一种现场总线设备监控管理方法

专利名称：一种现场总线设备监控管理方法
技术领域：
本发明属于现场总线设备管理技术领域，涉及一种现场总线设备监控管理方法。
背景技术：
自20世纪80年代起，现场总线因其可靠性强、通信快捷、兼容性广、成本低等一系列优势在工业自动化控制中得以广泛应用。此外生产、生活的高度自动化、数字化、智能化也促进现场总线控制系统和现场总线设备的发展，目前各种设备管理系统和现场总线设备种类繁多，可以满足各种行业的需要。但目前的大多数设备管理系统也存在一些不可忽视的问题。随着现场总线的发展，目前已经有多家公司根据市场的要求开发出了各自的设备管理系统，并得到了大量的应用，反应良好。其中比较有代表性的有以下两种西门子公司 的过程设备管理器SIMATIC PDM和艾默生公司的AMS智能设备管理系统。这两种设备管理系统分别代表了两种设备管理系统的实现方式，包括其中的模块组成以及现场设备与设备管理系统的信息交互，这两者都是互不相同的。正是由于其机理不同，使得两类设备管理系统的应用对象也大不相同。I) Simatic PDM 系统Simatic PDM是一套针对Prof ibus现场总线系统而开发出来的设备管理系统。这套系统是一个用于对现场设备和自动化组件进行显示、试车、诊断和维护的通用工具。它的一个显著特点就是集成性，其设计目的就是力图将现场设备集成起来。在这套系统中，允许通过多重方法实现集成；通过设备生产商的DD ;通过协议PROFIBUS PA-Profile V3. O ；通过HCF (HART通信基金会)的目录册实现设备的集成。PDM这套设备管理系统的管理工作主要是通过设备本身来实现的。设备的参数化、诊断、实现优化等功能都是在设备中以功能块的形式实现，同时设备的通信参数、设备参数、参数结构以及设备动作等信息都通过EDD文件提供给设备的系统集成用户。PDM有一个头重脚轻的系统结构。它对设备制造商的要求很高，需要设备制造商在生产设备的时候就考虑到对设备的维护、优化等管理工作并以功能块的形式在设备中实现。通过使用EDD文件在用户层实现设备集成的方法理论对设备基于何种现场总线协议没有要求，因此使用这种方法理论的PDM系统在使用性非常广泛。但也正是由于这种方法理论，PDM对设备有一个严格的要求，即现场设备必须提供EDD文件，对于不支持EDD的现场设备，这套管理系统是不适用的；同时由于这个系统中设备管理的主要工作都是通过功能块的形式在设备中实现的，对设备生产商要求很高，因此可以实现的功能是比较简单的、有限的，并且设备的使用者也基本上不能额外的增加对现场设备的管理功能。所以从设备管理的角度来说，它的设备管理的实现功能是非常有限的。除了对设备生产厂家要求过高，无法通用与所有设备外，PDM主要针对设备进行诊断和统计，而对于电厂这个特定行业的现场应用管理方面功能较弱，无法在设备故障出现或设备需要维护时给出相应的维护指导，也不能自动生成维修或维护工作票，不能将设备的故障诊断融入到整个电厂行业的工业流程当中。此外，PDM没有对整个现场总线设备的历史数据进行完全保存，虽然PDM能够生成报警日志，并且以CSV格式保存，但当PDM在的计算机发生故障并重启时，当重新开启PDM时，之前的历史数据将丢失。2) AMS设备管理系统艾默生的AMS是一个系统组合，包括了 AMS设备信息平台、AMS智能设备管理系统、AMS机械设备状态管理系统、AMS性能检测系统和AMS实时优化系统。通过上述五个系统的综合应用可以实现智能仪表阀门设备管理、机械设备性能监测、过程设备性能检测以及系统保护等功能。其中，AMS设备管理系统从系统集成的角度出发，将用户的需求模块化进一步构成了独立的管理系统并将其统一集成在一个信息平台之上。这种系统的优势在于所有现场设备的参数信息全部体现在一个统一的界面中；在执行某一功能时，用户可以遍历所有的
现场设备。另外，AMS集数据采集、数据分析于一体，因此要通过DCS系统或直接连线与设备进行“连接”。目前，AMS只能利用艾默生等少数几个公司的DCS系统的软硬件和接线，与设备通信进行通信，而对于大多数情况时，就必须通过多路转换器与DCS系统同时接在设备上，这样就造成了设备添加比较复杂，严重影响了系统的扩展性。总结以上两种常用的设备管理系统可以看出，目前主流的设备管理系统都有一下几个缺陷I.对设备要求高。大多数设备管理系统都要求设备必须能够提供设备信息文件如PDM的EDD文件，AMS的DD文件。因此，系统运行时要求设备必须能够生成、提供相应的设备信息文件，这样必然提高了对设备的要求，一旦设备无法提供信息文件，则管理系统无法将该设备纳入到管理范畴，降低了通用性。2.扩展性差。大多数设备管理系统都要与设备进行通信，因此必须要利用软硬件和接线与设备连接，这样必定增加的整个设备管理系统的成本和复杂性，也必然会影响到原有的DCS系统。3.与DCS系统耦合太紧密。目前的设备管理系统基本上都是“内嵌”在DCS系统中的，很容易对DCS的运行造成影响，并且也加大了管理系统安装和调试的难度。这对一些应用场合如火电这种高危险、高应急的行业，DCS系统中“嵌入”设备管理系统，或多或少会增加控制系统的安全隐患。4.都是“重量级”的系统。目前的设备管理系统基本上都是功能强大而规模也“强大”，很多系统的功能与DCS的功能重复，功能上出现多而不精的情况。

