CN117250928B - 一种scada系统数据采集周期控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SCADA系统数据采集周期控制方法及系统，所述的方法包括：获取预设的初始采集周期T，数据采集端对目标数据点进行数据采集任务，并在完成一个采集周期T的数据采集后，将采集到的数据打包并传输至服务器；获取数据采集端传输的数据，并按照采集时间进行排序生成数据集合；根据公式计算修正系数；计算偏离值并生成偏离值集合，并根据公式计算偏离系数；计算调整系数ΔK，修正所述的采集周期T'＝ΔKT；将采集周期T'发送至数据采集端，所述的数据采集端在完成一个采集周期T'的数据采集后，将采集到的数据打包并传输至服务器。本发明解决了采集周期无法根据数据状态实时调整的问题。

Description

一种SCADA系统数据采集周期控制方法及系统

技术领域

本发明涉及数据采集技术领域，具体涉及一种SCADA系统数据采集周期控制方法及系统。

背景技术

SCADA系统是一种用于实时监控和远程控制工业过程的软件和硬件系统。它结合了监控、数据采集、数据通信和远程控制等功能，广泛应用于能源、交通、水处理、制造业等领域。SCADA系统通过传感器和执行器与实际工业设备连接，收集和监测各种参数和状态数据，如温度、压力、液位、电流等。这些数据被传输到中央控制终端，进行实时显示、分析和报警处理。操作员可以通过SCADA系统界面对工业过程进行监控，并根据需要进行远程控制和调整，同时，系统还可以记录和存储历史数据，用于后续分析和优化。

SCADA系统主要包括监控终端、数据采集单元、远程通讯、数据存储和处理和报警管理等等。其中，系统中的数据采集单元负责连接传感器和执行器，采集现场数据并将其传输到监控终端。而在数据采集过程中，为了节省服务器算力，减轻服务器的负荷，在采集一些较为稳定但是处于波动状态的数据时，会通过设定采集周期，在数据采集端完成一个周期的持续采集后，将数据一次性发送给服务器。

而在现有技术中，数据采集过程多采用固定时间作为采集周期，数据采集端在完成一个固定的采集周期后将数据发送至服务器，而如果在规定周期内，服务器未收到采集的数据，则认为数据采集端损坏；但这个周期如果设置太短会无效占用资源，周期太长服务端不能及时发现异常。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SCADA系统数据采集周期控制方法及系统，解决上述技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种SCADA系统数据采集周期控制方法，包括以下步骤：

获取预设的初始采集周期T，数据采集端对目标数据点进行数据采集任务，并在完成一个采集周期T的数据采集后，将采集到的数据打包并传输至服务器；

获取数据采集端传输的数据，并按照采集时间进行排序生成数据集合S＝(S₁，S₂，…，S_i，…，S_T/t-1，S_T/t)，其中S_i表示当前采集周期中的第i个数据，t表示相邻两次采集数据的时间间隔；

根据公式计算修正系数K，所述的公式为：

其中，S_y为根据目标数据点类型预设的期望值；

计算偏离值ΔS_i＝|S_i-S_y|并生成偏离值集合ΔS，并根据公式计算偏离系数K_{_count}，所述的公式为：

其中A表示偏离值集合ΔS中符合条件的元素的数量，{x∈ΔS|x＞λ}表示符合条件的元素所组成的集合，λ为预设的触发阈值；

计算调整系数ΔK＝(1-K_{_count})/K，修正所述的采集周期为T'＝ΔKT；

将采集周期T'发送至数据采集端，所述的数据采集端在完成一个采集周期T'的数据采集后，将采集到的数据打包并传输至服务器。

作为本发明进一步的方案：所述的数据采集端在完成一个采集周期的数据采集，将数据打包并传输至服务器后，自动开启下一个采集周期的数据采集。

作为本发明进一步的方案：对所述的数据集合S中的元素进行拟合，生成拟合方程，如果所述的拟合方程在其定义域内呈单调递增或者单调递减状态时，获取所述的数据集合S对应的采集周期T，当T＞(T_{_max}/2)时，判定数据采集端产生数据漂移，服务器发出故障报警，其中T_{_max}表示目标数据点的最大波动周期。

