一种基于质量戳的scada 系统历史数据补数与查询处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于质量戳的SCADA系统历史数据补数与查询处理方法，属于计算机技术领域。
【背景技术】
[0002]SCADA(Supervisory Control And Data Acquisit1n)系统，即数据米集与监视控制系统。本发明应用于SCADA系统中，是针对SCADA系统中网络、服务器等故障引起数据缺失问题，提出的一种基于数据质量戳进行历史数据补数和查询的处理方法，使SCADA系统历史数据补数与查询成为可行方案，进一步解决因通讯中断而导致的数据完整性和连续性问题。
[0003]SCADA系统会出现与前置通信设备(前置通信网关)中断的情况，中断期间的数据在SCADA软件系统中没有记录，基于这种不完整性数据进行查询的结果不能反映出数据真实变化情况及数据质量状态，给正常的生产运行带来安全隐患。例如某采集测点通信正常情况下的数据变化如图1所示，数据点Vl?vl6在SCADA服务器端进行压缩存储处理；[tl，t2]时间段发生通信中断，该时间段内的数据缺失，数据变化如图2所示，数据点vl?v5及vl5?vl6在SCADA服务器端进行压缩存储处理；当客户端进行历史数据查询请求时，SCADA服务器端通常的处理方法一般是忽略tl?t2时间段的缺失数据，根据压缩算法进行插值得到数值Cl和数值c2，将差值后的结果返回给客户端，客户端的查询结果如图3所示，由图3可见在特征点数据缺失的情况下简单采用插值方法处理并不能反映出测点的数值和质量状态的真实变化情况。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于质量戳的SCADA系统历史数据补数与查询处理方法。
[0005]一种基于质量戳的SCADA系统历史数据补数与查询处理方法，含有以下步骤:
[0006]利用SCADA系统中数据的质量戳域标识系统通信中断的状态，SCADA系统服务器端根据中断时间从前置通信设备存储的历史数据中召唤中断缺失数据，实现基于质量戳的历史数据补数处理，并在客户端进行历史数据查询时，将历史数据基于质量戳进行插值处理并返回给客户端，使处理的结果能够正确反映通信中断时间内的数据值与状态，为SCADA系统监控提供真实、准确的数据。
[0007]前置通信设备实现数据汇采、通信协议转换与数据转发等基本功能，前置通信设备(一般采用前置通信网关)对最近一段时间历史数据进行本地存储，可以采用数据库、文件等方式存储；在通信恢复后进行历史数据回填补数，SCADA系统与前置通信设备建立链接并发送数据回填请求，通信设备给予数据响应；SCADA系统对回填的数据进行处理，包括告警、事件记录等，但不进行实时发布，而只存历史数据库；SCADA系统对回填数据采用与实时数据相同的数据存储方式，但要对回填数据的质量戳上打上“回填”标识，用于标注该数据是采用回填方式获得。
[0008]具体步骤:
[0009]I) SCADA系统质量戳规划步骤
[0010]SCADA系统将遥测、遥信、遥控、遥调等业务数据统一采用VQT数据(值(Value)、质量戳(Qual ity )和时间戳(Timestamp )三个域)进行表示,历史数据库将数据点在时间序列上的所有VQT数据实例集合进行归档压缩存储；
[0011]VQT数据的“质量戳”域包含数据质量、数据类别等几部分信息；
[0012]数据质量部分记录了 VQT数据的“值”的质量状态；数据质量可分为三类:“好”质量、“坏”质量、“不确定”质量；“好”质量表明了 VQT数据的“值”的质量是好的，可以使用；“坏”质量表明了由于某种原因VQT数据的“值”不可用了 ；根据不同的原因又可将“坏”质量细分为:无特别原因、配置错误、数据源未连接、设备失败、传感器失败、通信中断、采集中止等；“不确定”质量表明了由于某种原因VQT数据的“值”的质量是不确定的；
[0013]数据类别部分记录了 VQT数据的类别；需要在VQT数据的“质量戳”域中记录的数据类别包括:正常采集数据、回填补数数据、手工录入数据、计算数据、中间数据等。
[0014]2)通信中断质量标识步骤
[0015]发生通信中断时，SCADA服务端检测出通信中断，则在该时刻增加一个代表通信中断状态的坏点，该点的值为上一时刻记录的数值、时间戳为检测出断连的时刻、质量戳为“网络中断”;同样，通信恢复时，SCADA服务器端检测出通信恢复，则在该时刻增加一个代表通信恢复状态的坏点，该点的值为上一时刻记录的数值、时间戳为检测出通信恢复的时刻、质量戳为“网络恢复”;如图5所示，tl为通信中断开始时刻，在tl处增加“坏点”bl ；t2为中断恢复时刻，在t2处增加“坏点” b2。
[0016]3)回填数据质量标识步骤
