CN113867287A - 一种工业数据采集方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数据采集技术领域，具体涉及一种工业数据采集方法及系统，包括Connector组件、Converter转换器、HZTODC‑Client协议、数据存储和网关服务。本发明解决了现有的采集方案以同步采集方式为主，通讯效率较低且资源占用较多的问题。本发明可直接单个Tag读取，根据被采集设备的变量结构方式，将变量尽可能的拼成一个不超过PDU包的大包，进行多个数据一次性读取的方式，尽可能减少建立连接的次数，提高了读取效率。本发明由于部分协议支持订阅式读取方式，可以更高效的获取变化值。可将改变值的变量生成一个值改变的区域，等客户端过来连接时，减少通讯量，提升通讯效率。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集技术领域，具体涉及一种工业数据采集方法及系统。
背景技术
工业实时网络的通讯瓶颈主要在于握手时间，在专利号为CN202110434203.1的中国发明专利文件中，公开了一种工业大数据采集方法及系统，该方法包括：多进程并发采集工业数据，各采集节点对采集的工业数据自相关分析后，将工业数据发送至服务器；基于NI O服务器创建多线程工业数据处理任务，通过Kafka生成多任务消息队列，对多任务消息队列中数据利用Spark Streaming进行处理，并将处理结果存储至HDFS文件系统。
上述专利可以解决现有服务器负载过大的问题，但是现有的采集方案以同步采集方式为主，通讯效率较低且资源占用较多，因此本文提出一种以异步，长连接，自动规划内存，利用内存重组的优化算法，将可以组合的数据尽可能的组成一个连接，进行高效数据采集。
部分常用PLC或仪器仪表，对其存储内存进行详细分析，进行内存直接读取的方式，将其内存直接读取到数据采集设备本地，并对其内存块进行数据解析，由此实现更高效的数据通讯方式。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种工业数据采集方法及系统，用于解决现有的采集方案以同步采集方式为主，通讯效率较低且资源占用较多的问题。
本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提供一种工业数据采集系统，包括
Connector组件，用于连接到外部系统或直接连接到设备，并从中轮询数据或进行订阅更新；
Converter转换器，用于将数据从特定的协议格式转换为HZT-ODC协议；
HZTODC-Client协议，用于监视连接性并通过所述HZT-ODC协议与HZTODC-Gateway进行通信；
数据存储，用于在数据传输至HZT-ODC前，临时存储连接器产生的数据和其他事件；
网关服务，用于连接器、事件存储和HZTODC-Client的引导。
更进一步的，所述Connector组件包括OPC DA Connector、CIP Connector、S7Connector、Modbus Connector、OPC UA Connector、MQTT Connector、BLEConnector、BACConnector和GEConnector。
更进一步的，所述外部系统为OPC服务器时，所述OPC服务器使用订阅模型，直接连接到的设备为Modbus或CIP，其中所述Modbus使用轮询模型，其中轮询模式与订阅模式取决于协议功能。
更进一步的，所述Converter转换器由连接器调用，且所述Converter转换器特定于连接器支持的协议。且连接器还能够直接或通过外部系统将更新推送到设备。
更进一步的，所述Converter转换器包括上行链路和下行链路转换器。本发明也可以使用自定义指南定义自己的转换器。
更进一步的，所述上行转换器用于将数据从特定协议转换为HZT-ODC格式，所述下行转换器用于将消息从HZTODC转换为特定的协议格式。
更进一步的，所述数据存储的实现方式为内存队列和持久性文件存储。两种实现方式都可以确保在网络中断的情况下最终提交设备数据。内存中队列可最大程度地减少IO操作，但如果网关进程重新启动，则可能会丢失消息。持久性文件存储在重新启动过程后仍然有效，但会对文件系统执行IO操作。
更进一步的，所述HZTODC-Client协议为单独的线程，所述HZTODC-Client协议轮询数据存储并在与HZTODC-Gateway的连接处于活动状态后传递消息。HZTODC-Client协议支持监视连接性，批处理事件以提高性能和许多其他功能。
更进一步的，所述网关服务收集并定期向HZTODC-Client报告有关传入消息和连接的设备的统计信息，且所述网关服务保留已连接设备的列表，以使得在网关重新启动的情况能够重新订阅设备配置更新。