发明内容
本发明解决的问题在于提供一种现场总线设备监控管理方法，该方法是一种具有广泛通用性的能够获取总线设备丰富的状态和诊断数据，对其进行深度分析、监控显示并给出维修/维护指导和工作票的计算机实时监控管理方法。本发明是通过以下技术方案来实现一种现场总线设备的监控管理方法，包括以下步骤I)通过数据采集模块采集现场总线设备的诊断信息，数据采集模块包括OPC客户端和历史记录模块，数据采集模块的OPC客户端通过OPC协议，采集现场总线控制网络OPC服务器上的现场总线设备诊断信息点数据，并通过以太网将采集的数据发送至数据处理模块，并将所采集的数据记录在历史记录模块；2)数据处理模块负责对传入的现场总线设备信息进行处理，数据处理模块包括现场总线设备类型文件生成模块、现场总线设备组态模块、现场总线设备监控管理模块、现场总线设备原始数据实时数据库模块和现场总线设备运算数据实时数据库模块；现场总线设备类型生成模块根据待监控的现场总线设备的类型及其使用方法编写相应的设备类型文件，并导入到设备类型库中，该类型设备状态的判断和故障显示将按照所导入的设备类型文件定义的方式进行；3)在反映现场总线设备的位置关系和运行信息的运行组态图中，操作员根据现场 总线设备的工位信息将其添加在运行组态图中相应的位置，并填写设备的相关信息，将其基本信息、状态信息和诊断信息与现场总线设备相关联；4)在现场总线设备运行过程中，现场总线设备监控管理模块接收数据采集模块发送的组播数据包，一方面通过工程组态文件的组态信息、系统启动时加载的设备类型文件信息和现场总线设备诊断信息点文件，对现场总线诊断数据依据加载的设备类型文件中定义的公式进行运算，并将其结果显示到数据运算模块的界面上；另一方面将接收的原始数据和运算后获得的运算数据，分别更新存储到原始数据实时数据库和运算数据实时数据库中；5)ffeb服务器接收到客户端浏览器访问请求后向现场总线设备Web数据请求处理模块发送数据请求，并定期将Web数据请求处理模块处理请求所返回的文件数据发送给客户端浏览器。所述的步骤I)的现场总线设备诊断信息点的采集，包括以下步骤I)利用以太网将数据采集模块中的OPC客户端与控制网络的OPC服务器连接后，在所连接的OPC服务器中添加OPC组，并在OPC组中添加需要采集的现场总线设备诊断信息点；2)通过导出与导入功能，为每个现场总线设备诊断点添加其所属设备的KKS码，通讯主站的诊断信息点不需要添加KKS码；3)保存OPC客户端中添加的诊断信息点，并生成诊断信息点文件；0PC客户端将数据采集到后，使用组播方式将数据发送到给历史记录模块和现场总线设备监控管理系统的数据处理模块。所述的通过导出与导入功能是将OPC组中所有的现场总线设备诊断信息点导出到CSV文件中，使用Excel打开导出文件，导出文件中每个诊断信息点占一行，第一列为诊断信息点的标签，在第二列中填入与第一列诊断信息点标签相对应的设备的KKS码，保存CSV文件后，使用OPC客户端将编辑后的CSV文件重新导入到原OPC组中；将OPC客户端中的组态保存并生成现场总线设备诊断信息点文件。所述的设备类型文件是根据现场工程中的设备类型，为每一种设备类型制作一个设备类型文件，设备类型文件的生成包括如下步骤I)首先根据待编写的类型设备的相关信息，编写定义设备的所有信息点以及相关信息；根据该类型设备的实际运行反馈信息，使用xml格式定义相关信息点(如测量值信息点、状态信息点、状态信息诊断信息点以及扩展诊断信息点等)，以及信息点的长度、类型信息；2)定义各个信息点的详细信息，根据I)中定义的信息点的顺序，依次详细定义每个信息点的点名、长度、类型信息，对I)中定义的诊断信息点进行拆分，定义详细每个诊断信息点中每一位(一个二进制位bit,—个字节有8位)的名称以及该位在该诊断信息点中的位置信息，并以xml格式表示；3)根据该类型设备定义各个信息点/位所表示的含义，并组合定义设备运行状态项以及其计算公式，定义各个信息点/位所代表的设备运行、状态信息，将状态相似、有关联的组合成一个运行状态项，并根据每种信息状态的代表数值，定义运行状态项的计算公式,并以xml格式表示；4)运行现场总线设备类型生成程序，对xml格式的诊断信息定义进行解析，最终 将中缀表达式的运算公式转换为后缀形式，并保存在设备类型文件中。所述的现场总线设备诊断信息点文件加载是在系统启动时，系统读取诊断信息点文件信息，现场总线设备原始数据实时数据库模块根据这些信息创建、初始化实时数据库，所有诊断信息点以及相关信息以一定格式存储在实时数据库中，原始数据更新、组态诊断信息关联、以及运算时读取原始数据都与该实时数据库有关。