CN115314770B - 综采工作面成套装备分布式数据传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种综采工作面成套装备分布式数据传输系统，包括云侧、边侧和端侧构成的分布式软硬件架构，所述云侧用于部署大数据服务中心，所述边侧包括井上设备，所述端侧包括井下设备，所述云侧和边侧通过专网或互联网数据互通，所述边侧和端侧通过以太网数据互通；在云侧、边侧和端侧分别部署基于服务发现的分布式数据库服务和相应的核心计算机，形成基于服务发现的分布式数据库集群，用于共享配置和服务发现，云侧、边侧和端侧的各个设备通过RPC服务注册到所述的分布式数据库服务上。该系统利用分布式软硬件架构，提高各级数据传输的效率，使各个节点设备之间可高效的互通互联。

Description

综采工作面成套装备分布式数据传输系统及方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采控制技术领域，具体的说，涉及了一种综采工作面成套装备分布式数据传输系统及方法。

背景技术

综采工作面成套装备分为井上和井下装备，井上装备包括数据服务中心，地面监控计算机，集控操作平台等。井下设备包括液压支架、采煤机、运输机、泵站及供电系统等。

在发展智能化作业的趋势下，对井上、井下的数据的传输，要求高度的一致性和实时性。

井下环境由于坑洞路线长、拐角多，地形比较复杂，严重影响数据传输的可靠性。

而且井下各个设备及其控制系统均来自不同的生产厂商，遵循不同的数据数据格式、传输协议，导致煤矿开采过程中存在各设备信息交换困难、数据同步不及时等问题，各设备之间的很多控制需要通过人过方式和分步控制的方式完成，目前没有统一的标准或统一的装备来对接这些设备完成数据互通，并保证数据传输的可靠性、实时性的同时实现，能实现统一控制所有工作面的所有设备。

总之，井上、井下及井下各个设备之间，由于需要传输的数据量比较大，存在带宽和计算力已不能满足需求，数据传输的实时性、可靠性、协同性都无法得到保证，数据传输的成本较高，工作量较大，数据储存管理难的一系列问题。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种利用分布式软硬件架构提高数据传输效率、对各级别数据进行优化解决数据互通问题、采用边缘计算方式减少带宽占用的综采工作面成套装备分布式数据传输系统及方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种综采工作面成套装备分布式数据传输系统，包括云侧、边侧和端侧构成的分布式软硬件架构，所述云侧用于部署大数据服务中心，所述边侧包括井上设备，所述端侧包括井下设备，所述云侧和边侧通过专网或互联网数据互通，所述边侧和端侧通过以太网数据互通；

在云侧、边侧和端侧分别部署基于服务发现的分布式数据库服务和相应的核心计算机，形成基于服务发现的分布式数据库集群，用于共享配置和服务发现，云侧、边侧和端侧的各个设备通过RPC服务注册到所述的分布式数据库服务上；

云侧、边侧和端侧的每一个设备节点都作为一个EndPoint端，例如：采煤机主控站、三机、泵站、集控主站等。每个EndPoint端均包括APP和Daemon；

所述APP与Daemon进行Event交互，由Daemon将本地Event向其他EndPoint端转发，或由Daemon接收其他EndPoint端向本地转发；所述APP与对应的设备连接，采集设备数据并传输至对应侧的核心计算机；

所述Daemon用于信息的读写同步、实现设备在分布式数据库服务中被发现、与其它设备中的Daemon实现远程互联以及远程文件的上传和下载。

所述云侧、边侧、端侧之间由各自核心计算机基于分布式数据库服务来保证数据的强一致性和服务的高可用性，提供注册服务、健康服务健康状况和查找连接服务的机制。通过分布式模块化软件服务，减小故障影响范围，有效解决数据的储存管理问题。

该系统采用分布式软硬件架构，包括局级大数据服务中心，井上设备矿机大数据服务中心、地面监控计算机、集控操作台等，井下核心计算机，液压支架、采煤机、运输机等，每一个设备都可看做一个EndPoint端。该方法将综采工作面成套装备数据采用云、边、端的模式，对井上与井下数据进行传输，在云侧部署局级的大数据服务中心，边侧包含井上设备，端侧包含井下设备。通过边缘计算平台将井下上传的数据进行有效收敛、结构优化再上传到云侧，减少带宽的占用，节约数据传输的成本。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明有以下优点：

