CN117093655A - 一种自动化生产线的数据优化处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动化生产线的数据优化处理系统，应用于数据处理技术领域，包括：通过搭建Data Center平台，作为客户端与PLC的中间平台，通过多线程并发的方式同步获取PLC数据并缓存于自身的Redis集群中，提高数据采集效率，降低数据延迟，将客户端的多线程PLC数据读取请求均匀分布到多个Redis节点上，避免了现有技术中客户端直接读取PLC数据，导致的单一PLC负载过重的问题，同时将数据的聚合、处理和整理等操作转移到平台内进行，客户端仅需专注于数据展示和分析，减轻客户端系统的工作负担，提高客户端的响应速度和用户体验，最后通过统一数据接口，将数据库数据的读写操作封装成方法，供多终端系统的各个程序调用，实现数据的统一管理和调用。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种自动化生产线的数据优化处理系统。
背景技术
现有的客户端或终端，在需要获取设备数据以及外部数据时，直接设备的控制系统PLC等直接进行数据的获取；
在客户端传统模式采集PLC数据时会增加PLC的通信负载，若通信负载过重就会影响通信速度或导致通信延迟，无法确保客户端与PLC之间的数据交互能够稳定和高效进行，严重情况甚至可能影响PLC控制程序正常执行功能，传统模式下，多源异构数据处理由客户端进行，每个客户端都需进行数据处理，导致冗余计算和资源浪费，同时多终端系统需要各自的数据库数据读写程序，增加了系统集成的复杂性和维护成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自动化生产线的数据优化处理系统，以解决现有技术中，客户端直接访问PLC数据，一方面增加PLC的通信负载，另一方面数据处理由客户端进行，每个客户端都需进行数据处理，导致冗余计算和资源浪费，同时多终端系统需要各自的数据库数据读写程序，增加了系统集成的复杂性和维护成本的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种自动化生产线的数据优化处理系统，所述系统包括：
Data Center平台：用于通过多线程并发的方式同步获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据，同时所述Data Center平台提供统一的数据接口供客户端或终端进行数据的调用；
所述Data Center平台包括：数据层以及Data Center层；
所述数据层通过多线程并发的方式从外部获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据；
所述Data Center层通过多线程并发的方式从数据层获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据，并对获取的数据进行聚合、处理和整理操作，同时提供统一的数据接口供客户端或终端进行数据的调用。
优选地，
所述数据层包括Redis集群；
所述数据层通过多线程并发的方式从外部获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据，并将所述设备数据、数据库数据以及外部数据源数据中的历史数据进行序列化后缓存在自身的Redis集群中。
优选地，
所述Data Center层还用于当客户端或终端需要进行历史数据的调用时，判断其调用的数据在所述数据层的Redis集群中是否存在，若存在，直接从所述数据层的Redis集群中获取历史数据，若不存在，通过所述数据库的连接池从外部采集待调用的历史数据，将采集到的历史数据进行序列化后存储在自身的Redis集群中；
通过获取Redis集群中的历史数据的访问频次高低，更新Redis集群中的历史数据的有效时间，将访问频次超过预设的访问次数阈值的历史数据设置为热点数据，并延长所述热点数据的有效时间。
优选地，
所述Data Center层还用于当客户端或终端需要进行历史数据的调用时，所述Data Center层通过多线程并发的方式从所述数据层的Redis集群中获取历史数据。
优选地，
所述Data Center层还用于将对数据层采集到的数据进行预处理，去除冗余信息。
优选地，
所述Data Center层还用于提供RESTful API接口向所述客户端或终端提供统一的数据接口，所述RESTful API接口采用OAuth2认证机制确保数据的安全传输和访问控制。
优选地，
在所述RESTful API接口中针对所述客户端或终端的数据调用方式封装多种数据调用方法，根据所述客户端或终端的数据调用请求，所述RESTful API接口采用相应的数据调用方式进行数据的传输。
优选地，
