一种实现现场设备数据与云端信息互联互操的方法与流程

1.本发明属于自动化码头技术领域，具体是涉及一种实现现场设备数据与云端信息互联互操的方法。


背景技术：

2.当前众多码头已经实现自动化作业，从而极大地解放了人力，提高了生产效率；然而随着吞吐量需求的不断提升，对码头设备的维修维护提出了更高的要求，因此实时掌握现场设备作业情况及各运行机构健康状态成为码头健康监测领域的重要研究课题。
3.码头自动化系统与各设备间的数据交互种类繁杂，数据互联互操的准确性要求精确，数据实时性要求较高，如何处理码头设备的多元化数据成为解决码头设备与云平台实时互联互操的主要研究方向。


技术实现要素：

4.本发明提出了一种实现现场设备数据与云端信息互联互操的方法，对码头现场设备plc数据和生产系统数据进行收集、存储、分析、操作和可视化，使码头工作人员随时掌握现场设备的动态信息，实现码头现场设备与云端实时互联互操。
5.本发明采用以下技术方案予以实现：提出一种实现现场设备数据与云端信息互联互操的方法，包括：1）获取现场设备数据库和自动化生产系统数据库的数据：分别对现场设备数据库和自动化生产系统数据库的连接驱动进行封装，根据访问需求从现场设备数据库和自动化生产系统数据库获取数据，并按照设定周期将获取的数据传输至云端数据库，实现原始数据存储层的数据同步；2）通过opcda和opchda协议实时监听现场设备回传的plc数据，将接收到的plc数据推送至rabbitmq消息队列中，并对plc数据按照设备类型分类；将需要实时可视化的数据推送至websocket完成web端的实时数据展示；将需要计算和/或分析的数据推送至redis缓存数据库中，并按照设定周期存储至云端数据库中，实现原始数据存储层的数据同步；rabbitmq消息队列将收集到的plc数据实时推送至mongodb集群中，实现plc历史数据的固化存储；3）为现场设备数据库数据库、自动化生产系统数据库和redis缓存数据库传输到云端数据库中的数据建立：原始数据存储层，用于存储现场设备数据库数据库、自动化生产系统数据库和redis缓存数据库同步到云端数据库中的原始数据；数据分析层，用于按照统计分析和/或算法数据标准需求对原始数据进行分析并存储分析后生成的数据；数据展示层，用于从数据分析层中提取需要展示或算法需要的数据并进行存储，为统计数据可视化提供数据接口。
6.本发明一些实施例中，对原始数据进行分析，包括：为每部现场设备创建第一定时同步进程；在达到第一同步时间时，抽取现场设备运行累计时间至原始数据存储层；将当前累计时间值t1与上一次同步时的累计时间值t2做第一差值δt1，并将当前累计时间值t1与第一差值δt1存储至所述数据展示层；计算现场设备的运行结束时间与运行起始时间的第二差值δt2；对第二差值δt2范围内的第一差值δt1进行累加，以使得数据展示层进行前端展示。
7.本发明一些实施例中，对原始数据进行分析，包括：为每部现场设备创建第二定时同步进程；在达到第二同步时间时，抽取现场设备作业指令数据至原始数据存储层；根据现场设备作业指令判断作业箱量及作业箱型；根据作业箱量及作业箱型确定标准箱量；计算现场设备的运行结束时间与运行起始时间的第三差值δt3；对第三差值δt3范围内的基于每条现场设备作业指令计算出的标准箱量进行叠加，得到第三差值δt3范围内现场设备的作业标准箱量。
8.本发明一些实施例中，所述方法包括：创建第三定时同步进程；在达到第三同步时间时，抽取船舶计划数据至所述数据展示层；获取并基于设定时间范围内的船舶计划数据判断整船作业结束时间是否存在；若否，则根据当前时间与整船作业开始时间的差确定船舶装卸时长，若是，则根据整船作业结束时间与整船作业开始时间的差确定船舶装卸时长；其中，整船作业开始时间根据船舶计划数据获取。
9.本发明一些实施例中，所述方法还包括：获取现场传感器采集的数据；提取现场传感器采集的数据的特征并存储至所述原始数据存储层；结合现场传感器采集的数据与现场设备单机plc数据建立现场设备健康预警模型。
