CN117527928A - 一种基于scada的数据处理方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于SCADA的数据处理方法和系统，其先在预设时间段内，获取多个SCADA数据报文，然后根据SCADA数据报文的协议种类及报文内容，得到每个SCADA数据报文的数据类型，每种数据类型对应有一个初始优先级，再统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，并根据每种数据类型的报文数量调整对应的初始优先级，得到每种数据类型的实际优先级，最后基于每种数据类型的实际优先级，处理对应的SCADA数据报文。相比于现有技术，本发明使得SCADA系统能够更加智能地应对不同情况下的数据处理需求，提高生产监管的效率和响应能力。

Description

一种基于SCADA的数据处理方法和系统
技术领域
本发明涉及SCADA技术领域，尤其涉及一种基于SCADA的数据处理方法和系统。
背景技术
SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)是一种广泛应用于工业控制系统的监控和数据采集技术，它能够采集实时数据并提供远程监控和控制功能。SCADA系统帮助工业企业实现对生产过程的可视化、远程监测和实时控制，从而提升效率、降低成本和确保生产安全。
然而，现代工业中，数据的产生呈指数级增长，同时数据的种类也繁多。工业控制系统面临着来自各种传感器和设备的海量数据流，并且需要在不同时间尺度上处理这些数据。这给现有的SCADA系统带来了挑战，尤其是在面对一些多变的紧急事件时，一成不变的处理逻辑往往难以及时处理和响应。
因此，人们迫切需要一种能够实时动态调节数据优先级的SCADA数据处理方法，以根据不同类型的数据的重要性和紧急程度，自动调整数据的优先级，以确保在处理多变的事件时能够及时获得和处理关键数据。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种基于SCADA的数据处理方法和系统，用以解决现有技术在面对一些多变的紧急事件时，难以及时处理和响应的问题。
本发明提供了一种基于SCADA的数据处理方法，包括：
在预设时间段内，获取多个SCADA数据报文；
根据SCADA数据报文的协议种类及报文内容，得到每个SCADA数据报文的数据类型，每种数据类型对应有一个初始优先级；
统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，并根据每种数据类型的报文数量调整对应的初始优先级，得到每种数据类型的实际优先级；
基于每种数据类型的实际优先级，处理对应的SCADA数据报文。
进一步的，所述根据SCADA数据报文的协议种类及报文内容，得到每个SCADA数据报文的数据类型，包括：
获取目标SCADA数据报文，并得到目标SCADA数据报文对应的目标协议种类，其中目标SCADA数据报文为当前待分析的SCADA数据报文；
根据目标协议种类，得到目标协议种类对应的功能字段；
根据目标协议种类、目标SCADA数据报文中功能字段的内容，得到目标SCADA数据报文的数据类型。
进一步的，目标协议种类包括Modbus协议、DNP3协议和OPC协议；数据类型包括测量数据、状态数据、事件数据和历史数据；所述根据目标协议种类、目标SCADA数据报文中功能字段的内容，得到目标SCADA数据报文的数据类型，包括：
若目标协议种类为Modbus协议，则根据目标SCADA数据报文中功能字段的内容，判断目标SCADA数据报文的数据类型是测量数据还是状态数据；
若目标协议种类为DNP3协议，则根据目标SCADA数据报文中功能字段的内容，判断目标SCADA数据报文的数据类型是否为事件数据；
若目标协议种类为OPC协议，则根据目标SCADA数据报文中功能字段的内容，判断目标SCADA数据报文的数据类型是否为历史数据。
进一步的，每种数据类型的实际优先级的高低和在预设时间段内获取的该种数据类型的报文数量成反比。
进一步的，所述统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，并根据每种数据类型的报文数量调整对应的初始优先级，得到每种数据类型的实际优先级，包括：
统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，得到目标数据类型的报文数量和预设时间段内获取的报文总量，其中目标数据类型为当前待调整实际优先级的数据类型；