所述的现场总线设备类型文件加载是在系统启动时，系统读取设备类型文件，根据文件信息，创建设备类型对象以及相关信息和运算公式，以便组态选定设备类型时读取信息；所述的运算数据实时数据库创建是指在现场总线设备监控程序启动时，根据组态信息、设备关联的信息点创建、初始化运算数据实时数据库，以备运算数据的更新存储以及Web数据请求处理模块的数据读取。所述的步骤3)是通过现场总线设备组态，将设备类型对象与现场总线设备实时数据库中信息点相关联，为现场总线控制监控系统添加设备，为设备设置设备类型，并按照设备类型要求，包括步骤如下I)按照现场工程拓扑图添加控制器和通讯主站，在通讯主站以通讯箱为单位添加新的拓扑图；2)使用组态工具中的图元绘制拓扑图；3)添加通讯主站图元后，为通讯主站图元设置控制器名称、通讯站名称、地址，最后添加诊断信息点；4)在通讯主站下添加网段图元，并为网段设置名称、地址和KKS码；5)选中网段图元，在其下添加现场总线设备图元，同时为现场总线设备监控管理系统添加现场总线设备，添加设备时设置设备名称、设备描述、KKS码、地址、工位、设备类型和反馈值单位属性；当设定了某个设备类型后，其诊断信息点被确定，此时需要从现场总线设备诊断信息点文件中找出KKS码与设备KKS相同的点，并将其依次按照模拟量点、打包点或拆分点三种方式与现场总线设备相关联；6)保存现场总线设备组态，获得拓扑图组态文件和现场总线设备对象组态文件；
7)将组态文件发送到数据采集模块的历史记录程序中，使其能够按照组态中的方式进行运算。所述的数据运算模块还通过设备名称或KKS码查询设备的当前状态或历史状态；或者查询正在处理工作联系单、已处理工作联系单、十天内完成的工作联系单；或者按照时间段查找工作联系单，或者通过检修人员名称查询所有与此检修人员有关的工作联系单；也即所述的数据运算模块除了有运算和统计功能外，还具备查询功能可通过设备名称或KKS码查询设备的当前状态或历史状态，
也可查询正在处理工作联系单、已处理工作联系单、十天内完成的工作联系单，以及按照时间段查找工作联系单，或者通过检修人员名称查询所有与此检修人员有关的工作联系单。所述的现场总线诊断数据进行运算，包括以下步骤I)现场总线设备监控管理模块分别读取现场总线设备类型文件、现场总线诊断信息点文件和现场总线设备组态文件，根据诊断点信息创建动态数据库，初始化现场总线设备对象，通过TCP协议向数据采集模块中的历史记录程序发送同步数据请求，同步动态数据库中的数据和从上一次退出系统开始的所有历史数据，历史数据中包含数据点的历史数据、设备的历史状态和新生成的工作联系单；2)启动接收组播包的线程，开始接收现场总线设备诊断数据，接收到的数据保存至动态数据库，并与上一时刻数据进行比较，若诊断数据发生改变，则通过数据点所在设备的KKS码直接通知设备，使设备在下一次运算周期时重新计算所有的状态；3)启动运算周期，每3秒扫描一次所有现场总线设备，若设备的诊断数据发生改变，则重新运算当前设备所有的状态；4)若在现场总线设备状态运算结束后，发现当前设备有新的故障或维护状态出现，判断当前设备是否处于正在处理故障的状态，如果有故障正在处理，则不生成工作联系单，否则判断当前设备是否已经存在还未处理的工作联系单；如果存在，则将当前故障加入此工作联系单，如果不存在，则为当前设备生成一个新的工作联系单，若运算结束后，发现有故障被消除，则记录曾经的故障状态，并将设备状态恢复正常，只有当设备已被维修，工作联系单已被确认，设备的故障状态才能完全恢复正常；5)每3秒钟将历史数据写入内存缓冲区，每I分钟将之前I分钟之内的数据写入文件，历史数据包括现场总线设备诊断数据点的历史数据和设备状态的历史数据，历史数据保存时，将当前数据与前一时刻的数据进行比较，若发生改变，则将其记录至内存，否则不记录，通过此方法降低历史数据的冗余度；6)统计内存中的数据，并将其显示到数据运算模块的界面中。所述的Web服务器响应客户端浏览器访问请求，包括以下步骤I)客户端浏览器用户通过HTTP协议经过网络登录Web服务器；2)ffeb服务器接收到客户端浏览器的HTTP访问请求，根据登录的用户和请求内容向现场总线设备Web数据请求处理模块发送数据请求；3)现场总线设备Web数据处理模块接收到数据请求后，根据用户和请求信息从现场总线设备运算数据实时数据库读取响应的数据，并根据请求信息将数据按照一定格式写成文件，并在该用户发送新一次数据请求前定期更新这些文件；所述的一定格式为XML文件、PHP文件和JS文件中的一种；4)ffeb服务器读取Web数据请求处理模块写出的文件，将信息通过HTTP协议经过网络发送给访问客户端用户，这个步骤一直持续到客户端发送新的访问请求或客户端浏览器用户退出登录。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果本发明提供的现场总线设备监控管理系统及其方法，利用OPC协议将设备管理系统从DCS系统中脱离出来，不依赖设备的通信协议，采用编写设备类型文件(ET)的方法来实现设备的通用性，组态和添加设备一次性完成，根据工业运行标准通过工作联系单来提高系统的可行性、安全性，建立文档数据库提高办公的快捷性、便利性。