1.分布式数据传输系统中的每一个EndPoint端中，都可以实现APP和Daemon，采集设备数据或接收设备Event，转发至其他EndPoint端，再由核心计算机将数据共享到分布式数据库服务中，达到数据的共享和一致性，完成数据从设备到云端的传输。

2. 采用分布式软硬件架构，多个嵌入式设备可以组合成一个强大的逻辑控制系统，提高系统处理能力，并支持硬件扩展，可灵活增减计算机资源。

3. 使用嵌入式核心计算机代替普通计算机，提高系统的稳定性。

4. 统一通信模式、数据格式、传输协议，大大提高了各个设备之间的数据传输实时性、精准性，使当前综采工作面的设备之间的衔接和通信得到了加强，使智能协同控制成为了可能。

5．采用云、边、端的数据传输模式，通过边缘计算对数据的收敛和优化，减少了数据传输的带宽和成本，增加了数据传输的速度。

6. 分布式数据传输系统及方法基于大数据技术，保证了云侧、边侧、端侧数据的一致性和服务的高可用性，提了供统一接口，为后续开发数据分析、数据挖掘、智能控制软件和使用第三方软件，提供了很大的便利。

附图说明

图1是本发明中综采工作面成套装备分布式数据传输系统的分布式数据库服务集群结构示意图。

图2是本发明综采工作面成套装备分布式数据传输系统EndPoint端数据传输结构图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1和图2所示，一种综采工作面成套装备分布式数据传输系统，包括云侧、边侧和端侧构成的分布式软硬件架构，所述云侧用于部署大数据服务中心，所述边侧包括井上设备，所述端侧包括井下设备，所述云侧和边侧通过专网或互联网数据互通，所述边侧和端侧通过以太网数据互通；

在云侧、边侧和端侧分别部署基于服务发现的分布式数据库服务和相应的核心计算机，形成基于服务发现的分布式数据库集群，用于共享配置和服务发现，云侧、边侧和端侧的各个设备通过RPC服务注册到所述的分布式数据库服务上；

云侧、边侧和端侧的每一个设备节点都作为一个EndPoint端，每个EndPoint端均包括APP和Daemon；

整个系统的搭建过程是通过以下步骤进行的：

步骤1）建立分布式储存系统

在云侧、边侧、端侧部署分布式数据库服务和核心计算机，形成一个分布式数据库服务集群，用于共享配置和服务发现；所述云侧用于部署大数据服务中心，所述边侧包括井上设备，所述端侧包括井下设备，所述云侧和边侧通过专网或互联网数据互通，所述边侧和端侧通过以太网数据互通；

步骤2）建立服务

服务指RPC服务，所述云侧、边侧和端侧的每一个设备节点均视为一个EndPoint端，各EndPoint端 端通过将提供的RPC服务注册到对应的核心计算机的分布式数据库服务上，由分布式数据库服务来做RPC服务的负载均衡，以及集群管理；在分布式数据库服务上注册的RPC服务就把能被在分布式数据库服务集群上注册的其他RPC服务发现、连接；

步骤3）建立EndPoint端

如图2所示，为一个EndPoint端与核心计算机进行数据传输，再由核心计算机传输到井上的过程，该EndPoint端也可通过核心计算机上的分布式数据库服务与另一EndPoint端的服务连接。井下的很多设备都可看做一个EndPoint端，如采煤机、液压支架、控制器等。

每一个EndPoint端 都需要实现APP和Daemon(守护进程)。

所述Daemon包括：HandleManager，RemoteEventBusService、RPCService和rpcx。

所述HandleManager负责管理本地的Log、Config、Debug、SysInfo、APPInfo、HisData信息的读写同步，与RemoteEventBusService交互；

所述RemoteEventBusService与APP中的Event Bus、HandleManager和RPC服务交互，采用Productor/Customer(生产者/消费者)模式实现，大大提高对接收到Event转发的效率；

所述RPCService将自己注册到核心计算的分布式数据库服务上，本地的RPCService将会被发现了，同时也会发现其他EndPoint端的RPCService，此时本地的RPCService可以与另一EndPoint端中Daemon提高的RPCService连接，进而实现远程Event的调用；