根据目标数据类型的报文数量和报文总量，得到目标数据类型的报文所占比例；
基于目标数据类型的报文所占比例，调整目标数据类型对应的初始优先级，得到目标数据类型对应的实际优先级。
进一步的，初始优先级和实际优先级均基于数值进行表示，数值越大，该数值对应的优先级越低。
进一步的，所述基于目标数据类型的报文所占比例，调整目标数据类型对应的初始优先级，得到目标数据类型对应的实际优先级，包括：
基于以下公式得到目标数据类型对应的实际优先级：
Pc＝Pi/(R+1)
其中，Pc表示目标数据类型对应的实际优先级，Pi表示目标数据类型对应的初始优先级，R表示目标数据类型的报文所占比例。
本发明还提供一种基于SCADA的数据处理系统，包括：
报文获取模块，用于在预设时间段内，获取多个SCADA数据报文；
类型识别模块，用于根据SCADA数据报文的协议种类及报文内容，得到每个SCADA数据报文的数据类型，每种数据类型对应有一个初始优先级；
优先级调整模块，用于统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，并根据每种数据类型的报文数量调整对应的初始优先级，得到每种数据类型的实际优先级；
数据处理模块，用于基于每种数据类型的实际优先级，处理对应的SCADA数据报文。
本发明的有益效果是：
本发明能够在预设时间段内，根据SCADA数据报文的数据类型和报文数量，动态地调整每种数据类型的优先级，得到能够反映数据当前紧急情况的实际优先级，然后基于实际优先级，使数据能够及时地被处理。通过这种实时动态调节优先级的方法，SCADA系统能够更加智能地应对不同情况下的数据处理需求，提高生产监管的效率和响应能力。这样的方法和技术可以进一步提升工业控制系统的智能化水平，提升生产效率和安全性。
附图说明
图1为本发明提供的基于SCADA的数据处理方法一实施例的方法流程图；
图2为图1中步骤S102一实施例的方法流程图；
图3为图1中步骤S103一实施例的方法流程图；
图4为本发明提供的基于SCADA的数据处理系统一实施例的系统架构图。
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做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。
结合图1所示，本发明的一个具体实施例，公开了一种基于SCADA的数据处理方法，包括：
S101、在预设时间段内，获取多个SCADA数据报文；
S102、根据SCADA数据报文的协议种类及报文内容，得到每个SCADA数据报文的数据类型，每种数据类型对应有一个初始优先级；
S103、统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，并根据每种数据类型的报文数量调整对应的初始优先级，得到每种数据类型的实际优先级；
S104、基于每种数据类型的实际优先级，处理对应的SCADA数据报文。
具体地，结合图2所示，在一个优选的实施例中，上述步骤S102、根据SCADA数据报文的协议种类及报文内容，得到每个SCADA数据报文的数据类型，具体包括：
S201、获取目标SCADA数据报文，并得到目标SCADA数据报文对应的目标协议种类，其中目标SCADA数据报文为当前待分析的SCADA数据报文；
S202、根据目标协议种类，得到目标协议种类对应的功能字段；
S203、根据目标协议种类、目标SCADA数据报文中功能字段的内容，得到目标SCADA数据报文的数据类型。
其中，功能字段为数据报文中用于表征其报文作用的字段，其为本领域技术人员能够理解的现有技术，例如：
1、Modbus是一种串行通信协议，广泛应用于工业自动化领域。它支持多种物理层接口(如串口、以太网等)，数据通过读取和写入寄存器来进行传输。一种常见的Modbus报文结构包括：
从机地址：1个字节，指定通信对象的从机地址。
功能码：1个字节，指定要执行的功能类型，如读取数据、写入数据等。
数据区：N个字节，用于存储传输的数据，可包括读取的寄存器值或要写入的寄存器值。
错误检验码：2个字节，用于检验报文的完整性和准确性。
其中，功能码字段便为Modbus这种协议种类对应的功能字段。