与现有系统相比，本发明具有以下有益的技术效果I)通用平台，适用设备范围广。本发明不要求设备必须提供相关信息文件，可以根据设备的使用说明和使用方式编写设备类型文件(ET)并加载入系统，从而针对任何现场总线设备都可以通过编写设备类型文件而纳入到本发明的监控范围。2)扩展性高，安装简单易行。由于本发明是从现有的DCS系统通过OPC协议获得设备信息点数据，所以不会涉及与设备接线的问题，安装简单、方便、快捷，且不会更改、影响已有的DCS系统相关接线以及结构。3)与DCS系统耦合性低，安全性高。本发明独立于DCS系统之外，与DCS系统的耦合性低，与任何DCS都可以配合使用，且本发明的任何操作运行都不会影响到DCS的正常运行，因此安全性高。4) “轻量级”设备管理系统。本发明专注于现场总线设备的监控，不加入任何其他影响到DCS系统的功能，功能上与其他控制系统不重复、不冲突，以机组为单位进行监控管理。5)工作票机制更符合工业生产规范。本发明充分结合火电企业的日常操作规章制度，开发了一套符合生产规范、并易于操作的工作票处理机制。工作票机制保证了现场对设备和系统的任何改动、操作等都有据可循，这样既保证了工作的安全性也使得该工作在事后可以进行复查和审核。


图I是设备管理方法的网络架构图。图2是数据在整个处理过程的流程图。图3是每个周期数据刷新的流程图。图4是工作票生成的流程图。
具体实施例方式下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。参见图I、图2，为了便于描述，首先给出本发明所需要用到的模块一种现场总线设备监控管理方法，是基于通过以太网相连接的数据采集模块和数据处理模块；数据采集模块，包括OPC客户端和历史记录模块，与OPC服务器相连接的OPC客户端采集现场总线设备的诊断信息，OPC客户端还将采集的数据通过以太网发送到数据处理模块；历史记录模块保留一段时间内的采集数据；具体的OPC客户端通过以太网连接控制网络的OPC服务器，然后在数据采集模块中通过OPC客户端连接到OPC服务器上，创建OPC组，并在OPC组中添加需要采集的现场总线设备诊断信息点；通过导出与导入功能，为每个现场总线设备诊断点添加其所属设备的KKS码，通讯主站的诊断信息点不需要添加KKS码；保存OPC客户端中添加的诊断信息点，并生成诊断信息点文件(.osd文件)，将诊断信息点文件(.osd文件)发送至数据处理模块和历史记录程序中，使其获得控制网络中的 现场总线设备诊断信息。具体的OPC客户端将数据采集到后，使用组播方式将数据发送到数据处理模块，同时数据采集模块将记录8小时的采集数据。数据处理模块，包括现场总线设备类型文件生成模块、现场总线设备组态模块、现场总线设备监控管理模块、现场总线设备原始数据实时数据库模块和现场总线设备运算数据实时数据库模块；现场总线设备类型文件生成模块，根据现场总线设备的类型及其使用方法生成该设备对应的设备类型文件，设备类型文件为设备组态和设备监控管理提供格式和算法，该文件在系统启动时被现场总线设备组态模块加载；所述的设备类型文件包括设备类型所需的诊断信息点模式定义，及诊断信息状态算法定义；现场总线设备组态模块，生成反映现场总线设备的位置关系和运行信息的运行拓扑图，根据现场总线设备的工位信息将其添加在运行组态图中相应的位置，并根据系统启动时加载的设备类型文件将其基本信息、状态信息和诊断信息与现场总线设备相关联；现场总线设备监控管理模块，接收OPC客户端所采集的现场总线设备的诊断数据，将诊断数据值实时更新到现场总线设备原始数据实时数据库模块中，同时根据现场总线设备类型文件和现场总线设备类型文件对应的算法对现场总线诊断数据进行周期性的运算，依据运算结果实时刷新该模块监视界面上信息，并将其运算结果实时更新保存到现场总线设备运算数据实时数据库模块；现场总线设备原始数据实时数据库模块，接收现场总线设备监控管理模块的原始信息点数据，存储到原始数据实时数据库的对应位置，并定时周期性将所有原始数据实时数据库中的数据存储到原始数据历史文件中；现场总线设备运算数据实时数据库模块，接收现场总线设备监控管理模块运算后的数据，存储到运算数据实时数据库的对应位置，定时周期性将所有运算数据实时数据库中的数据存储到运算数据历史文件中。还包括Web服务器模块和现场总线设备Web数据请求处理模块；Web服务器模块，响应管理系统客户端浏览器访问请求，根据访问请求向数据处理模块发送数据请求；