10.本发明一些实施例中，所述方法还包括：建立人机交互端与redis缓存数据库的永久消息互联互操通道；当redis缓存数据库的数据发生改变，将变化的数据推送至人机交互端显示。
11.本发明一些实施例中，所述方法还包括：从mongodb集群中获取设定时段的plc历史数据；结合plc历史数据进行现场设备的作业趋势展示。
12.本发明一些实施例中，所述方法还包括：将现场传感器数据存储至influxdb序列数据库中；从influxdb序列数据库访问现场传感器历史数据进行传感器数据的序列图标展示和操作。
13.本发明一些实施例中，所述方法还包括：通过jdbc数据库驱动实现对数据展示层的查询；通过json格式将查询的数据传输至人机交互端进行可视化展示。
14.本发明一些实施例中，所述方法还包括：在人机交互端通多html实现现场摄像设备网页的超链接，对现场设备进行远程监控。
15.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提出的实现现场设备数据与云端信息互联互操的方法中，一方面，对现场设备数据库和自动化生产系统数据库进行访问和原始数据存储，一方面，对现场设备的plc数据实时监听并推送至rabbitmq消息队列中，并进一步推送至mongodb集群中实现plc历史数据的固化存储，将需要实时可视化的数据推送至websocket，将需要计算和/或分析的数据推送至至redis缓存数据库，并进行原始数据存储；一方面，为存储的原始数据建立三层数据仓库，分别用于存储原始数据、分析数据和展示数据，实现了对码头多源异构化数据的收集、传输和存储，结合计算、分析和消息
推送能够实现对现场设备的监测、预警、操作和可视化等，使设备管理人员对现场设备进行全方位的了解，提高管理人员的工作效率，并能够实现对码头设备数据的储备和应用。
16.结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
17.图1为本发明提出的实现现场设备数据与云端信息互联互操的系统架构示意；图2为本发明提出的实现现场设备数据与云端信息互联互操的方法示意；图3为本发明提出的实现现场设备数据与云端信息互联互操的方法中数据分析示例；图4为本发明提出的实现现场设备数据与云端信息互联互操的方法中数据分析示例；图5为本发明提出的实现现场设备数据与云端信息互联互操的方法中数据分析示例。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
19.本发明提出的实现现场设备数据与云端信息互联互操的方法，基于如图1所示的现场设备数据与云端信息互联互操系统实现，该系统包括：现场设备数据库1，用于存储现场设备的设备数据、作业数据等。
20.在本发明一些实施例中，现场设备数据例如：桥吊数据，包括但不限定于主起升运行时间、门架起升运行时间、俯仰运行时间、门架小车运行时间、大车运行时间、海侧吊具泵运行时间、陆侧吊具泵运行时间、门架吊具泵运行时间、上架泵运行时间、起升/小车运行时间、控制合时间、马达制动器释放次数、吊具泵打开次数、吊具旋锁次数、各机构故障的发生时间等。
21.轨道吊数据，包括但不限定于吊车开启时间、大车运行时间、起升运行时间、吊具运行时间、小车运行时间、起重机运行时间、卷盘制动次数、大车制动次数、小车制动次数、起升制动次数、旋锁次数、各机构故障发生时间等。
22.自动化生产系统数据库2，用于存储码头生产作业数据。
23.在本发明一些实施例中，生产作业数据例如桥吊作业指令、轨道吊作业指令、自动导引车作业指令、集装箱移动记录、船舶计划、桥吊装卸船记录信息等。
24.现场设备的plc数据监听单元3，用于通过opcda和opchda协议实时监听现场设备回传的plc数据。
25.rabbitmq消息队列4，用于接收现场设备的plc数据监听单元3推送的plc数据，并对plc数据按照设备类型分类。
26.现场设备传感器5，安装于现场设备上，用于获取现场设备的作业数据、状态数据等。
27.计算中心6，用于对现场设备传感器数据和现场设备的plc数据进行计算、分析、统计等。