2、DNP3(Distributed Network Protocol 3)是一种在实用工业控制系统(ICS)中广泛使用的通信协议。它被设计用于在监控和控制设备之间传输数据，特别适用于电力系统、水处理厂、油气行业和其他自动化领域的应用。以下是DNP3协议中一种常见的报文结构：
报文起始字符(Start of Frame)：2个字节，固定值为0x0564。
长度字节(Length)：2个字节，表示整个报文的长度。
控制字节(Control)：1个字节，包含了报文的控制信息，例如传输方向、传输确认和报文类型等。
地址字节(Destination Address/Source Address)：通常为1个字节，标识报文的目标设备地址和源设备地址。
应用层功能码(Function Code)：1个字节，指示所需执行的功能，如数据查询、参数设置等。
数据对象(Data Objects)：报文中包含一个或多个数据对象，每个数据对象由一个或多个字节组成，用于传输特定的数据类型。
校验和(Checksum)：2个字节，用于校验报文的完整性。
结束字符(End ofFrame)：2个字节，固定值为0x0000。
其中，应用层功能码便为DNP3这种协议对应的功能字段。
3、OPC(OLE forProcess Control)协议是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，用于实现不同设备和系统之间的数据交换和互操作性。OPC协议并没有一种固定的报文格式，因为OPC是一个通信标准，它定义了不同组件之间的接口规范，并允许使用不同的通信协议进行数据交换。一种常见的OPC协议的报文结构包括：
消息长度(Message Length)：4个字节，指示整个消息的长度。
消息标识(Message Identifier)：4个字节，用于唯一标识消息序列。
标记(Flags)：2个字节，包含一些控制标记，如是否压缩、是否加密等。
数据类型(DataType)：2个字节，指示数据的类型，如数值、字符串等。
事务标识(Transaction Identifier)：2个字节，用于标识此消息的事务。
操作标识(Operation Identifier)：2个字节，指示要执行的操作类型，如读取、写入等。
数据值长度(DataValue Length)：2个字节，指示数据值的长度。
数据值(Data Value)：根据数据类型，占据相应长度的字节，存储具体的数据值。
其中，事务标识字段便为OPC这种协议对应的功能字段。
进一步的，在一个优选的实施例中，目标协议种类包括Modbus协议、DNP3协议和OPC协议；数据类型包括测量数据、状态数据、事件数据和历史数据；所述根据目标协议种类、目标SCADA数据报文中功能字段的内容，得到目标SCADA数据报文的数据类型，包括：
若目标协议种类为Modbus协议，则根据目标SCADA数据报文中功能字段的内容，判断目标SCADA数据报文的数据类型是测量数据还是状态数据；
若目标协议种类为DNP3协议，则根据目标SCADA数据报文中功能字段的内容，判断目标SCADA数据报文的数据类型是否为事件数据；
若目标协议种类为OPC协议，则根据目标SCADA数据报文中功能字段的内容，判断目标SCADA数据报文的数据类型是否为历史数据。
其中，测量数据、状态数据、事件数据和历史数据四种数据的具体解释如下：
测量数据：包括传感器或仪表采集的实时测量数据，如温度、压力、流量、电压、电流等。这些数据通常具有连续性，并以模拟信号或数字信号的形式进行传输和存储。例如，使用Modbus通信协议时，可以通过读取特定的保持寄存器(Holding Register)来获取测量数据。
状态数据：用于表示设备、系统或流程的状态信息，如设备开关状态(开/关)、报警状态(触发/未触发)、机器运行状态(运行/停止)等。状态数据通常以离散值或布尔值的形式存在。例如，使用Modbus协议时，可以读取离散输入寄存器(Discrete Input Register)或线圈寄存器(Coil Register)来获取开关设备的状态。
事件数据：记录设备或系统发生的事件，如报警事件、故障事件、操作记录等。事件数据提供了对系统运行和操作历史的详细描述，通常包括事件类型、发生时间、持续时间、相关参数等。例如，通过DNP3协议，在事件报文中，使用事件类型码和事件数据字段来表示不同的事件。
历史数据：指过去一段时间内采集的SCADA数据，用于分析和建模。历史数据通常以时间序列的形式存储，并包含多个测量参数的采样值。它们可以用于趋势分析、异常检测、预测建模等。例如，使用OPC协议时，可以使用时间戳字段和相应的值字段来表示历史数据。