现场总线设备Web数据请求处理模块，接收Web服务器模块的数据请求，根据请求数据的类型从现场总线设备运算数据实时数据库模块中读取相应的数据，并将数据按照Web服务器模块的请求写成相应格式的文件；Web服务器模块实时周期性读取现场总线设备Web数据请求处理模块根据请求写的数据文件，将数据信息发送给管理系统客户端浏览器。具体的设备类型文件中定义了每种现场总线设备诊断信息的拆分方法和计算公式；生成过程如下(I)定义设备类型所需的诊断信息点；(2)根据现场总线设备诊断信息的定义，使用xml格式定义每个诊断信息点的解位拆分方法，将现场总线设备诊断信息点中的每一位拆出；
(3)根据现场工程需要，对拆分后的每一位进行重新组合和运算，并以xml格式写出运算公式；(4)使用现场总线设备类型生成程序对xml格式的数据定义进行解析，并最终生成设备类型文件。现场总线设备组态模块生成反映现场总线设备的位置关系和运行信息的运行组态图，根据现场总线设备的工位信息将其添加在运行组态图中相应的位置，并同时将其基本信息、状态信息和诊断信息与现场总线设备相关联；这样通过现场总线设备组态，将设备类型文件(.et文件)与现场总线设备诊断点文件(OPCData. osd文件)相结合，即为现场总线控制监控系统添加设备，为设备设置设备类型，并安装设备类型要求，从现场总线设备诊断点文件中查找相对应的诊断信息点，使其关联到设备中。所述的组态如下(I)按照现场工程拓扑图添加控制器和通讯主站，在通讯主站以通讯箱为单位添加新的拓扑图；(2)使用组态工具中的图元绘制拓扑图；(3)添加通讯主站图元后，为通讯主站图元设置控制器名称、通讯站名称、地址，最后添加诊断信息点；(4)在通讯主站下添加网段图元，并为网段设置名称、地址和KKS码；(5)选中网段图元，在其下添加现场总线设备图元，同时为现场总线设备监控管理系统添加现场总线设备，添加设备时设置设备名称、设备描述、KKS码、地址、工位、设备类型和反馈值单位等属性，在选定设备类型时，从现场总线设备类型文件Cet文件)中获得此类型设备的诊断信息点定义和运算公式，最后将所添加的设备与控制网络中的现场总线诊断点相关，组态结束后将组态工程保存至文件。现场总线设备监控管理模块接收OPC客户端所采集的现场总线设备的诊断信息，读取现场总线设备类型文件和现场总线设备组态文件对现场总线诊断数据进行运算，并将其结果显示到数据运算模块的界面上。如果有设备出现了新的故障或者需要维护，则自动生成工作联系单，此时故障被记录，并且如果故障消除也不能恢复到正常状态，只有当现场故障被处理，并且确认了工作联系单后，才能彻底消除此设备的故障状态。
现场总线设备监控管理模块还统计现场总线设备，其中包含设备分类统计、故障设备统计和维护设备统计。下面给出具体的监控方法一种现场总线设备的监控管理方法，包括以下步骤I)数据采集模块采集现场总线设备诊断数据(I)使用以太网将数据采集模块与控制网络的OPC服务器进行连接；(2)在现场总线设备监控管理系统的数据采集模块中打开OPC客户端，并连接控制网络的OPC服务器，在所连接的OPC服务器中添加OPC组，同时可设置OPC组的死区和扫描周期，最后在指定的OPC组下添加需要采集的现场总线设备诊断信息点；(3)将OPC组中所有的现场总线设备诊断信息点导出到CSV文件中，使用Excel打开导出文件，导出文件中每个诊断信息点占一行，第一列为诊断信息点的标签，在第二列中填入与第一列诊断信息点标签相对应的设备的KKS码，保存CSV文件后，使用OPC客户端将编辑后的CSV文件重新导入到原OPC组中；(4)将OPC客户端中的组态保存至ocf”文件，同时将生成现场总线设备诊断信息点文件(OPCData. osd文件)，将此文件分别发送给历史记录程序、现场总线设备组态程序和现场总线设备监控管理程序；(5) OPC客户端开始以组播方式发送从控制网络OPC服务器上接收到的现场总线设备诊断信息点数据。步骤2 :制作设备类型文件，根据现场工程中的设备类型，为每一种设备类型制作一个设备类型文件(.et文件)，具体步骤如下(I)根据控制网络中对诊断信息的定义，设备类型对诊断字节的定义和现场对诊断信息的需求，使用xml格式定义需要进行运算的诊断信息点；(2)根据现场总线设备类型中诊断字节的定义，对(I)中定义的诊断信息点进行拆分，为拆分出的每一位进行命名，并将定义和命名以xml格式表示；(3)根据现场工程的要求，对(2)中拆分出的每一位诊断信息进行重新组合，按照程序要求定义其运算公式,并以xml格式表示；(4)运行现场总线设备类型生成程序，对xml格式的诊断信息定义进行解析，最终将中缀表达式的运算公式转换为后缀形式，并保存在设备类型文件(.et文件)中。