集不中断，实现系统的高可用性；
2、提供的数据采集接口服务器双机热备冗余配置方案中，主从数据采集接口服务器各自走独立的交换机，极大提高了主从双机热备冗余的容错性；
3、提供的数据采集系统，支持同时向两路工业数据中间件传输数据，进一步提高数据传输的可靠性。
4、提供的数据采集系统，当主从数据采集接口服务器都无法向工业数据中间件传输数据时，数据采集接口服务器将对数据进行本地数据缓存，当链路恢复后，以写历史的方式向工业数据中间件上传数据，确保数据不丢失。
附图说明
图1为本发明的系统架构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1是本发明实施例的系统架构图，如图1所示的一种面向工控系统的冗余数据采集系统，应用于电厂厂级生产过程监控系统SIS中，包括：一个或两个工控系统数据发布服务器1、主数据采集接口服务器2、从数据采集接口服务器3、主网交换机4、从网交换机5、主工业数据中间件服务器6、从工业数据中间件服务器7、工业实时数据库8；图1中的实线代表正常情况下默认的数据传输链路，虚线代表可切换的备用数据传输链路。
所述的工控系统数据发布服务器1提供数据发布接口协议标准，同时与主数据采集接口服务器2、从数据采集接口服务器3相连接；
所述的主数据采集接口服务器2和从数据采集接口服务器3根据工控系统数据发布服务器1的接口协议标准，使用对应的数据采集驱动采集工控系统实时数据，主数据采集接口服务器2和从数据采集接口服务器3通过主从心跳链路直连，构成主、从双机热备冗余；
所述的主数据采集接口服务器2与主网交换机4相连接后，同时连接主工业数据中间件服务器6和从工业数据中间件服务器7；从数据采集接口服务器3与从网交换机5相连接后，再同时连接主工业数据中间件服务器6和从工业数据中间件服务器7，将采集到的工控系统实时数据发送至管理信息大区的工业数据中间件服务器；主、从工业数据中间件服务器6、7再同时与工业实时数据库8相连接，将实时数据写入工业实时数据库8中，实现双路工业数据中间件上传冗余。
数据采集接口支持双路数据采集接口冗余配置，可配置一个或两个工控系统数据发布服务器。
工控系统数据发布服务器1的接口协议标准包括：OPC、Modbus、104，针对不同的工控系统数据发布服务接口，有以下不同的配置模式：
如果工控系统数据发布服务器1支持双路接口冗余，则主、从数据采集接口服务器的数据采集驱动允许配置双路数据链路，当其中一路数据链路断开，或超时未更新数据时，可以自动切换到另外一个数据链路上进行数据采集；
如果工控系统数据发布服务器1不支持双路接口冗余，则主、从数据采集接口服务器的数据采集驱动只能从一个工控系统数据发布服务器中采集数据；
如果工控系统数据发布服务器支持双路接口冗余但不支持同时多个客户端连接，则主、从数据采集接口服务器通过心跳链路对当前主从服务的运行状态进行评估，由运行负荷低的数据采集接口服务器连接到工控系统数据发布服务器。
所述的主数据采集接口服务器2、从数据采集接口服务器3均安装双网卡，其中一个独立网卡接入工业数据中间件所在的网段，另一个独立网卡用于通过主从心跳链路直连组网。
所述主从心跳链路的通讯协议数据内容包含主数据采集接口服务器2的进程运行状态，下行链路和上行链路的工作状态，从数据采集接口服务器3通过此状态，来判断何时进行故障切换，这些状态信息具体包括：
主数据采集接口服务器2的CPU、内存占用信息；
主数据采集接口服务器2每个数据采集驱动接口的连接状态、数据更新状态和关键标签的数据更新状态；
主数据采集接口服务器2到主、从工业数据中间件6、7的连接状态和数据上传状态。
从数据采集接口服务器3根据主从心跳链路返回的主数据采集接口服务器2工作状态，采取不同的故障切换处理策略，具体为：
主、从数据采集接口服务器2、3之间的心跳链路断开，从数据采集接口服务器3无法响应主数据采集接口服务器2的心跳响应时，从数据采集接口服务器3进行全故障切换；
主数据采集接口服务器2中的某个数据采集驱动接口连接断开或数据超过设置时间未被更新时，从数据采集接口服务器3进行部分故障切换，仅切换主数据采集接口服务器2中故障的数据采集驱动接口到从数据采集接口服务器3；
主数据采集接口服务器2连接工业数据中间件6、7的链路断开，或数据上传失败，超过设置时间无法自行恢复时，从数据采集接口服务器3进行从数据采集接口服务器故障切换；如果从数据采集接口服务器3故障切换失败，则由主数据采集接口服务器2进行数据缓存，等待主数据采集接口服务器2的数据上传链路恢复正常后，再进行历史数据回补；