作为本发明进一步的方案：对所述的数据集合S中的元素进行拟合，生成拟合方程，如果所述的拟合方程在其定义域内呈单调递增或者单调递减状态时，获取所述的数据集合S对应的采集周期T，当T≤(T_{_max}/2)时，按照时间顺序依次获取下一组采集周期中的数据直至T+nt＞(T_{_max}/2)，其中n表示获取的数据的个数；将原数据集合S中的元素和新获取的数据作为样本数据，重新进行拟合，如果所述的拟合方程在其定义域内呈单调递增或者单调递减状态时，判定数据采集端产生数据漂移，服务器发出故障报警。

作为本发明进一步的方案：通过所述的数据集合S计算得到期望误差ΔS_y＝|(t/T)∑(S)-S_y|，当在多个连续的采集周期中所计算得到的多个期望误差中，存在某一固定值M，使得|M-ΔS_yn|∈(0，β)时，判定数据采集端产生偏倚，服务器发出修正报警，其中ΔS_yn表示第n个期望误差，β表示预设的最大绝对偏差。

作为本发明进一步的方案：所述的n＝d/T_总，其中d表示一天的时间，T_总表示多个连续的采集周期之和。

作为本发明进一步的方案：当调整后的采集周期小于相邻两次采集数据的时间间隔t时，采集周期修正为与t相等。

一种SCADA系统数据采集周期控制系统，包括：

数据采集端：获取预设的初始采集周期T，数据采集端对目标数据点进行数据采集任务，并在完成一个采集周期T的数据采集后，将采集到的数据打包并传输至服务器；

预处理模块：获取数据采集端传输的数据，并按照采集时间进行排序生成数据集合S＝(S₁，S₂，…，S_i，…，S_T/t-1，S_T/t)，其中S_i表示当前采集周期中的第i个数据，t表示相邻两次采集数据的时间间隔；

采集周期修正模块：根据公式计算修正系数K，所述的公式为：

其中，S_y为根据目标数据点类型预设的期望值；

计算偏离值ΔS_i＝|S_i-S_y|并生成偏离值集合ΔS，并根据公式计算偏离系数K_{_count}，所述的公式为：

其中A表示偏离值集合ΔS中符合条件的元素的数量，{x∈ΔS|x＞λ}表示符合条件的元素所组成的集合，λ为预设的触发阈值；

计算调整系数ΔK＝(1-K_{_count})/K，修正所述的采集周期为T'＝ΔKT。

本发明的有益效果：在本发明中，针对稳定波动的数据集，其期望值可以认为会是数据在理论状态下的平均值，而实际采集到的数据集合S的平均值与期望值之间的差值，用于反映数据整体的偏离程度，其修正系数K用于表示实际数据在理论状态下的偏离比例；

而作为稳定波动的数据集，在正常情况下，其波动范围是确定的，以偏离值作为判断依据，获取整个数据集合中偏离值超出波动比例的的元素的数量作为另一个参考标准，将达到触发阈值的元素的数量作为衡量标准；占比越多，数据越不稳定，因此采集周期越短，从而进入密切关注状态；从而解决了采集周期无法根据数据状态实时调整的问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种SCADA系统数据采集周期控制方法的流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种SCADA系统数据采集周期控制方法，包括以下步骤：

获取预设的初始采集周期T，数据采集端对目标数据点进行数据采集任务，并在完成一个采集周期T的数据采集后，将采集到的数据打包并传输至服务器；

获取数据采集端传输的数据，并按照采集时间进行排序生成数据集合S＝(S₁，S₂，…，S_i，…，S_T/t-1，S_T/t)，其中S_i表示当前采集周期中的第i个数据，t表示相邻两次采集数据的时间间隔；

根据公式计算修正系数K，所述的公式为：

其中，S_y为根据目标数据点类型预设的期望值；

计算偏离值ΔS_i＝|S_i-S_y|并生成偏离值集合ΔS，并根据公式计算偏离系数K_{_count}，所述的公式为：

其中A表示偏离值集合ΔS中符合条件的元素的数量，{x∈ΔS|x＞λ}表示符合条件的元素所组成的集合，λ为预设的触发阈值；

计算调整系数ΔK＝(1-K_{_count})/K，修正所述的采集周期为T'＝ΔKT；

将采集周期T'发送至数据采集端，所述的数据采集端在完成一个采集周期T'的数据采集后，将采集到的数据打包并传输至服务器。

首先值得注意的是，本发明中的应用场景在背景技术中就已经提到了，是针对较为稳定但呈现为波动状态的数据点的数据采集，通过周期性采集来节省服务器的算力负荷；

因此，在本发明中，针对稳定波动的数据集，其期望值可以认为会是数据在理论状态下的平均值，而实际采集到的数据集合S的平均值与期望值之间的差值，用于反映数据整体的偏离程度，其修正系数K用于表示实际数据在理论状态下的偏离比例；