所述数据层采用S7通信协议通过多线程并发的方式获取设备数据，通过数据库连接池获取数据库数据，通过外部系统接口获取外部数据源数据。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请通过搭建Data Center平台，作为客户端与PLC数据交换的中间平台，一方面通过多线程并发的方式同步获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据，有效提高数据采集效率，降低数据延迟，将客户端的多线程PLC数据读取请求均匀分布到多个Redis节点上，避免了现有技术中客户端直接读取PLC数据，导致的单一PLC负载过重的问题，同时将数据的聚合、处理和整理等操作转移到平台内进行，并将处理后的数据传递给客户端，客户端仅需专注于数据展示和分析，减轻客户端系统的工作负担，提高客户端的响应速度和用户体验，最后通过统一数据接口，将数据库数据的读写操作封装成方法，供多终端系统的各个程序调用，降低不同终端系统内的数据库数据读写操作的复杂性，实现数据的统一管理和调用。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种自动化生产线的数据优化处理系统的系统示意图；
附图中：1-数据层，2-Data Center层，101-Redis集群，201-数据接口。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
图1是根据一示例性实施例示出的一种自动化生产线的数据优化处理系统的系统示意图，如图1所示，该系统包括：
Data Center平台：用于通过多线程并发的方式同步获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据，同时所述Data Center平台提供统一的数据接口201供客户端或终端进行数据的调用；
所述Data Center平台包括：数据层1以及Data Center层2；
所述数据层1通过多线程并发的方式从外部获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据；
所述Data Center层2通过多线程并发的方式从数据层1获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据，并对获取的数据进行聚合、处理和整理操作，同时提供统一的数据接口201供客户端或终端进行数据的调用；
可以理解的是，本申请为了解决背景技术中提到的缺陷，搭建了Data Center中间平台，基于Data Center中间平台，本申请的优化数据采集方式包括：对数据层1引入多线程并发数据采集技术，通过现有的S7通信协议对设备的控制信号进行并发采集，实现多个数据采集任务的同步进行，根据数据量级和设备复杂性，动态调整线程数量，有效提高数据采集效率，降低数据延迟，保障数据的实时性，优化系统的负载能力，采用负载均衡技术，将客户端的多线程PLC数据读取请求均匀分布到多个PLC设备上，避免单一PLC负载过重，此外，为减轻PLC负担，采用本地缓存技术，在PLC数据采集后将数据存储在数据层1的Redis集群101等内存数据库中，以快速响应多个客户端的数据读取请求，提高读取效率和系统的稳定性；
将传统模式下的数据处理工作转移到服务器端进行，也就是搭建的Data Center中间平台的Data Center层2进行，在Data Center层2内进行数据的聚合、处理和整理，并将处理后的数据传递给客户端，客户端仅需专注于数据展示和分析，减轻客户端系统的工作负担，提高客户端的响应速度和用户体验；
通过在Data Center层2设置统一数据接口201，数据接口201采用RESTful API接口，同时RESTful API接口采用OAuth2认证机制确保数据的安全传输和访问控制，将数据库数据的读写操作封装成方法，供多终端系统的各个程序调用，采用HTTP Web接口、Socket通信形式进行数据的管理，降低不同终端系统内的数据库数据读写操作的复杂性，实现数据的统一管理和调用；
使用DataCenter中间平台可以实现数据的汇聚和缓存，多个上位系统可以通过连接到DataCenter平台来获取所需的数据，而不是直接访问多个PLC或者数据库，DataCenter中间平台可以定期从PLC中采集数据，并在内部进行缓存，也就是Redis集群101，上位系统可以定期从DataCenter平台获取数据，减轻高频直接访问PLC和数据库的压力；
多线程数据采集，引入多线程技术，通过S7通信协议对设备的控制信号进行并发采集，避免单线程方式下的数据延迟和时效性差问题，根据数据量级，动态定义线程数量，实现多线程同步读取，提高数据采集效率；
本地缓存，为了减轻PLC的负载压力和提高数据读取速度，在数据层1中引入本地缓存机制，将采集到的设备数据存储在Redis集群101等内存数据库中，实现快速的数据读写操作；
通过使用DataCenter，可以集中管理数据通信，多终端系统只需要与DataCenter平台通信，而无需直接与每个PLC和数据库通信，这可以简化系统架构，减少上位系统和PLC之间的直接连接，从而降低了通信复杂性，在数据管理程序中，对来自不同数据源的数据进行聚合、处理和整理，将处理后的数据统一传递给客户端，减轻客户端系统的工作负担，专注于数据展示和分析，优化传统模式下多源异构数据处理复杂的问题；
DataCenter平台可以实现不同通信协议之间的转换，使得不同类型的上位系统可以通过统一的数据接口201进行数据交换，这有助于降低集成成本和复杂性，采用HTTP Web接口和Socket形式，对数据库和其他数据源的操作进行统一管理，在数据管理程序中，封装数据库操作和其他数据源的方法，通过统一的接口供外部调用，避免多终端系统中每个终端都需要一套数据库数据读写程序的麻烦；