步骤3 :现场总线设备的组态，为现场总线控制监控系统添加设备，为设备设置设备类型，并安装设备类型要求，从现场总线设备诊断点文件中查找相对应的诊断信息点，使其关联到设备中，具体步骤如下(I)在数据运算模块中打开现场总线设备组态程序，按照现场工程拓扑图添加控制器和通讯主站，在通讯主站以通讯箱为单位添加新的拓扑图；(2)使用组态工具中的图元绘制拓扑图；(3)添加通讯主站图元后，为通讯主站图元设置控制器名称、通讯站名称、地址，最后添加诊断信息点；(4)添加网段图元，并未网段设置名称、地址和KKS码；(5)选中网段图元，在其下添加现场总线设备图元，同时为现场总线设备监控管理系统添加现场总线设备，添加设备时，需设置设备名称、设备描述、KKS码、地址、工位、设备类型、反馈值单位等属性，当设定了某个设备类型后，其诊断信息点被确定，此时需要从现场总线设备诊断信息点文件中找出KKS码与设备KKS相同的点，并将其依次按照模拟量点、打包点或拆分点三种方式与现场总线设备相关联；(6)保存现场总线设备组态，获得拓扑图组态文件(.grp文件)和现场总线设备对象组态文件(EquipmentObject. dat 文件)；(7)将组态文件发送到数据采集模块的历史记录程序中，使其能够按照组态中的方式进行运算。步骤4 :现场总线设备诊断数据的运算，数据运算模块接收数据采集模块的组播数据包，通过工程组态文件的组态信息、设备类型文 件和现场总线设备诊断信息点文件，对现场总线诊断数据进行运算，并将其结果显示到数据运算模块的界面上，具体运算方法如下(I)启动现场总线设备监控管理系统运算模块，分别读取现场总线设备类型文件(· et文件)、现场总线诊断信息点文件(0P⑶ata. osd文件)和现场总线设备组态文件(EquipmentObject. dat文件),根据诊断点信息创建动态数据库，初始化现场总线设备对象，通过TCP协议向数据采集模块中的历史记录程序发送同步数据请求，同步动态数据库中的数据和从上一次退出系统开始的所有历史数据，若上一次退出系统在8小时前，则只能同步8小时数据，历史数据中包含数据点的历史数据、设备的历史状态和新生成的工作联系单，8小时机制防止管理端意外退出后数据信息丢失，同步后保证数据一致；(2)启动接收组播包的线程，开始接收现场总线设备诊断数据，接收到的数据保存至原始数据实时数据库，并与上一时刻数据进行比较，若诊断数据发生改变，则通过数据点所在设备的KKS码直接通知设备，使设备在下一次运算周期时重新计算所有的状态，若诊断数据未发生改变则不用计算；(3)启动运算周期，每3秒扫描一次所有现场总线设备，流程如图3所示，若设备的诊断数据发生改变，则重新运算当前设备所有的状态；所述的运算周期的流程为开始一个运算周期，首先判定是否还有未遍历的设备，如果没有则获得下一个设备对象，当前设备的诊断信息是否发生改变，如果发生改变，计算设备中的所有状态，并判定是否有新的故障或维护状态，如果有则将设备设置为故障状态，然后根据此设备是否正在维修或维护，如果没有再根据此设备是否已经存在未处理的工作联系单，如果没有则创建工作联系单，如果有则将故障信息加入已有的工作联系单。(4)参见图4，若在现场总线设备状态运算结束后，发现当前设备有新的故障或维护状态出现，判断当前设备是否处于正在处理故障的状态，如果有故障正在处理，则不生成工作票(也称工作联系单)，否则判断当前设备是否已经存在还未处理的工作联系单，如果存在，则将当前故障加入此工作联系单，如果不存在，则为当前设备生成一个新的工作联系单；若运算结束后，发现有故障被消除，则记录曾经的故障状态，并将设备状态恢复正常，只有当设备已被维修，工作联系单已被确认，设备的故障状态才能完全恢复正常；(5)每3秒钟将历史数据写入内存缓冲区，每I分钟将之前I分钟之内的数据写入文件，历史数据包括现场总线设备诊断数据点的原始历史数据和设备状态的运算历史数据，历史数据保存时，将当前数据与前一时刻的数据进行比较，若发生改变，则将其记录至内存，否则不记录，通过此方法降低历史数据的冗余度，历史数据可以用来查询设备的历史状态等信息；(6)统计内存中的数据，并将其显示到数据运算模块的界面中；(7)数据运算模块除了有运算和统计功能外，还具备查询功能，可通过设备名称或KKS码查询设备的当前状态或历史状态，也可查询正在处理工作联系单、 已处理工作联系单、十天内完成的工作联系单，以及按照时间段查找工作联系单，或者通过检修人员名称查询所有与此检修人员有关的工作联系单。
权利要求
1.一种现场总线设备的监控管理方法，其特征在于，包括以下步骤 1)通过数据采集模块采集现场总线设备的诊断信息，数据采集模块包括OPC客户端和历史记录模块， 数据采集模块的OPC客户端通过OPC协议，采集现场总线控制网络OPC服务器上的现场总线设备诊断信息点数据，并通过以太网将采集的数据发送至数据处理模块，并将所采集的数据记录在历史记录模块； 2)数据处理模块负责对传入的现场总线设备信息进行处理，数据处理模块包括现场总线设备类型文件生成模块、现场总线设备组态模块、现场总线设备监控管理模块、现场总线设备原始数据实时数据库模块和现场总线设备运算数据实时数据库模块； 