一种可配置物联网数据采集系统及配置方法与流程

本发明涉及一种物联网
技术领域：
尤其涉及一种可配置物联网数据采集系统及配置方法。
背景技术：
：物联网，英文名是internetofthings，缩写是iot，是信息科技产业的第三次革命。物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。数据采集是物联网的重要功能之一，传统的数据采集系统一般由系统厂家来进行实施，而且大多数系统实施完毕后不支持采集配置功能，即使支持配置功能也需要专业的工程师来完成配置工作，而且配置工作比较复杂，导致系统的使用者无法对系统进行及时的运维，而对于采集点经常发生变化、新增或移除的系统，不可配置或配置繁琐对于系统使用来说是无法接受的。一个物联网数据采集系统，接入的方式可以是现场总线、工业以太网等，而且接入的设备种类是各式各样的，数据采集设备的采集点表也是各有不同，监控对象与数据采集设备的对应关系也比较复杂，一个监控对象除了使用属于自己的数据采集设备外还有可能借助其他采集通道的数据采集设备进行数据采集，或者多个监控对象可能共用一个或多个数据采集设备进行数据采集，所以监控对象与数据采集设备就有一对一、一对多、多对一、多对多等多种对应关系，因此对系统的采集灵活性要求较高。一般的数据采集系统的数据是以设备为基础构建的，而且由于上述的问题存在，系统中的数据很难形成标准，就会使得在数据存储、数据应用等方面数据是凌乱的，使系统的使用和运维出现严重的问题。技术实现要素：由于接入的设备种类是各式各样的，数据采集设备的采集点表也是各有不同，监控对象与数据采集设备的对应关系也比较复杂，系统中的数据很难形成标准，就会使得在数据存储、数据应用等方面数据是凌乱的，使系统的使用和运维出现严重的问题，本发明公开了一种应用于系统配置子模块的配置方法，包括以下步骤：s1：根据监控对象的不同，采集其属性信息，对监控对象的属性变量进行分类，归纳属性变量模板，配置监控对象属性变量与属性变量模板；所述属性变量参数包括变量名、变量类型、变量分组、值类型、功能码、数据地址和字节长度；s2：根据现场数据采集情况，对监控对象变量进行配置；所述监控对象变量参数包括监控对象编号、变量模板、数据采集设备地址和采集通道序号；s3：根据监控对象变量的不同采集属性，对选择的数据采集设备变量与采集通道变量进行配置；所述数据采集设备变量参数包括设备地址、超时时间、重发次数和采集通道序号；所述采集通道变量参数包括通讯协议、通道序号、端口信息、通讯帧和通讯间隔；s4：根据采集通道向数据采集设备发送的寻求的通讯寻求指令，对通讯帧变量进行分类，归纳通讯帧模板，进行通讯帧变量与通讯帧模板配置；所述通讯帧变量参数包括数据采集设备地址、功能码、数据起始地址和数据长度；s5：设定监控对象属性的上报警预警值，配置报警预警信息变量；所述报警预警信息变量参数包括报警类型、报警值、报警信息和报警等级。所述报警类型分为模拟量包越上限报警、模拟量越下限报警、模拟量越上限预警、模拟量越下限预警、信号量故障报警和信号量变位报警。s6：根据现场配置对监控对象与数据采集设备进行关联。进一步地，一种可配置的物联网数据采集系统，包括：数据采集模块、系统软件模块和应用软件模块；所述数据采集模块将采集监控对象的属性信息通过采集通道传递给所述系统软件模块；所述系统软件模块将接收到属性信息进行数据存储和处理后再传递给所述应用软件模块。进一步地：所述系统软件模块包括数据传输子模块、实时库子模块、关系库子模块、报警预警信息子模块、系统配置子模块和数据接口子模块；在所述系统配置子模块里进行数据配置时，配置数据存储在所述关系库子模块中；所述数据传输子模块接收所述数据采集模块传送的属性信息，将接收到的实时数据存储到所述实时库子模块中、历史数据存储在所述关系库子模块中；实时数据存储功能采用散列hashes来实现，历史数据以变量分组的形式按配置间隔存储；所述报警预警信息子模块将数据传输子模块传输的属性信息与通过所述配置子模块设定的监控对象属性的上限阈值和下限阈值进行比较，触发报警预警条件时，属性信息存储到所述实时库子模块中，报警记录存储到所述关系库子模块中；所述数据接口模块将接收所述数据传输子模块输送的属性信息通过webservice技术传递给所述应用软件模块。进一步地：所述系统软件模块还包括远程操控子模块，所述远程操控子模块，通过调用数据传输子模块的遥控遥调接口经采集通道向所述数据采集模块的模拟量和信号量进行远程操作。