第二方面，本发明提供一种工业数据采集方法，包括以下步骤：
S1初始化完成，GateWay由XML文件中读取基础配置信息并根据该信息连接到对应的配置数据库；
S2根据数据库配置组的属性进行组加载，根据组所需的协议需求加载协议，同时根据组信息加载读取的点位表；
S3将点位根据协议类型及该协议类型特有的寄存器命名规则进行自动排序打包归组，自动形成包解析规则，判断是否完成数据加载，若否则进入S2，是则进入S4；
S4读取主线程建立链接，根据组合后的数据包进行整箱内存读取，并写入暂存器/内存数据库；
S5根据包解析规则对内存数据进行拆包，解析后实时更新数据库，判断数据是否完成读取，若否则进入S4，是则进入S6；
S6由GateWay接收数据，更新数据戳并标记，同时判断新值与旧值是否发生变化，发生变化的值及其标签属性进入变化池，并根据配置是否被订阅进行数据推送，最终返回主线程。
本发明的有益效果为：
本发明可直接单个Tag读取，根据被采集设备的变量结构方式，将变量尽可能的拼成一个不超过PDU包的大包，进行多个数据一次性读取的方式，尽可能减少建立连接的次数，提高了读取效率。本发明由于部分协议支持订阅式读取方式，可以更高效的获取变化值。可将改变值的变量生成一个值改变的区域，等客户端过来连接时，减少通讯量，提升通讯效率。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是一种工业数据采集系统结构原理图；
图2是一种工业数据采集方法的流程框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供如图1所示的一种工业数据采集系统，包括
Connector组件，用于连接到外部系统或直接连接到设备，并从中轮询数据或进行订阅更新；
Converter转换器，用于将数据从特定的协议格式转换为HZT-ODC协议；
HZTODC-Client协议，用于监视连接性并通过所述HZT-ODC协议与HZTODC-Gateway进行通信；
数据存储，用于在数据传输至HZT-ODC前，临时存储连接器产生的数据和其他事件；
网关服务，用于连接器、事件存储和HZTODC-Client的引导。
本实施例所述Connector组件包括OPC DA Connector、CIP Connector、S7Connector、Modbus Connector、OPC UA Connector、MQTT Connector、BLEConnector、BACConnector和GEConnector。
本实施例以异步，长连接，自动规划内存，利用内存重组的优化算法，将可以组合的数据尽可能的组成一个连接，进行高效数据采集。
本实施例可对常用PLC或仪器仪表存储内存进行详细分析，进行内存直接读取的方式，将其内存直接读取到数据采集设备本地，并对其内存块进行数据解析，由此实现更高效的数据通讯方式。
实施例2
在具体实施层面，本实施例提供一种工业数据采集系统，具体如下：包括Connector组件，该组件的目的是连接到外部系统(OPC服务器)或直接连接到设备(例如Modbus或CIP)。
本实施例Connector组件连接后，连接器要么从那些系统中轮询数据，要么订阅更新。其中轮询与订阅取决于协议功能。
本实施例进一步实施时，对OPC连接器使用订阅模型，对Modbus使用轮询模型。
本实施例连接器还能够直接或通过外部系统将更新推送到设备。并可以使用自定义指南定义自己的连接器。
本实施例Converter转换器负责将数据从特定的协议格式转换为HZT-ODC格式。其中转换器由连接器调用。转换器通常特定于连接器支持的协议。
本实施例中，有上行链路和下行链路转换器。上行转换器用于将数据从特定协议转换为HZT-ODC格式。下行转换器用于将消息从HZTODC转换为特定的协议格式。且可以使用自定义指南定义自己的转换器。
本实施例数据存储用于临时存储连接器产生的数据和其他事件，直到将它们传送到HZT-ODC。
本实施例数据存储支持两种实现：内存队列和持久性文件存储。
本实施例两种实现方式都可以确保在网络中断的情况下最终提交设备数据。
本实施例内存中队列可最大程度地减少IO操作，但如果网关进程重新启动，则可能会丢失消息。
本实施例持久性文件存储在重新启动过程后仍然有效，但会对文件系统执行IO操作。
本实施例HZTODC-Client通过HZTODC协议与HZTODC-Gateway通信。
本实施例HZTODC-Client是一个单独的线程，该线程轮询数据存储并在与HZTODC-Gateway的连接处于活动状态后传递消息。
本实施例HZTODC-Client支持监视连接性，批处理事件以提高性能和许多其他功能。
本实施例网关服务负责连接器，事件存储和HZTODC-Client的引导。该服务收集并定期向HZTODC-Client报告有关传入消息和连接的设备的统计信息。