所述rpcx 可通过RPC服务实现远程文件的上传与下载。

所述APP包括：ActivityManagerService(活动管理服务)，ModelManager(模型管理器)，EventBus(事件总线)，SysServiceProvider(系统服务提供者)，EIPServiceProvider(EIP服务提供者)。所述APP对外部主要有两个作用，一个作用是与Daemon进行Event交互，由Daemon将本地Event向其他EndPoint端转发，或由Daemon接收其他EndPoint端向本地转发；另一个作用与设备相连接，采集设备数据到ModelManager中，再通过EIP传输给核心计算机实现的Scaner(扫描器)；所述ModelManager将保存ActivityManagerService、SysServiceProvider、EIPServiceProvider所产生的数据，并向外部提供；

所述EventBus采用Productor/Customer模式，将保存ActivityManagerService、SysServiceProvider、EIPServiceProvider所产生的Event，提高Event向外部提供数据的效率；所述ActivityManagerService包含要做的活动，如：FSMTable(状态机列表)、UserActivites、SystemActivites，ActivityManagerService所产生的活动可以通过EventBus进行转发，也可以直接通过SysServiceProvider和EIPServiceProvider提供的接口直接调用；所述SysServiceProvider提供外接设备（键盘板、主板、设备板等）的调用接口，并将外接设备的所产生的Event放入EventBus中，由EventBus对Event进行转发，而SysServiceProvider与外接设备之间然通过RPC实现接口函数的相互调用。

所述EIPServiceProvider与EventBus和设备网关或集控计算机相连接，通过EIPAdpter(Ethernet/IP 适配器)采集设备网关的数据或向设备接收、下发Event，再分别将数据和Event放入ModelManager和EventBus中，统一数据传输的格式和传输协议。

所述EIP应用层采用面向对象协议CIP，在链路层和物理层采用工业以太网Ethernet技术，保证I/O信息和显示信息能够同步并有效完成传输过程，为工业控制系统提供控制、配置、数据采集的优化服务，使得Ethernet/IP在工业控制领域的发展更加切实可行，安全可靠。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种综采工作面成套装备分布式数据传输系统，其特征在于：包括云侧、边侧和端侧构成的分布式软硬件架构，所述云侧用于部署大数据服务中心，所述边侧包括井上设备，所述端侧包括井下设备，所述云侧和边侧通过专网或互联网数据互通，所述边侧和端侧通过以太网数据互通；

在云侧、边侧和端侧分别部署基于服务发现的分布式数据库服务和相应的核心计算机，形成基于服务发现的分布式数据库集群，用于共享配置和服务发现，云侧、边侧和端侧的各个设备通过RPC服务注册到所述的分布式数据库服务上；

云侧、边侧和端侧的每一个设备节点都作为一个EndPoint端，每个EndPoint端均包括APP和Daemon；

所述APP与Daemon进行Event交互，由Daemon将本地Event向其他EndPoint端转发，或由Daemon接收其他EndPoint端向本地转发；所述APP与对应的设备连接，采集设备数据并传输至对应侧的核心计算机；

所述Daemon用于信息的读写同步、实现设备在分布式数据库服务中被发现、与其它设备中的Daemon实现远程互联以及远程文件的上传和下载；所述Daemon包括：HandleManager，RemoteEventBusService、RPCService和rpcx；

所述HandleManager负责管理本地的Log、Config、Debug、SysInfo、APPInfo、HisData信息的读写同步，以及与RemoteEventBusService交互；

所述RemoteEventBusService与APP中的Event Bus、HandleManager和RPC服务交互，采用Productor/Customer模式实现；

所述RPCService将自己注册到相应的核心计算的分布式数据库服务上，本地的RPCService将会被发现了，同时也会发现其他EndPoint端的RPCService，此时本地的RPCService可以与另一EndPoint端中Daemon提高的RPCService连接，进而实现远程Event的调用；

所述rpcx 可通过RPC服务实现远程文件的上传与下载。

2.根据权利要求1所述的综采工作面成套装备分布式数据传输系统，其特征在于：所述APP包括：ActivityManagerService、ModelManager、EventBus、SysServiceProvider和EIPServiceProvider；

所述ModelManager将保存ActivityManagerService、SysServiceProvider、EIPServiceProvider所产生的数据，并向外部提供；