进一步的，在一个优选的实施例中，每种数据类型的实际优先级的高低和在预设时间段内获取的该种数据类型的报文数量成反比。
进一步的，结合图3所示，在一个优选的实施例中，所述步骤S103、统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，并根据每种数据类型的报文数量调整对应的初始优先级，得到每种数据类型的实际优先级，具体包括：
S301、统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，得到目标数据类型的报文数量和预设时间段内获取的报文总量，其中目标数据类型为当前待调整实际优先级的数据类型；
S302、根据目标数据类型的报文数量和报文总量，得到目标数据类型的报文所占比例；
S303、基于目标数据类型的报文所占比例，调整目标数据类型对应的初始优先级，得到目标数据类型对应的实际优先级。
进一步的，在一个优选的实施例中，初始优先级和实际优先级均基于数值进行表示，数值越大，该数值对应的优先级越低。
具体地，在一个优选的实施例中，上述步骤S303、基于目标数据类型的报文所占比例，调整目标数据类型对应的初始优先级，得到目标数据类型对应的实际优先级，具体包括：
基于以下公式得到目标数据类型对应的实际优先级：
Pc＝Pi/(R+1)
其中，Pc表示目标数据类型对应的实际优先级，Pi表示目标数据类型对应的初始优先级，R表示目标数据类型的报文所占比例。
本发明还提供一更加详细的实施例，用以清楚地说明上述步骤S301～S303：
1、初始优先级分配：
测量数据：高优先级(例如优先级为1)
状态数据：中优先级(例如优先级为2)
事件数据：中优先级(例如优先级为2)
历史数据：低优先级(例如优先级为3)
2、动态调整策略：
统计一段时间(即所述预设时间段)内每种数据的数量，例如以每小时为单位进行统计。
计算每种数据类型的比例，即每种数据类型的报文数量除以预设时间段内的报文总量。
根据比例动态调整优先级，使其与比例成反比关系。可以使用以下公式进行计算：
Pc＝Pi/(R+1)
其中，Pc表示目标数据类型对应的实际优先级，Pi表示目标数据类型对应的初始优先级，R表示目标数据类型的报文所占比例。
例如，假设一段时间内的数据统计如下：
测量数据：500条
状态数据：100条
事件数据：50条
历史数据：200条
计算每种报文所占比例：
测量数据的报文所占比例＝500/(500+100+50+200)＝0.625
状态数据的报文所占比例＝100/(500+100+50+200)＝0.125
事件数据的报文所占比例＝50/(500+100+50+200)＝0.0625
历史数据的报文所占比例＝200/(500+100+50+200)＝0.25
根据比例调整初始优先级：
测量数据的实际优先级＝1/(0.625+1)≈0.615
状态数据的实际优先级＝2/(0.125+1)≈1.714
事件数据的实际优先级＝2/(0.0625+1)≈1.818
历史数据的实际优先级＝3/(0.25+1)＝2.4
这样，在较高的测量数据数量下，测量数据的优先级会调整为较高，进而优先处理大量的测量数据，判断是否发生异常。而在较低的事件数据数量下，事件数据的优先级会调整为较低。
结合图4所示，本发明还提供一种基于SCADA的数据处理系统400，包括：
报文获取模块410，用于在预设时间段内，获取多个SCADA数据报文；
类型识别模块420，用于根据SCADA数据报文的协议种类及报文内容，得到每个SCADA数据报文的数据类型，每种数据类型对应有一个初始优先级；
优先级调整模块430，用于统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，并根据每种数据类型的报文数量调整对应的初始优先级，得到每种数据类型的实际优先级；
数据处理模块440，用于基于每种数据类型的实际优先级，处理对应的SCADA数据报文。
这里需要说明的是：上述实施例提供的对应的系统400可实现上述各方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。