进一步地：所述系统软件模块还包括系统日志子模块，所述系统日志子模块用于存储系统配置子模块的配置日志、数据传输子模块的传输日志、报警预警信息子模块的报警预警日志、远程操控子模块的远程操控日志以及数据接口子模块的数据接口日志。由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种物联网数据配置方法及数据采集系统，对于系统的构建是可配置的，支持监控对象、数据采集设备等信息的修改、新增、删除等操作，通过使用变量模板和通讯帧模板，使得系统搭建迅速，系统资源可重复利用率高，提升了系统性能和使用便捷性，监控对象与数据采集设备可以通过一对一、一对多、多对一的方式进行数据关联，充分保证了监控对象数据采集处理的灵活性，满足物联网数据采集及应用需要，使用监控对象为基础对系统进行构建，系统的数据存储、报警预警、远程操控、数据接口等功能数据的组织都以监控对象为基础，实时库中采用散列方式存储数据，关系库中通过变量分组的形式来存储数据，使得数据存储和应用标准高效，方便系统内部和第三方应用对数据的应用。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明系统模块图；图2为实施例系统模块图。图中：100、数据采集模块，200、系统软件模块，300、应用软件模块，201、数据传输子模块，202、实时库子模块、203、关系库子模块，204、报警预警信息子模块，205、系统配置子模块，206、数据接口子模块，207、远程操控子模块，208、系统日志子模块；具体实施方式为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：一种可配置的物联网数据采集系统，如图1所示，现以一个油田物联网数据采集系统的局部进行阐述，图2为实施例系统模块图，该可配置的物联网数据采集系统包括：数据采集模块100、系统软件模块200和应用软件模块300；所述数据采集模块100采集监控对象的属性信息通过采集通道传递给所述系统软件模块200；所述系统软件模块200将接收到属性信息进行数据存储和处理后再传递给所述应用软件模块300。所述应用软件模块300，包括web应用和手机app应用。所述系统软件模块200与所述应用软件模块300之间设有防火墙。采集通道是数据采集模块100与系统软件模块200之间的通讯链路，对应于物联网网关、plc或rtu等，每一个采集通道可以挂载一个或多个数据采集设备。所述数据采集模块由多个数据采集设备构成；所述系统软件模块200包括数据传输子模块201、实时库子模块202、关系库子模块203、报警预警信息子模块204、系统配置子模块205和数据接口子模块206；在所述系统配置子模块205里进行数据配置时，配置数据存储在所述关系库子模块203中；所述数据传输子模块201接收所述数据采集模块100传送的属性信息，将接收到的实时数据存储到所述实时库子模块202中、历史数据存储在所述关系库子模块203中；所述报警预警信息子模块204将数据传输子模块201传输的属性信息与通过所述配置子模块205设定的监控对象属性的上限阈值和下限阈值进行比较，触发报警预警条件时，属性信息存储到实时库子模块202中，报警记录存储到关系库子模块203中；所述数据接口模块206将接收所述数据传输子模块201输送的属性信息传递给应用软件模块300，通过webservice技术来实现，通过传入监控对象编号和变量名即可获取实时数据。进一步地，所述系统软件模块200还包括远程操控子模块207，所述远程操控子模块207通过调用数据传输子模块201的遥控遥调接口经采集通道向所述数据采集模块100的模拟量和信号量进行远程操作；进一步地，所述系统软件模块200还包括系统日志子模块208，所述系统日志子模块208用于存储系统配置子模块205的配置日志、数据传输子模块201的传输日志、报警预警信息子模块204的报警预警日志、远程操控子模块207的远程操控日志以及数据接口子模块206的数据接口日志。进一步地，关系库子模块203支持的关系型数据库有mysql、oracle、postgresql和microsoftsqlserver。历史数据以变量分组的形式按配置间隔存储，每一个变量分组为一张数据表，数据表的字段包括监控对象编号、数据时间、变量名，其中变量分组的每一个变量为一个字段，监控对象编号和数据时间为表的联合主键，存储监控对象的最新实时数据和报警预警消息推送服务，通过redis来实现。实时数据存储功能采用散列hashes来实现，hashes的key为监控对象的编号、field为监控对象的变量名、value为变量值；报警预警消息推送服务采用redis的发布/订阅功能来实现。