CN114827116A - 一种实现工业互联实时监控系统及应用 - Google Patents
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Abstract
一种实现工业互联实时监控系统及应用,系统包括工业信号实时采集模块、信号实时处理模块、监控实时呈现服务模块;方法包括工业信号实时采集模块对海量信号异步处理方法,信号实时处理模块向实时采集模块进行订阅,监控实时呈现服务模块接收监控信息,并向信号实时处理模块进行信息订阅,实时呈现监控信息。本发明采用发布订阅机制和工业信号实时处理引擎,实现对工业信号的实时采集和实时处理,并建立多级服务架构,实现信号采集、信号处理、信号呈现的分离,实现应用与业务的松耦合。
Description
技术领域
本发明涉及生产监控领域,具体地说是一种实现工业互联实时监控系统及应用。
背景技术
工业互联是实现制造业数字化、信息化、智能化的重要载体。随着信息技术、通信技术、嵌入式技术、云计算的发展,万物互联已成为可能。
工业互联网是新一代信息通信技术与制造业深度融合的产物,日益成为新工业革命的关键支撑和深化“互联网+先进制造业”的重要基石,对未来工业发展产生全方位、深层次、革命性影响。
考核工业互联的一个重要指标是,工业信号数据量大、高并发时,信号接收的实时响应能力。该指标直接影响上层应用的功能和性能。因而工业互联环境下的信号不丢失、信号过滤除杂、实时响应等硬性需求不单单对硬件性能要求高,同时也对于软件设计提出挑战。
传统的数据采集和接收方式,多采用轮询机制,即设定中央处理器,定期访问各个PLC站点。该模式尚可满足PLC站点数量不多、实时性要求不高的业务,但是基于工业互联场景模式下,同一网关连接PLC站点多,采集内容多、频率快,则无法支撑和适应,势必造成响应能力低下、丢包严重、延时、过载、宕机等一系列问题。
由上述可知,一种工业互联实时监控系统的实现具有非常重要的意义。有效解决当下广泛采用的轮询机制造成的数据库和应用程序的负载过重的问题。采用多点触发机制和多级发布订阅模式,能真正实现对数采指令的实时响应,有效解决响应不及时、数据丢包、过载、宕机等一系列问题。多级服务部署架构实现数据采集处理和监控展示的分离,实现应用与业务的松耦合。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种实现工业互联实时监控系统及应用,解决当下广泛采用的轮询机制造成的数据丢高严重、响应不及时、过载严重等一些列问题并且采用触发机制和多级发布订阅机制,能真正实现对数采指令的实时响应,有效解提升性能。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:
一种实现工业互联实时监控系统,包括
工业信号实时采集模块,接收工业信号,并根据工业互联网网关、站点、信号类型等进行标识,生成工业信号的属性集;
信号实时处理模块,负责工业信号的实时处理,向工业信号实时采集模块进行订阅,并依据过滤规则、存储规则对工业信号进行实时存储,并监控实时呈现服务模块发布监控信息;
监控实时呈现服务模块,接收信号实时处理模块的监控信息,根据监控信息实时更新终端呈现。
本系统包括信号采集模块、信号处理模块和信号呈现模块三个独立模块,信号采集模块部署于各个信号采集终端,信号处理模块部署于工业互联网关,信号呈现模块部署于云平台SAAS层,形成端、边、网、云架构。对应关系为:信号处理模块和信号采集模块为一对多关系,信号处理模块和信号呈现模块为一对多关系。三个模块可以分别独立工作,也可以合作完成整个检测过程。
一种实现工业互联实时监控系统工作流程包括信号采集流程、信号处理流程和信号呈现流程,步骤如下:
步骤1:信号采集模块启动,执行步骤2;
步骤2:执行采集信号操作;
步骤3:如有信号,执行向信号处理模块发送信号操作,如无操作,则继续监听信号,跳转至步骤2。
步骤4:信号处理模块接收信号启动,执行信号接收操作。
步骤5:判断是否信号,有信号生成信号处理作业,如无信号,跳转至步骤4重新接收。
步骤6:将待处理生成信号处理作业插入至作业队列,信号处理模块发布信号向信号呈现模块发送信号,信号呈现模块启动;同时信号处理模块自行作业轮询机制,轮询作业队列,如有作业,处理作业,如无作业,则继续本步骤。
步骤7:信号呈现模块启动,向信号处理模块订阅信号,订阅信号与接收信号异步处理,接收信号接收,如有信号,则执行信号呈现,如无信号,则继续本步骤。
一种实现工业互联实时监控系统的应用,包括以下步骤:
步骤2:信号实时处理模块向工业信号实时采集模块进行订阅,监控实时呈现服务模块向信号实时处理模块进行订阅;
步骤3:事件处理服务模块接收工业信息,并根据订阅主题、过滤规则、存储规则等进行信息过滤、存储、向监控实时呈现服务模块进行监控信息发布;
步骤4:监控实时呈现服务模块接收监控信息,依据主题进行分类,并进行监控信息呈现。
所述监控信息的属性集为:{监控信息唯一标识、工业网关标签标识、PLC站点标签标识、协议类型、功能码、信号类型,信息值、时间戳}。
所述订阅接口规范包括:
信号实时处理模块向工业信号实时采集模块进行订阅,订阅成功后,工业信号实时采集模块主动向信号实时处理模块推送信息,表示为:
SUBe=f(S,Ji),其中S表示订阅主题,Ji表示工业信号。
监控实时呈现服务模块向信号实时处理模块进行订阅,订阅成功后,信号实时处理模块主动向监控实时呈现服务模块推送监控信息,表示为:
SUBc=f(PS,PJi),其中PS表示监控实时呈现服务模块订阅主题,PJi表示呈现信息。
本发明具有以下有益效果及优点:
1.采用多级服务和发布、订阅机制实现工业互联模式下的数据采集处理和监控展示的分离,实现应用与业务的松耦合。
2.有效解决当下广泛采用的轮询机制造成的信号响应不及时、数据包丢失、过载严重、宕机等一系列问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的另一种结构示意图。
图3为本发明实施例提供的接收到监控信号处理机制展示图;
图4为本发明实施例提供的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
为使本发明的上述目的、特征和有点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施,本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
如图1所示,一种实现工业互联实时监控方法,包括以下步骤:
步骤2:信号实时处理模块向工业信号实时采集模块进行订阅,监控实时呈现服务模块向信号实时处理模块进行订阅;
步骤3:事件处理服务模块接收工业信息,并根据订阅主题、过滤规则、存储规则等进行信息过滤、存储、向监控实时呈现服务模块进行监控信息发布;
步骤4:监控实时呈现服务模块接收监控信息,依据主题进行分类,并进行监控信息呈现。
所述监控信息的属性集为:{监控信息唯一标识、工业网关标签标识、PLC站点标签标识、协议类型、功能码、信号类型,信息值、时间戳}。
所述订阅接口规范包括:
信号实时处理模块向工业信号实时采集模块进行订阅,订阅成功后,工业信号实时采集模块主动向信号实时处理模块推送信息,表示为:
SUBe=f(S,Ji),其中S表示订阅主题,Ji表示工业信号。
监控实时呈现服务模块向信号实时处理模块进行订阅,订阅成功后,信号实时处理模块主动向监控实时呈现服务模块推送监控信息,表示为:
SUBc=f(PS,PJi),其中PS表示监控实时呈现服务模块订阅主题,PJi表示呈现信息。
表1描述了工业互联网网关标签情况,假定能源监控业务场景,共有3个网关。
表1
网关标签标识 | 网关标签名称 | 描述 |
Gate01 | 网关标签1 | 网关标签1 |
Gate02 | 网关标签2 | 网关标签2 |
Gate03 | 网关标签3 | 网关标签3 |
表2描述了各网关监控站点信息情况,假定每个网关有3个监控站点,分别为水表监控站点(5个)、电表监控站点(6个)、空压监控站点(4个)。
表2
监控站点标识 | 监控站点名称 | 网关标签标识 | 描述 |
I000001 | 监控站点标签1 | Gate01 | 水表1 |
I000002 | 监控站点标签2 | Gate01 | 水表2 |
I000003 | 监控站点标签3 | Gate01 | 水表3 |
I000004 | 监控站点标签4 | Gate01 | 水表4 |
I000005 | 监控站点标签5 | Gate01 | 水表5 |
I000006 | 监控站点标签6 | Gate02 | 电表1 |
I000007 | 监控站点标签7 | Gate02 | 电表2 |
I000008 | 监控站点标签8 | Gate02 | 电表3 |
I000009 | 监控站点标签9 | Gate02 | 电表4 |
I000010 | 监控站点标签10 | Gate02 | 电表5 |
I000011 | 监控站点标签11 | Gate02 | 电表6 |
I000012 | 监控站点标签12 | Gate03 | 空压表1 |
I000013 | 监控站点标签13 | Gate03 | 空压表2 |
I000014 | 监控站点标签14 | Gate03 | 空压表3 |
I000015 | 监控站点标签15 | Gate03 | 空压表4 |
表3描述了信号实时处理模块向工业信号实时采集模块进行订阅主题情况,假定共有3个主题。
表3
主题标识 | 主题描述 |
Topic01 | 水表 |
Topic02 | 电表 |
Topic03 | 空压表 |
表4描述了监控实时呈现服务模块向信号实时处理模块进行订阅主题情况,假定共有3个主题。
表4
主题标识 | 主题描述 |
Topic-M01 | 水表 |
Topic-M02 | 电表 |
Topic-M03 | 空压表 |
表5描述了某一时刻监控信息情况,假定共有15个监控信息,信号接收时间是1秒,信号处理时间是5秒。
表5
假定监控信息如表5所示。