而作为稳定波动的数据集，在正常情况下，其波动范围是稳定的，以偏离值作为判断依据，获取整个数据集合中偏离值超出波动比例的元素的数量作为另一个参考标准，将达到触发阈值的元素的数量作为衡量标准；占比越多，数据越不稳定，因此采集周期越短，从而进入密切关注状态。

而值得注意的是，在传感器采集数据的过程中还存在数据偏倚情况，偏倚是指传感器输出值与实际值之间存在一个固定的偏差。而数据偏倚的问题会影响修正系数K的计算；所以在实际应用中，还需要排出数据偏倚现象的干扰，因此在本发明一种优选的实施例中，通过所述的数据集合S计算得到期望误差ΔS_y＝|(t/T)∑(S)-S_y|，当在多个连续的采集周期中所计算得到的多个期望误差中，存在某一固定值M，使得|M-ΔS_yn|∈(0，β)时，判定数据采集端产生偏倚，服务器发出修正报警，其中ΔS_yn表示第n个期望误差，β表示预设的最大绝对偏差，所述的n＝d/T_总，其中d表示一天的时间，T_总表示多个连续的采集周期之和；在本实施例中，以一天作为一个参考周期，来判断数据采集端是否出现数据偏倚，也可以以小于一天或者大于一天的时间作为参考周期；当存在固定值M，使得|M-ΔS_yn|∈(0，β)时，判定数据采集端产生偏倚，需要对数据采集端进行修正，修正后的期望值为S_y±M。

在本发明一种优选的实施例中，所述的数据采集端在完成一个采集周期的数据采集，将数据打包并传输至服务器后，自动开启下一个采集周期的数据采集。

在本发明一种优选的实施例中，对所述的数据集合S中的元素进行拟合，生成拟合方程，如果所述的拟合方程在其定义域内呈单调递增或者单调递减状态时，获取所述的数据集合S对应的采集周期T，当T＞(T_{_max}/2)时，判定数据采集端产生数据漂移，服务器发出故障报警，其中T_{_max}表示目标数据点的最大波动周期。

在本发明一种优选的实施例中，对所述的数据集合S中的元素进行拟合，生成拟合方程，如果所述的拟合方程在其定义域内呈单调递增或者单调递减状态时，获取所述的数据集合S对应的采集周期T，当T≤(T_{_max}/2)时，按照时间顺序依次获取下一组采集周期中的数据直至T+nt＞(T_{_max}/2)，其中n表示获取的数据的个数；将原数据集合S中的元素和新获取的数据作为样本数据，重新进行拟合，如果所述的拟合方程在其定义域内呈单调递增或者单调递减状态时，判定数据采集端产生数据漂移，服务器发出故障报警。

在本发明一种优选的实施例中，当调整后的采集周期小于相邻两次采集数据的时间间隔t时，采集周期修正为与t相等。

一种SCADA系统数据采集周期控制系统，包括：

数据采集端：获取预设的初始采集周期T，数据采集端对目标数据点进行数据采集任务，并在完成一个采集周期T的数据采集后，将采集到的数据打包并传输至服务器；

预处理模块：获取数据采集端传输的数据，并按照采集时间进行排序生成数据集合S＝(S₁，S₂，…，S_i，…，S_T/t-1，S_T/t)，其中S_i表示当前采集周期中的第i个数据，t表示相邻两次采集数据的时间间隔；

采集周期修正模块：根据公式计算修正系数K，所述的公式为：

其中，S_y为根据目标数据点类型预设的期望值；

计算偏离值ΔS_i＝|S_i-S_y|并生成偏离值集合ΔS，并根据公式计算偏离系数K_{_count}，所述的公式为：

其中A表示偏离值集合ΔS中符合条件的元素的数量，{x∈ΔS|x＞λ}表示符合条件的元素所组成的集合，λ为预设的触发阈值；

计算调整系数ΔK＝(1-K_{_count})/K，修正所述的采集周期为T'＝ΔKT。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种SCADA系统数据采集周期控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取预设的初始采集周期T，数据采集端对目标数据点进行数据采集任务，并在完成一个采集周期T的数据采集后，将采集到的数据打包并传输至服务器；