[0017]tl’为通信中断前一个好点的时间戳，t2’为通信恢复后一个好点的时间戳，[tl’，t2’]则作为SCADA服务器端向前置通信设备请求回填补数的起始与结束时间区间；通信恢复后，SCADA服务器端向前置通信设备请求[tl’，t2’ ]时刻的数据，前置通信设备将所有回填数据打上“回填”质量戳，回填数据发送并存储于SCADA服务器上。如图6所示。
[0018]4)基于质量戳的查询处理步骤
[0019]客户端向SCADA服务器发出历史数据查询请求，对于含有回填数据的历史数据查询请求，采用基于质量戳的插值查询处理方法，步骤如下:
[0020]对于含有标识通信中断坏点的区间为异常区间，如图7中的[tl’，tl]与[tl，tl’’]，异常区间不进行历史插值计算；服务器端将Vl与V5之间的历史数据经过插值算法计算得到第一部分返回值，该部分质量戳均为“好点”;将bl点作为第二部分返回值；将v5’与vl5’之间的所有回填历史数据经过插值算法计算得到第三部分返回值，该部分质量戳均为“回填”;将b2作为第四部分返回值；将vl5与vl6之间的历史数据经过插值算法计算得到第五部分返回值，最后将这五部分作为一个整体结果返回给客户端。
[0021 ] 5)基于质量戮的显不步骤
[0022]客户端基于质量戳显示数据时有两种方式，一种是“坏点”参与显示，第二种是坏点不参与显示。
[0023]第一种显示步骤:客户端对历史查询的数据进行绘制曲线或统计计算时往往对于非缓存时间段内的坏点不参与连线绘制或计算，如图7中在tl与t2时刻分别有bl、b2两个质量戳为“坏点”的状态点，则客户端展示的曲线会在tl、t2处出现两个真空断连带，插值的时间粒度大则断连带比较宽，插值的时间粒度小则断连带比较窄。如图8所示。
[0024]针对历史数据回填数据存在原状态标识数据与回填数据两种版本数据，在查询显示时第一种显示方式因原坏质量戳数据的存在会在回填数据两端显示出缝隙，所以数据显示还提供另一种方式。
[0025]第二种显示步骤，剔除掉非缓存时间段的代表通信设备断连的坏质量点bl和b2，客户端对历史查询的数据进行绘制曲线或统计计算时即可不考虑通信设备中断的状态标记，客户端展示的曲线如图9所示。
[0026]发明的效果采用基于质量戳的历史数据补数与查询处理方法能够在通信设备断连的情况下真实的反映通信设备连接状态与数据的变化情况，正确指导SCADA系统监控与调度人员安全生产。
【附图说明】
[0027]当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中:
[0028]图1某测点数据变化情况示意图；
[0029]图2某测点通信中断数据变化情况示意图；
[0030]图3某测点在数据缺失情况下的查询处理示意图；
[0031]图4SCADA系统总体架构示意图；
[0032]图5通信中断质量标识示意图；
[0033]图6历史数据补数回填示意图；
[0034]图7历史查询数据处理方法示意图；
[0035]图8带有断连标记的历史曲线示意图；
[0036]图9不考虑断连标记的历史曲线示意图；
[0037]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
【具体实施方式】
[0038]显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
[0039]实施例1:如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所不，一种基于质量戮的SCADA系统历史数据补数与查询处理方法。
[0040]利用SCADA系统中数据的质量戳域标识系统通信中断的状态，SCADA系统服务器端根据中断时间从前置通信设备存储的历史数据中召唤中断缺失数据，实现基于质量戳的历史数据补数处理，并在客户端进行历史数据查询时，将历史数据基于质量戳进行插值处理并返回给客户端，使处理的结果能够正确反映通信中断时间内的数据值与状态，为SCADA系统监控提供真实、准确的数据。
[0041]SCADA系统总体架构示意图如图4所示。
[0042]前置通信设备实现数据汇采、通信协议转换与数据转发等基本功能，前置通信设备(一般采用前置通信网关)对最近一段时间历史数据进行本地存储，可以采用数据库、文件等方式存储。在通信恢复后进行历史数据回填补数，SCADA系统与前置通信设备建立链接并发送数据回填请求，通信设备给予数据响应。SCADA系统对回填的数据进行处理，包括告警、事件记录等，但不进行实时发布，而只存历史数据库。SCADA系统对回填数据采用与实时数据相同的数据存储方式，但要对回填数据的质量戳上打上“回填”标识，用于标注该数据是采用回填方式获得。
[0043]发明具体步骤:
[0044]SCADA系统质量戳规划:
[0045]SCADA系统将遥测、遥信、遥控、遥调等业务数据统一采用VQT数据(值(Value)、质量戳