所述EventBus采用Productor/Customer模式，将保存ActivityManagerService、SysServiceProvider、EIPServiceProvider所产生的Event，提高Event向外部提供数据的效率；

所述ActivityManagerService包含要做的活动，包括：FSMTable、UserActivites和SystemActivites，ActivityManagerService所产生的活动可以通过EventBus进行转发，或直接通过SysServiceProvider和EIPServiceProvider提供的接口直接调用；

所述SysServiceProvider提供外接设备的调用接口，并将外接设备所产生的Event放入EventBus中，由EventBus对Event进行转发，而SysServiceProvider与外接设备之间然通过RPC实现接口函数的相互调用；

所述EIPServiceProvider与EventBus、和设备网关或集控计算机相连接，通过EIPAdpter采集设备网关的数据或向设备接收、下发Event，再分别将数据和Event放入ModelManager和EventBus中，统一数据传输的格式和传输协议。

3.一种综采工作面成套装备分布式数据传输方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1）建立分布式储存系统

在云侧、边侧、端侧部署分布式数据库服务，形成一个分布式数据库服务集群，用于共享配置和服务发现；所述云侧用于部署大数据服务中心，所述边侧包括井上设备，所述端侧包括井下设备，所述云侧和边侧通过专网或互联网数据互通，所述边侧和端侧通过以太网数据互通；

步骤2）建立服务

服务指RPC服务，所述云侧、边侧和端侧的每一个设备节点均视为一个EndPoint端，各EndPoint端 端通过将提供的RPC服务注册到对应的核心计算机的分布式数据库服务上，由分布式数据库服务来做RPC服务的负载均衡，以及集群管理；在分布式数据库服务上注册的RPC服务就把能被在分布式数据库服务集群上注册的其他RPC服务发现、连接；

步骤3）建立EndPoint端

每一个EndPoint端均包括APP和Daemon，所述APP与Daemon进行Event交互，由Daemon将本地Event向其他EndPoint端转发，或由Daemon接收其他EndPoint端向本地转发；所述APP与对应的设备连接，采集设备数据并传输至对应侧的核心计算机；

所述Daemon用于信息的读写同步、实现设备在分布式数据库服务中被发现、与其它设备中的Daemon实现远程互联以及远程文件的上传和下载；步骤3）中，所述Daemon包括：HandleManager，RemoteEventBusService、RPCService和rpcx；

所述HandleManager负责管理本地的Log、Config、Debug、SysInfo、APPInfo、HisData信息的读写同步，以及与RemoteEventBusService交互；

所述RemoteEventBusService与APP中的Event Bus、HandleManager和RPC服务交互，采用Productor/Customer模式实现；

所述RPCService将自己注册到相应的核心计算的分布式数据库服务上，本地的RPCService将会被发现了，同时也会发现其他EndPoint端的RPCService，此时本地的RPCService可以与另一EndPoint端中Daemon提高的RPCService连接，进而实现远程Event的调用；

所述rpcx 可通过RPC服务实现远程文件的上传与下载。

4.根据权利要求3所述的综采工作面成套装备分布式数据传输方法，其特征在于：所述APP包括：ActivityManagerService、ModelManager、EventBus、SysServiceProvider和EIPServiceProvider；

所述ModelManager将保存ActivityManagerService、SysServiceProvider、EIPServiceProvider所产生的数据，并向外部提供；

所述EventBus采用Productor/Customer模式，将保存ActivityManagerService、SysServiceProvider、EIPServiceProvider所产生的Event，提高Event向外部提供数据的效率；

所述ActivityManagerService包含要做的活动，包括：FSMTable、UserActivites和SystemActivites，ActivityManagerService所产生的活动可以通过EventBus进行转发，或直接通过SysServiceProvider和EIPServiceProvider提供的接口直接调用；

所述SysServiceProvider提供外接设备的调用接口，并将外接设备所产生的Event放入EventBus中，由EventBus对Event进行转发，而SysServiceProvider与外接设备之间然通过RPC实现接口函数的相互调用；

所述EIPServiceProvider与EventBus、和设备网关或集控计算机相连接，通过EIPAdpter采集设备网关的数据或向设备接收、下发Event，再分别将数据和Event放入ModelManager和EventBus中，统一数据传输的格式和传输协议。