数据采集接口服务器2、3均可配置两个工业数据中间件IP，实现双路数据上传冗余，当主工业数据中间件6数据传输中断时，自动切换至从工业数据中间件7，如切换失败，则由数据采集接口服务器2、3进行本地数据缓存，等待数据上传链路恢复正常后，再进行历史数据回补。

Claims (4)

1.一种面向工控系统的冗余数据采集系统，应用于电厂厂级生产过程监控系统SIS中，其特征在于，包括：一个或两个工控系统数据发布服务器(1)、主数据采集接口服务器(2)、从数据采集接口服务器(3)、主网交换机(4)、从网交换机(5)、主工业数据中间件服务器(6)、从工业数据中间件服务器(7)和工业实时数据库(8)；
所述的工控系统数据发布服务器(1)提供数据发布接口协议标准，同时与主数据采集接口服务器(2)、从数据采集接口服务器(3)相连接；
所述的主数据采集接口服务器(2)和从数据采集接口服务器(3)根据工控系统数据发布服务器(1)的接口协议标准，使用对应的数据采集驱动采集工控系统实时数据，主数据采集接口服务器(2)和从数据采集接口服务器(3)通过主从心跳链路直连，构成主、从双机热备冗余；具体为：
主、从数据采集接口服务器(2、3)之间的心跳链路断开，从数据采集接口服务器(3)无法响应主数据采集接口服务器(2)的心跳响应时，从数据采集接口服务器(3)进行全故障切换；
主数据采集接口服务器(2)中的某个数据采集驱动接口连接断开或数据超过设置时间未被更新时，从数据采集接口服务器(3)进行部分故障切换，仅切换主数据采集接口服务器(2)中故障的数据采集驱动接口到从数据采集接口服务器(3)；
主数据采集接口服务器(2)连接工业数据中间件(6、7)的链路断开，或数据上传失败，超过设置时间无法自行恢复时，从数据采集接口服务器(3)进行从数据采集接口服务器故障切换；如果从数据采集接口服务器(3)故障切换失败，则由主数据采集接口服务器(2)进行数据缓存，等待主数据采集接口服务器(2)的数据上传链路恢复正常后，再进行历史数据回补；
数据采集接口服务器(2、3)均可配置两个工业数据中间件IP，实现双路数据上传冗余，当主工业数据中间件(6)数据传输中断时，自动切换至从工业数据中间件(7)，如切换失败，则由数据采集接口服务器(2、3)进行本地数据缓存，等待数据上传链路恢复正常后，再进行历史数据回补；
所述的主数据采集接口服务器(2)与主网交换机(4)相连接后，同时连接主工业数据中间件服务器(6)和从工业数据中间件服务器(7)；从数据采集接口服务器(3)与从网交换机(5)相连接后，再同时连接主工业数据中间件服务器(6)和从工业数据中间件服务器(7)，将采集到的工控系统实时数据发送至管理信息大区的工业数据中间件服务器；主、从工业数据中间件服务器(6、7)再同时与工业实时数据库(8)相连接，将实时数据写入工业实时数据库(8)中，实现双路工业数据中间件上传冗余。
2.根据权利要求1所述的一种面向工控系统的冗余数据采集系统，其特征在于，所述的工控系统数据发布服务器(1)的接口协议标准包括：OPC、Modbus和104，针对不同的工控系统数据发布服务接口，有以下不同的配置模式：
如果工控系统数据发布服务器(1)支持双路接口冗余，则主、从数据采集接口服务器的数据采集驱动允许配置双路数据链路，当其中一路数据链路断开，或超时未更新数据时，可以自动切换到另外一个数据链路上进行数据采集；
如果工控系统数据发布服务器(1)不支持双路接口冗余，则主、从数据采集接口服务器的数据采集驱动只能从一个工控系统数据发布服务器中采集数据；
如果工控系统数据发布服务器支持双路接口冗余但不支持同时多个客户端连接，则主、从数据采集接口服务器通过心跳链路对当前主从服务的运行状态进行评估，由运行负荷低的数据采集接口服务器连接到工控系统数据发布服务器。
3.根据权利要求1所述的一种面向工控系统的冗余数据采集系统，其特征在于，所述的主数据采集接口服务器(2)、从数据采集接口服务器(3)均安装双网卡，其中一个独立网卡接入工业数据中间件所在的网段，另一个独立网卡用于通过主从心跳链路直连组网。
4.根据权利要求1所述的一种面向工控系统的冗余数据采集系统，其特征在于，所述主从心跳链路的通讯协议数据内容包含主数据采集接口服务器(2)的进程运行状态，下行链路和上行链路的工作状态，从数据采集接口服务器(3)通过此状态，来判断何时进行故障切换。
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