本实施例网关服务会保留已连接设备的列表，以便在网关重新启动的情况下能够重新订阅设备配置更新。
实施例3
参照图2所示，本实施例提供一种工业数据采集方法，包括以下步骤：
S1初始化完成，GateWay由XML文件中读取基础配置信息并根据该信息连接到对应的配置数据库；
S2根据数据库配置组的属性进行组加载，根据组所需的协议需求加载协议，同时根据组信息加载读取的点位表；
S3将点位根据协议类型及该协议类型特有的寄存器命名规则进行自动排序打包归组，自动形成包解析规则，判断是否完成数据加载，若否则进入S2，是则进入S4；
S4读取主线程建立链接，根据组合后的数据包进行整箱内存读取，并写入暂存器/内存数据库；
S5根据包解析规则对内存数据进行拆包，解析后实时更新数据库，判断数据是否完成读取，若否则进入S4，是则进入S6；
S6由GateWay接收数据，更新数据戳并标记，同时判断新值与旧值是否发生变化，发生变化的值及其标签属性进入变化池，并根据配置是否被订阅进行数据推送，最终返回主线程。
综上，本发明可直接单个Tag读取，根据被采集设备的变量结构方式，将变量尽可能的拼成一个不超过PDU包的大包，进行多个数据一次性读取的方式，尽可能减少建立连接的次数，提高了读取效率。本发明由于部分协议支持订阅式读取方式，可以更高效的获取变化值。可将改变值的变量生成一个值改变的区域，等客户端过来连接时，减少通讯量，提升通讯效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种工业数据采集系统，其特征在于，包括
Connector组件，用于连接到外部系统或直接连接到设备，并从中轮询数据或进行订阅更新；
Converter转换器，用于将数据从特定的协议格式转换为HZT-ODC协议；
HZTODC-Client协议，用于监视连接性并通过所述HZT-ODC协议与HZTODC-Gateway进行通信；
数据存储，用于在数据传输至HZT-ODC前，临时存储连接器产生的数据和其他事件；
网关服务，用于连接器、事件存储和HZTODC-Client的引导。
2.根据权利要求1所述的一种工业数据采集系统，其特征在于，所述Connector组件包括OPC DA Connector、CIP Connector、S7 Connector、Modbus Connector、OPC UAConnector、MQTT Connector、BLEConnector、BACConnector和GEConnector。
3.根据权利要求1所述的一种工业数据采集系统，其特征在于，所述外部系统为OPC服务器时，所述OPC服务器使用订阅模型；直接连接到的设备为Modbus或CIP，其中所述Modbus使用轮询模型。
4.根据权利要求1所述的一种工业数据采集系统，其特征在于，所述Converter转换器由连接器调用，且所述Converter转换器特定于连接器支持的协议。
5.根据权利要求4所述的一种工业数据采集系统，其特征在于，所述Converter转换器包括上行链路和下行链路转换器。
6.根据权利要求5所述的一种工业数据采集系统，其特征在于，所述上行转换器用于将数据从特定协议转换为HZT-ODC格式，所述下行转换器用于将消息从HZTODC转换为特定的协议格式。
7.根据权利要求1所述的一种工业数据采集系统，其特征在于，所述数据存储的实现方式为内存队列和持久性文件存储。
8.根据权利要求1所述的一种工业数据采集系统，其特征在于，所述HZTODC-Client协议为单独的线程，所述HZTODC-Client协议轮询数据存储并在与HZTODC-Gateway的连接处于活动状态后传递消息。
9.根据权利要求1所述的一种工业数据采集系统，其特征在于，所述网关服务收集并定期向HZTODC-Client报告有关传入消息和连接的设备的统计信息，且所述网关服务保留已连接设备的列表，以使得在网关重新启动的情况能够重新订阅设备配置更新。
10.一种工业数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1初始化完成，GateWay由XML文件中读取基础配置信息并根据该信息连接到对应的配置数据库；
S2根据数据库配置组的属性进行组加载，根据组所需的协议需求加载协议，同时根据组信息加载读取的点位表；
S3将点位根据协议类型及该协议类型特有的寄存器命名规则进行自动排序打包归组，自动形成包解析规则，判断是否完成数据加载，若否则进入S2，是则进入S4；
S4读取主线程建立链接，根据组合后的数据包进行整箱内存读取，并写入暂存器/内存数据库；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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