系统软件模块200中实时库子模块202用于存储最新的实时数据和报警预警消息推送服务。例如通过“hmgetyj1wd”即可获取1#油井的温度实时值，报警预警子模块204配置的信息进行解析，发生报警预警时将报警预警信息发布到redis，订阅redis的应用即可收到报警预警信息。该实施例的系统软件模块200的关系库子模块203采用mysql数据库来实现，用于存储配置信息和监控对象的历史数据，本实施例的三个变量分组：变量分组1、变量分组2、变量分组3会建立三个历史数据表用于存储相应变量的历史数据，三个变量分组的存储间隔均配置为1分钟。该油田物联网数据采集系统的监控对象包括3个油井：1#油井、2#油井、3#油井和2个计量站,分别是1#计量站和2#计量站组成，数据采集模块100由3个温度传感器、3个压力传感器、2个电表组成，采集通道由3个rtu(通讯协议为iec104、通讯端口为2404)和2个plc(通讯协议为modbustcp、通讯端口为502)组成，5个采集通道与系统软件模块200以工业以太网的方式进行通讯，ip为192.168.1.11～15。该实施例各监控对象、数据采集设备、采集通道的关系为：1#油井、2#油井、3#油井分别通过温度传感器和压力传感器采集温度和压力数据，相应的温度传感器和压力传感器对应于1#rtu、2#rtu、3#rtu；1#计量站、2#计量站分别通过电表采集a相电流、b相电流、c相电流数据，相应的电表对应于1#plc、2#plc；同时3#油井也需要采集有功功率、无功功率数据，考虑项目成本和实际施工，3#油井的有功功率、无功功率数据通过2#计量站的电表进行数据采集。该实施例系统配置子模块的配置方法，包括以下步骤：s1：根据1#油井、2#油井、3#油井、1#计量站和2#计量站的不同采集其属性信息即：1#油井、2#油井、3#油井分别通过温度传感器和压力传感器采集温度和压力数据，相应的温度传感器和压力传感器对应于1#rtu、2#rtu、3#rtu；1#计量站、2#计量站分别通过电表采集a相电流、b相电流、c相电流数据，相应的电表对应于1#plc、2#plc；同时3#油井也需要采集有功功率、无功功率数据，对监控对象的属性变量进行分类，归纳属性变量模板，配置监控对象属性变量与属性变量模板；所述属性变量参数包括变量名、变量类型、变量分组、值类型、功能码、数据地址和字节长度；所描述的变量类型包括遥测、遥信、遥调、遥控、遥脉。所描述的变量分组可以将一个变量模板的变量再进行详细分组，而且系统的历史数据存储是以变量分组为基础建立多个数据表来进行定时存储的。所描述的值类型是指变量值的解析类型，包括布尔型、整型、浮点型。所描述的功能码是指变量在特定通讯协议下代表的特定功能代码。所描述的数据地址是指变量对应数据采集设备采集点地址。所描述的字节长度是指变量占用字节流的长度。变量模板是一组相关变量的集合，可被监控对象重复利用，具有相同变量的监控对象可关联配置到同一变量模板。该实施例的属性变量参数如表1所示：表1s2：根据现场数据采集情况，对监控对象变量进行配置；所述监控对象变量参数包括监控对象编号、变量模板、数据采集设备地址和采集通道序号；监控对象编号是监控对象在系统中的标识，具有唯一性。变量模板名是监控对象所关联的变量模板的名字，被关联的变量模板中的变量定义了该监控对象的变量信息。数据采集设备地址是与监控对象关联的数据采集设备的地址。该实施例的监控对象变量参数如表2所示：监控对象监控对象编号变量模板数据采集设备地址采集通道序号1#油井yj1变量模板a1,212#油井yj2变量模板a1,223#油井yj3变量模板c1,2；13,41#计量站jlz1变量模板b142#计量站jlz2变量模板b15表2s3：根据监控对象变量的不同采集属性，对选择的数据采集设备变量与采集通道变量进行配置；所述数据采集设备变量参数包括设备地址、超时时间、重发次数和采集通道序号；所述采集通道变量参数包括通讯协议、通道序号、端口信息、通讯帧和通讯间隔；通讯协议包括modbusrtu通讯协议、modbustcp通讯协议、iec104通讯协议和opc通讯协议，通讯间隔是采集通道通讯帧的整体轮询时间间隔。