获取数据采集端传输的数据，并按照采集时间进行排序生成数据集合S＝(S₁，S₂，…，S_i，…，S_T/t-1，S_T/t)，其中S_i表示当前采集周期中的第i个数据，t表示相邻两次采集数据的时间间隔；

根据公式计算修正系数K，所述的公式为：

其中，S_y为根据目标数据点类型预设的期望值；

计算偏离值ΔS_i＝|S_i-S_y|并生成偏离值集合ΔS，并根据公式计算偏离系数K__count，所述的公式为：

其中A表示偏离值集合ΔS中符合条件的元素的数量，{x∈ΔS|x＞λ}表示符合条件的元素所组成的集合，λ为预设的触发阈值；

计算调整系数ΔK＝(1-K__count)/K，修正所述的采集周期为T'＝ΔKT；

将采集周期T'发送至数据采集端，所述的数据采集端在完成一个采集周期T'的数据采集后，将采集到的数据打包并传输至服务器。

2.根据权利要求1所述的一种SCADA系统数据采集周期控制方法，其特征在于，所述的数据采集端在完成一个采集周期的数据采集，将数据打包并传输至服务器后，自动开启下一个采集周期的数据采集。

3.根据权利要求1所述的一种SCADA系统数据采集周期控制方法，其特征在于，对所述的数据集合S中的元素进行拟合，生成拟合方程，如果所述的拟合方程在其定义域内呈单调递增或者单调递减状态时，获取所述的数据集合S对应的采集周期T，当T＞(T__max/2)时，判定数据采集端产生数据漂移，服务器发出故障报警，其中T__max表示目标数据点的最大波动周期。

4.根据权利要求3所述的一种SCADA系统数据采集周期控制方法，其特征在于，对所述的数据集合S中的元素进行拟合，生成拟合方程，如果所述的拟合方程在其定义域内呈单调递增或者单调递减状态时，获取所述的数据集合S对应的采集周期T，当T≤(T__max/2)时，按照时间顺序依次获取下一组采集周期中的数据直至T+nt＞(T__max/2)，其中n表示获取的数据的个数；将原数据集合S中的元素和新获取的数据作为样本数据，重新进行拟合，如果所述的拟合方程在其定义域内呈单调递增或者单调递减状态时，判定数据采集端产生数据漂移，服务器发出故障报警。

5.根据权利要求1所述的一种SCADA系统数据采集周期控制方法，其特征在于，通过所述的数据集合S计算得到期望误差ΔS_y＝|(t/T)∑(S)-S_y|，当在多个连续的采集周期中所计算得到的多个期望误差中，存在某一固定值M，使得|M-ΔS_yn|∈(0，β)时，判定数据采集端产生偏倚，服务器发出修正报警，其中ΔS_yn表示第n个期望误差，β表示预设的最大绝对偏差。

6.根据权利要求5所述的一种SCADA系统数据采集周期控制方法，其特征在于，所述的n＝d/T_总，其中d表示一天的时间，T_总表示多个连续的采集周期之和。

7.根据权利要求1所述的一种SCADA系统数据采集周期控制方法，其特征在于，当调整后的采集周期小于相邻两次采集数据的时间间隔t时，采集周期修正为与t相等。

8.一种SCADA系统数据采集周期控制系统，其特征在于，包括：

数据采集端：获取预设的初始采集周期T，数据采集端对目标数据点进行数据采集任务，并在完成一个采集周期T的数据采集后，将采集到的数据打包并传输至服务器；

预处理模块：获取数据采集端传输的数据，并按照采集时间进行排序生成数据集合S＝(S₁，S₂，…，S_i，…，S_T/t-1，S_T/t)，其中S_i表示当前采集周期中的第i个数据，t表示相邻两次采集数据的时间间隔；

采集周期修正模块：根据公式计算修正系数K，所述的公式为：

其中，S_y为根据目标数据点类型预设的期望值；

计算偏离值ΔS_i＝|S_i-S_y|并生成偏离值集合ΔS，并根据公式计算偏离系数K__count，所述的公式为：

其中A表示偏离值集合ΔS中符合条件的元素的数量，{x∈ΔS|x＞λ}表示符合条件的元素所组成的集合，λ为预设的触发阈值；

计算调整系数ΔK＝(1-K__count)/K，修正所述的采集周期为T'＝ΔKT。