现场总线设备类型生成模块根据待监控的现场总线设备的类型及其使用方法编写相应的设备类型文件，并导入到设备类型库中，该类型设备状态的判断和故障显示将按照所导入的设备类型文件定义的方式进行； 3)在反映现场总线设备的位置关系和运行信息的运行组态图中，操作员根据现场总线设备的工位信息将其添加在运行组态图中相应的位置，并填写设备的相关信息，将其基本信息、状态信息和诊断信息与现场总线设备相关联； 4)在现场总线设备运行过程中，现场总线设备监控管理模块接收数据采集模块发送的组播数据包，一方面通过工程组态文件的组态信息、系统启动时加载的设备类型文件信息和现场总线设备诊断信息点文件，对现场总线诊断数据依据加载的设备类型文件中定义的公式进行运算，并将其结果显示到数据运算模块的界面上；另一方面将接收的原始数据和运算后获得的运算数据，分别更新存储到原始数据实时数据库和运算数据实时数据库中； 5)ffeb服务器接收到客户端浏览器访问请求后向现场总线设备Web数据请求处理模块发送数据请求，并定期将Web数据请求处理模块处理请求所返回的文件数据发送给客户端浏览器。
2.如权利要求I所述的现场总线设备的监控管理方法，其特征在于，所述的步骤I)的现场总线设备诊断信息点的采集，包括以下步骤 1)利用以太网将数据采集模块中的OPC客户端与控制网络的OPC服务器连接后，在所连接的OPC服务器中添加OPC组，并在OPC组中添加需要采集的现场总线设备诊断信息点； 2)通过导出与导入功能，为每个现场总线设备诊断点添加其所属设备的KKS码，通讯主站的诊断信息点不需要添加KKS码； 3)保存OPC客户端中添加的诊断信息点，并生成诊断信息点文件；0PC客户端将数据采集到后，使用组播方式将数据发送到给历史记录模块和现场总线设备监控管理系统的数据处理模块。
3.如权利要求2所述的现场总线设备的监控管理方法，其特征在于，所述的通过导出与导入功能是将OPC组中所有的现场总线设备诊断信息点导出到CSV文件中，使用Excel打开导出文件，导出文件中每个诊断信息点占一行，第一列为诊断信息点的标签，在第二列中填入与第一列诊断信息点标签相对应的设备的KKS码，保存CSV文件后，使用OPC客户端将编辑后的CSV文件重新导入到原OPC组中；将OPC客户端中的组态保存并生成现场总线设备诊断信息点文件。
4.如权利要求I所述的现场总线设备的监控管理方法，其特征在于，所述的设备类型文件是根据现场工程中的设备类型，为每一种设备类型制作一个设备类型文件，设备类型文件的生成包括如下步骤 1)首先根据待编写的类型设备的相关信息，编写定义设备的所有信息点以及相关信息；根据该类型设备的实际运行反馈信息，使用Xml格式定义相关信息点，以及信息点的长度、类型信息； 2)定义各个信息点的详细信息，根据I)中定义的信息点的顺序，依次详细定义每个信息点的点名、长度、类型信息，对I)中定义的诊断信息点进行拆分，定义详细每个诊断信息点中每一位的名称以及该位在该诊断信息点中的位置信息，并以xml格式表示； 3)根据该类型设备定义各个信息点/位所表示的含义，并组合定义设备运行状态项以及其计算公式，定义各个信息点/位所代表的设备运行、状态信息，将状态相似、有关联的组合成一个运行状态项，并根据每种信息状态的代表数值，定义运行状态项的计算公式，并以xml格式表示； 4)运行现场总线设备类型生成程序，对xml格式的诊断信息定义进行解析，最终将中缀表达式的运算公式转换为后缀形式，并保存在设备类型文件中。
5.如权利要求I所述的现场总线设备的监控管理方法，其特征在于，所述的现场总线设备诊断信息点文件加载是在系统启动时，系统读取诊断信息点文件信息，现场总线设备原始数据实时数据库模块根据这些信息创建、初始化实时数据库，所有诊断信息点以及相关信息以一定格式存储在实时数据库中，原始数据更新、组态诊断信息关联、以及运算时读取原始数据都与该实时数据库有关。
6.如权利要求I所述的现场总线设备的监控管理方法，其特征在于，所述的现场总线设备类型文件加载是在系统启动时，系统读取设备类型文件，根据文件信息，创建设备类型对象以及相关信息和运算公式，以便组态选定设备类型时读取信息； 所述的运算数据实时数据库创建是指在现场总线设备监控程序启动时，根据组态信息、设备关联的信息点创建、初始化运算数据实时数据库，以备运算数据的更新存储以及Web数据请求处理模块的数据读取。
7.如权利要求I所述的现场总线设备的监控管理方法，其特征在于，所述的步骤3)是通过现场总线设备组态，将设备类型对象与现场总线设备实时数据库中信息点相关联，为现场总线控制监控系统添加设备，为设备设置设备类型，并按照设备类型要求，包括步骤如下 1)按照现场工程拓扑图添加控制器和通讯主站，在通讯主站以通讯箱为单位添加新的拓扑图； 2)使用组态工具中的图元绘制拓扑图； 3)添加通讯主站图元后，为通讯主站图元设置控制器名称、通讯站名称、地址，最后添加诊断信息点； 4)在通讯主站下添加网段图元，并为网段设置名称、地址和KKS码； 5)选中网段图元，在其下添加现场总线设备图元，同时为现场总线设备监控管理系统添加现场总线设备，添加设备时设置设备名称、设备描述、KKS码、地址、工位、设备类型和反馈值单位属性； 当设定了某个设备类型后，其诊断信息点被确定，此时需要从现场总线设备诊断信息点文件中找出KKS码与设备KKS相同的点，并将其依次按照模拟量点、打包点或拆分点三种方式与现场总线设备相关联； 6)保存现场总线设备组态，获得拓扑图组态文件和现场总线设备对象组态文件； 7)将组态文件发送到数据采集模块的历史记录程序中，使其能够按照组态中的方式进行运算。