序号1(如图2):工业信号实时采集模块接收到监控信息,向信号实时处理模块发布主题“Topic01”的监控信息000001、000002、000003、000004、000005;向信号实时处理模块发布主题“Topic02”的监控信息000006、000007、000008、000009、000010、000011;向信号实时处理模块发布主题“Topic03”的监控信息000012、000013、000014、000015;工业信号实时采集模块进入继续监听状态;
序号2:工业信号实时采集模块接收到监控信息,会分三步操作,首先向监控实时呈现服务模块发布主题“Topic-M01”的监控信息000001、000002、000003、000004、000005;向监控实时呈现服务模块发布主题“Topic-M02”的监控信息000006、000007、000008、000009、000010、000011;向监控实时呈现服务模块发布主题“Topic-M03”的监控信息000012、000013、000014、000015;其次依据主题类型、消息数量、消息处理时间,考虑负载均衡,建立五个任务队列,任务队列1负责处理主题“Topic01”的监控信息000001、000002、000003;任务队列2负责处理主题“Topic01”和主题“Topic02”的监控信息000004、000005、000006;任务队列3负责处理主题“Topic02”的监控信息000007、000008、000009;任务队列4负责处理主题“Topic02”和主题“Topic03”的监控信息000010、000011、000012;任务队列5负责处理主题“Topic03”的监控信息000013、000014、000015;最后进入继续监听状态;
序号3:监控实时呈现服务模块接收到监控信息,依据主题类型、消息数量、消息处理时间,考虑负载均衡,建立五个任务队列,任务队列1负责处理主题“TopicM-01”的监控信息000001、000002、000003;任务队列2负责处理主题“TopicM-01”和主题“TopicM-02”的监控信息000004、000005、000006;任务队列3负责处理主题“TopicM-02”的监控信息000007、000008、000009;任务队列4负责处理主题“TopicM-02”和主题“TopicM-03”的监控信息000010、000011、000012;任务队列5负责处理主题“TopicM-03”的监控信息000013、000014、000015;最后进入继续监听状态.。
表6描述了采用本申请中的方法时表5监控信息处理情况,假定共有15个监控信息,信号接收时间是1秒,信号处理时间是5秒。
表6
表7描述了传统方法时表5监控信息处理情况,假定共有15个监控信息,信号接收时间是1秒,信号处理时间是5秒。
表7
通过对比表6和表7可知本专利所采用的方法相比于传统方法,在信号接收和信号响应所用的时间更短。对比结果如表8所示:
表8
综上,本发明针对大量信号同一时间或者短时间内出现的问题,如表5,同一时间段,15个信号,分别来源于水表、电表、空压表,系统针对每个信号,建立作业机制,同时会为每个作业启动单独线程处理,如表6,保障信号可以及时处理,处理信号时间缩短,同时作业和线程都会在任务完成后及时收回,这也保障了处理器有足够的性能,不会因为分配大量的作业和线程导致资源用尽。本系统节省成本,提高处理效率,同时也可以支持扩展。
Claims (7)
1.一种实现工业互联实时监控系统,其特征在于:包括
工业信号实时采集模块,接收工业信号,并根据工业互联网网关、站点、信号类型等进行标识,生成工业信号的属性集;
信号实时处理模块,负责工业信号的实时处理,向工业信号实时采集模块进行订阅,并依据过滤规则、存储规则对工业信号进行实时存储,并监控实时呈现服务模块发布监控信息;
监控实时呈现服务模块,接收信号实时处理模块的监控信息,显示实时信息;
其中工业信号实时采集模块接收信号信息传给信号实时处理模块处理,信号实时处理模块处理后的信息传送至监控实时呈现服务模块,根据监控信息实时更新终端呈现。
2.根据权利要求1所述的一种实现工业互联实时监控系统,其特征在于:所述工业信号实时采集模块监控信息的属性集包括监控信息唯一标识、工业网关标签标识、PLC站点标签标识、协议类型、功能码、信号类型,信息值、时间戳。
4.根据权利要求1所述的一种实现工业互联实时监控系统,其特征在于:
所述信号实时处理模块根据工业信号实时采集模块的订阅接口规范进行订阅;
所述监控实时呈现服务模块根据信号实时处理模块的订阅接口规范进行订阅。
7.根据权利要求1-6所述一种实现工业互联实时监控系统,其特征在于,其应用包括以下过程:
步骤1:信号实时处理模块向工业信号实时采集模块进行订阅,监控实时呈现服务模块向信号实时处理模块进行订阅;
步骤2:事件处理服务模块接收工业信息,并根据订阅主题、过滤规则、存储规则等进行信息过滤、存储、向监控实时呈现服务模块进行监控信息发布;
步骤3:监控实时呈现服务模块接收监控信息,依据主题进行分类,并进行监控信息呈现。
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