值得强调的是，本申请的外部数据包括数据源：OPC、S7、Modbus等设备数据源，Oracle、MySQL、SQL Server等数据库，MES、SAP、Excel等外部数据源；
本申请上述的多终端支持指的是优化后的系统架构支持PC端、移动端和WEB端多终端访问，通过响应式设计和前后端分离技术，实现在不同设备上的无缝访问和良好的用户体验；
本申请通过搭建Data Center平台，作为客户端与PLC数据交换的中间平台，一方面通过多线程并发的方式同步获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据，有效提高数据采集效率，降低数据延迟，将客户端的多线程PLC数据读取请求均匀分布到多个Redis节点上，避免了现有技术中客户端直接读取PLC数据，导致的单一PLC负载过重的问题，同时将数据的聚合、处理和整理等操作转移到平台内进行，并将处理后的数据传递给客户端，客户端仅需专注于数据展示和分析，减轻客户端系统的工作负担，提高客户端的响应速度和用户体验，最后通过统一数据接口，将数据库数据的读写操作封装成方法，供多终端系统的各个程序调用，降低不同终端系统内的数据库数据读写操作的复杂性，实现数据的统一管理和调用。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种自动化生产线的数据优化处理系统，其特征在于，所述系统包括：
Data Center平台：用于通过多线程并发的方式同步获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据，同时所述Data Center平台提供统一的数据接口供客户端或终端进行数据的调用；
所述Data Center平台包括：数据层以及Data Center层；
所述数据层通过多线程并发的方式从外部获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据；
所述Data Center层通过多线程并发的方式从数据层获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据，并对获取的数据进行聚合、处理和整理操作，同时提供统一的数据接口供客户端或终端进行数据的调用。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述数据层包括Redis集群；
所述数据层通过多线程并发的方式从外部获取设备数据、数据库数据以及外部数据源数据，并将所述设备数据、数据库数据以及外部数据源数据中的历史数据进行序列化后缓存在自身的Redis集群中。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述Data Center层用于当客户端或终端需要进行实时数据的调用时，所述DataCenter层向数据层下发指令，所述数据层通过多线程并发的方式获取所述设备数据、数据库数据以及外部数据源数据中的实时数据，所述Data Center层再通过多线程并发的方式实时获取实时数据。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述Data Center层还用于当客户端或终端需要进行历史数据的调用时，判断其调用的数据在所述数据层的Redis集群中是否存在，若存在，直接从所述数据层的Redis集群中获取历史数据，若不存在，通过所述数据库的连接池从外部采集待调用的历史数据，将采集到的历史数据进行序列化后存储在自身的Redis集群中；
通过获取Redis集群中的历史数据的访问频次高低，更新Redis集群中的历史数据的有效时间，将访问频次超过预设的访问次数阈值的历史数据设置为热点数据，并延长所述热点数据的有效时间。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述Data Center层还用于将对数据层采集到的数据进行预处理，去除冗余信息。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述Data Center层还用于提供RESTful API接口向所述客户端或终端提供统一的数据接口，所述RESTful API接口采用OAuth2认证机制确保数据的安全传输和访问控制。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
在所述RESTful API接口中针对所述客户端或终端的数据调用方式封装多种数据调用方法，根据所述客户端或终端的数据调用请求，所述RESTful API接口采用相应的数据调用方式进行数据的传输。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述数据层采用S7通信协议通过多线程并发的方式获取设备数据，通过数据库连接池获取数据库数据，通过外部系统接口获取外部数据源数据。
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