本发明能够在预设时间段内，根据SCADA数据报文的数据类型和报文数量，动态地调整每种数据类型的优先级，得到能够反映数据当前紧急情况的实际优先级，然后基于实际优先级，使数据能够及时地被处理。通过这种实时动态调节优先级的方法，SCADA系统能够更加智能地应对不同情况下的数据处理需求，提高生产监管的效率和响应能力。这样的方法和技术可以进一步提升工业控制系统的智能化水平，提升生产效率和安全性。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于SCADA的数据处理方法，其特征在于，包括：
在预设时间段内，获取多个SCADA数据报文；
根据SCADA数据报文的协议种类及报文内容，得到每个SCADA数据报文的数据类型，每种数据类型对应有一个初始优先级；
统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，并根据每种数据类型的报文数量调整对应的初始优先级，得到每种数据类型的实际优先级；
基于每种数据类型的实际优先级，处理对应的SCADA数据报文。
2.根据权利要求1所述的基于SCADA的数据处理方法，其特征在于，所述根据SCADA数据报文的协议种类及报文内容，得到每个SCADA数据报文的数据类型，包括：
获取目标SCADA数据报文，并得到目标SCADA数据报文对应的目标协议种类，其中目标SCADA数据报文为当前待分析的SCADA数据报文；
根据目标协议种类，得到目标协议种类对应的功能字段；
根据目标协议种类、目标SCADA数据报文中功能字段的内容，得到目标SCADA数据报文的数据类型。
3.根据权利要求2所述的基于SCADA的数据处理方法，其特征在于，目标协议种类包括Modbus协议、DNP3协议和OPC协议；数据类型包括测量数据、状态数据、事件数据和历史数据；所述根据目标协议种类、目标SCADA数据报文中功能字段的内容，得到目标SCADA数据报文的数据类型，包括：
若目标协议种类为Modbus协议，则根据目标SCADA数据报文中功能字段的内容，判断目标SCADA数据报文的数据类型是测量数据还是状态数据；
若目标协议种类为DNP3协议，则根据目标SCADA数据报文中功能字段的内容，判断目标SCADA数据报文的数据类型是否为事件数据；
若目标协议种类为OPC协议，则根据目标SCADA数据报文中功能字段的内容，判断目标SCADA数据报文的数据类型是否为历史数据。
4.根据权利要求1所述的基于SCADA的数据处理方法，其特征在于，每种数据类型的实际优先级的高低和在预设时间段内获取的该种数据类型的报文数量成反比。
5.根据权利要求4所述的基于SCADA的数据处理方法，其特征在于，所述统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，并根据每种数据类型的报文数量调整对应的初始优先级，得到每种数据类型的实际优先级，包括：
统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，得到目标数据类型的报文数量和预设时间段内获取的报文总量，其中目标数据类型为当前待调整实际优先级的数据类型；
根据目标数据类型的报文数量和报文总量，得到目标数据类型的报文所占比例；
基于目标数据类型的报文所占比例，调整目标数据类型对应的初始优先级，得到目标数据类型对应的实际优先级。
6.根据权利要求5所述的基于SCADA的数据处理方法，其特征在于，初始优先级和实际优先级均基于数值进行表示，数值越大，该数值对应的优先级越低。
7.根据权利要求6所述的基于SCADA的数据处理方法，其特征在于，所述基于目标数据类型的报文所占比例，调整目标数据类型对应的初始优先级，得到目标数据类型对应的实际优先级，包括：
基于以下公式得到目标数据类型对应的实际优先级：
Pc＝Pi/(R+1)
其中，Pc表示目标数据类型对应的实际优先级，Pi表示目标数据类型对应的初始优先级，R表示目标数据类型的报文所占比例。
8.一种基于SCADA的数据处理系统，其特征在于，包括：
报文获取模块，用于在预设时间段内，获取多个SCADA数据报文；
类型识别模块，用于根据SCADA数据报文的协议种类及报文内容，得到每个SCADA数据报文的数据类型，每种数据类型对应有一个初始优先级；
优先级调整模块，用于统计预设时间段内获取的每种数据类型的报文数量，并根据每种数据类型的报文数量调整对应的初始优先级，得到每种数据类型的实际优先级；
数据处理模块，用于基于每种数据类型的实际优先级，处理对应的SCADA数据报文。
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