该实施例的数据采集设备变量参数如表3所示：数据采集设备设备地址采集通道序号超时时间重发次数1#温度传感器11521#压力传感器21522#温度传感器12522#压力传感器22523#温度传感器13523#压力传感器23521#电表14522#电表1552表3该系统的采集通道变量参数如表4所示：采集通道通讯协议端口信息通道序号通讯帧通讯间隔1#rtuiec104tcp/ip|192.168.0.11:24041通讯帧模板a102#rtuiec104tcp/ip|192.168.0.12:24042通讯帧模板a103#rtuiec104tcp/ip|192.168.0.13:24043通讯帧模板a101#plcmodbustcptcp/ip|192.168.0.14:5024通讯帧模板b102#plcmodbustcptcp/ip|192.168.0.15:5025通讯帧模板c10表4以上步骤s1、s2和s3可以交换顺序执行；s4：根据采集通道向数据采集设备发送的寻求的通讯寻求指令，对通讯帧变量进行分类，归纳通讯帧模板，进行通讯帧变量与通讯帧模板配置；所述通讯帧变量参数包括数据采集设备地址、功能码、数据起始地址和数据长度；通讯帧是采集通道向数据采集设备发送的一组通讯请求命令，通讯帧模板是一组相关通讯帧的集合，可被采集通道重复利用，具有相同通讯帧的采集通道可关联配置到同一通讯帧模板；该实施例的通讯帧模板及通讯帧如表5所示：通讯帧模板通讯帧通讯帧模板a1|136-0-1,2|136-1-1通讯帧模板b1|3-0-5通讯帧模板c1|3-0-3表5s5：设定监控对象属性的报警预警值，配置报警预警信息变量；所述报警预警信息变量参数包括报警类型、报警值、报警信息和报警等级，报警类型分为模拟量越上限报警、模拟量越下限报警、模拟量越上限预警、模拟量越下限预警、信号量故障报警、信号量变位报警。前四种模拟量报警预警分别要设置对应上限阈值和下限阈值，当采集的数据值超过设定阈值则触发报警预警，信号量故障报警是当信号量达到0或1产生的系统故障报警，信号量变位报警是当信号量由1变成0或由0变成1所产生的信号量变化报警。报警等级代表报警在系统中的严重程度，可根据实际情况灵活定义。该实施例的报警预警信息变量参数如表6所示：监控对象编号变量报警类型报警值报警信息报警等级yj1wd越下限报警2.5温度越下限报警6yj1wd越下限预警5温度越下限预警5yj1yl越上限报警1.2压力越上限报警8yj1yl越上限预警0.8压力越上限预警7表6s6：根据现场配置对监控对象与数据采集设备进行关联。1#油井关联1#rtu的1#温度传感器、2#压力传感器，2#油井关联2#rtu的1#温度传感器、2#压力传感器，3#油井关联3#rtu的1#温度传感器、2#压力传感器和1#plc的1#电表，1#计量站关联1#plc的1#电表，2#计量站关联2#plc的2#电表，该实施例的数据接口子模块206，通过传入表2监控对象编号和对应表1的变量名即可获得相应实时数据。应用软件模块300可以通过系统软件模块200的数据接口子模块206实现对本实施例相关数据进行应用。进一步地，该物联网数据采集系统的采集方法步骤如下：s1：解析监控对象信息及其报警预警信息；所述数据传输子模块201读取所述系统配置子模块205存储于所述关系库子模块203中的表2数据，并根据表1的变量模板信息初始化变量信息，为与采集通道采集的数据关联做准备。同时对监控对象相关的变量进行报警预警信息解析，见表6，为系统的报警预警做准备。s2：解析采集通道与数据采集设备的信息；所述数据传输子模块解析存储于关系库中的表4数据，并根据表5初始化通讯帧信息，同时初始化表3信息，为数据采集解析做准备。s3：启动采集通道进行数据采集；启动表4的五个采集通道的数据采集。当对应某一数据采集设备的通讯帧未能在配置的超时时间范围内完成通讯，则进行重发，超过了重发次数，该设备即认定为通讯离线。采集通道所设定的通讯间隔为10秒，则每隔10秒进行一次数据采集。s4：根据监控对象与数据采集设备和采集通道的关联关系向实时库子模块202存储实时数据；根据表2监控对象与数据采集设备和采集通道的关联关系向所述实时库子模块202存储实时数据。s5：如果发生报警预警，则进行处理；解析表6，如果数据达到报警预警条件，触发报警预警，将信息推送到redis。s6：按固定间隔向关系库存储历史数据。按照配置的1分钟间隔，将监控对象的数据存入到相应变量分组历史数据表中。然后再进行下一次数据采集，s4、s5、s6循环执行。本实施例只是为了更明确、更具体阐述技术方案和优点才选择了油田物联网数据采集系统的局部，如果延伸到实际油田物联网数据采集系统整体项目的实施、运维上，监控对象、数据采集设备、采集通道的种类、数量、关联关系等达到一定量级，本发明的技术方案和优点会更加明显的体现。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12