8.如权利要求I所述的现场总线设备的监控管理方法，其特征在于，所述的数据运算模块还通过设备名称或KKS码查询设备的当前状态或历史状态； 或者查询正在处理工作联系单、已处理工作联系单、十天内完成的工作联系单； 或者按照时间段查找工作联系单，或者通过检修人员名称查询所有与此检修人员有关的工作联系单。
9.如权利要求I所述的现场总线设备的监控管理方法，其特征在于，所述的现场总线诊断数据进行运算，包括以下步骤 1)现场总线设备监控管理模块分别读取现场总线设备类型文件、现场总线诊断信息点文件和现场总线设备组态文件，根据诊断信息点文件创建动态数据库，初始化现场总线设备对象，通过TCP协议向数据采集模块中的历史记录程序发送同步数据请求，同步动态数据库中的数据和从上一次退出系统开始的所有历史数据，历史数据中包含数据点的历史数据、设备的历史状态和新生成的工作联系单； 2)启动接收组播包的线程，开始接收现场总线设备诊断数据，接收到的数据保存至动态数据库，并与上一时刻数据进行比较，若诊断数据发生改变，则通过数据点所在设备的KKS码直接通知设备，使设备在下一次运算周期时重新计算所有的状态； 3)启动运算周期，每3秒扫描一次所有现场总线设备，若设备的诊断数据发生改变，则重新运算当前设备所有的状态； 4)若在现场总线设备状态运算结束后，发现当前设备有新的故障或维护状态出现，判断当前设备是否处于正在处理故障的状态，如果有故障正在处理，则不生成工作联系单，否则判断当前设备是否已经存在还未处理的工作联系单；如果存在，则将当前故障加入此工作联系单，如果不存在，则为当前设备生成一个新的工作联系单，若运算结束后，发现有故障被消除，则记录曾经的故障状态，并将设备状态恢复正常，只有当设备已被维修，工作联系单已被确认，设备的故障状态才能完全恢复正常； 5)每3秒钟将历史数据写入内存缓冲区，每I分钟将之前I分钟之内的数据写入文件，历史数据包括现场总线设备诊断数据点的历史数据和设备状态的历史数据，历史数据保存时，将当前数据与前一时刻的数据进行比较，若发生改变，则将其记录至内存，否则不记录，通过此方法降低历史数据的冗余度，历史数据包括原始数据和运算数据，分别对应原始数据实时数据库和运算数据实时数据库中的数据，分别存档到原始数据文件和运算数据文件中； 6)统计内存中的数据，并将其显示到数据运算模块的界面中。
10.如权利要求I所述的现场总线设备的监控管理方法，其特征在于，所述的Web服务器响应客户端浏览器访问请求，包括以下步骤 1)客户端浏览器用户通过HTTP协议经过网络登录Web服务器； 2)ffeb服务器接收到客户端浏览器的HTTP访问请求，根据登录的用户和请求内容向现场总线设备Web数据请求处理模块发送数据请求； 3)现场总线设备Web数据处理模块接收到数据请求后，根据用户和请求信息从现场总线设备运算数据实时数据库读取响应的数据，并根据请求信息将数据按照一定格式写成文件，并在该用户发送新一次数据请求前定期更新这些文件； 所 述的一定格式为XML文件、PHP文件和JS文件中的一种； 4)ffeb服务器读取Web数据请求处理模块写出的文件，将信息通过HTTP协议经过网络发送给访问客户端用户，这个步骤一直持续到客户端发送新的访问请求或客户端浏览器用户退出登录。
全文摘要
本发明公开了一种现场总线设备监控管理方法，通过数据采集模块采集现场总线设备的诊断信息，数据采集模块包括OPC客户端和历史记录模块，数据处理模块负责对传入的现场总线设备信息进行处理，数据处理模块包括现场总线设备类型文件生成模块、现场总线设备组态模块、现场总线设备监控管理模块、现场总线设备原始数据实时数据库模块和现场总线设备运算数据实时数据库模块。本发明利用OPC协议将设备管理系统从DCS系统中脱离出来，不依赖设备的通信协议，采用编写设备类型文件的方法来实现设备的通用性，组态和添加设备一次性完成，根据工业运行标准通过工作联系单来提高系统的可行性、安全性，建立文档数据库提高办公的快捷性。
文档编号H04L12/24GK102882724SQ20121037181
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者王春利, 高龙军, 胡博, 高少华, 丁伟, 陈臣, 高海东, 李昱 申请人:西安热工研究院有限公司