28.数据存储平台7，包括云端数据库71、redis缓存单元72、influxdb 73和mongodb集群 74；云端数据库71用于存储原始数据，包括现场设备数据、自动化系统数据和需要计算和/或分析的数据；redis缓存单元72用于缓存需要计算和/或分析的数据，并按照设定周期将数据推送至云端数据库71存储为原始数据；influxdb 73用于存储现场设备传感器数据；mongodb 集群74用于存储rabbitmq消息队列收集并推送的plc数据，实现plc历史数据的固化存储。
29.人机交互端8，用于系统作业的人机交互、可视化等。
30.基于上述给出的现场设备数据与云端信息互联互操系统，本发明提出的实现现场设备数据与云端信息互联互操的方法，如图2所示，包括：s1、获取现场设备数据库和自动化生产系统数据库的数据：分别对现场设备数据库和自动化生产系统数据库的连接驱动进行封装，根据访问需求从现场设备数据库和自动化生产系统数据库获取数据，并按照设定周期将获取的数据传输至云端数据库。
31.s2、获取现场设备的plc数据：通过opcda和opchda协议实时监听现场设备回传的plc数据，将接收到的plc数据推送至rabbitmq消息队列中，并对plc数据按照设备类型分类；将需要实时可视化的数据推送至websocket完成web端的实时数据展示；将需要计算和/或分析的数据推送至redis缓存数据库中，并按照设定周期存储至云端数据库中；rabbitmq消息队列将收集到的plc数据实时推送至mongodb集群中，实现plc历史数据的固化存储。
32.s3、为现场设备数据库、自动化生产系统数据库和redis缓存数据库传输到云端数据库中的数据建立：原始数据存储层，用于存储现场设备数据库、自动化生产系统数据库和redis缓存数据库同步到云端数据库中的原始数据；数据分析层，用于按照统计分析和/或算法数据标准需求对原始数据进行分析并存储分析后生成的数据；数据展示层，用于从数据分析层中提取需要展示或算法需要的数据并进行存储，为统计数据可视化提供数据接口。
33.基于上述方法，对自动化码头现场设备的多源异构数据实现了收集、操作、传输与存储，能够满足系统不同功能的数据查询性能需求，及设备管理人员对现场设备的全方位了解，并实现码头现场设备数据的长期储备及备份需求。
34.基于上述数据获取和存储处理，结合计算中心对收集的数据进行流式计算、分析、消息推送、数据存储等，能够实现现场设备的状态检测、预警分析等。
35.具体的，在本发明一些实施例中，从桥吊单机数据库中获取控制时间、轨道吊单机数据库中获取吊车开启时间，自动引导车则从redis缓存数据库中获取车辆行驶时间等，分别以上述时间信息为各现场设备的运行时间等原始数据进行分析，如图3所示，包括：1）为每部现场设备创建第一定时同步进程，并开启第一定时同步进程。
36.2）判断是否达到第一同步时间，在达到第一同步时间时，抽取现场设备运行累计时间至原始数据存储层。
37.3）将当前累计时间值t1与上一次同步时的累计时间值t2做第一差值δt1，并将当前累计时间值t1与第一差值δt1存储至数据展示层。
38.4）计算现场设备的运行结束时间与运行起始时间的第二差值δt2。
39.若系统未输入现场设备的运行结束时间与运行起始时间，则按照默认时间作为第二差值δt2。
40.5）对第二差值δt2范围内的第一差值δt1进行累加，以使得数据展示层进行前端展示。
41.在本发明一些实施例中，对来源于自动化生产系统数据库的数据，包括桥吊、轨道吊、自动导引车作业指令中设备号、箱号、箱型尺寸、指令开始时间、指令结束时间等，能够统计某时间段内各现场设备作业的标准箱量，如图4所示，包括：1）为每台现场设备创建第二定时同步进程，并开启第二定时同步进程。
42.2）判断是否达到第二同步时间，在达到第二同步时间时，抽取现场设备作业指令数据至原始数据存储层。
43.3）根据现场设备作业指令判断作业箱量及作业箱型。
44.以自动导引车为例，其一次可承载两个20尺箱型的集装箱，或一个40尺或45尺的集装箱，其中，40尺或45尺箱型的集装箱的箱量按照两个作业箱量记录，一个20尺集装箱的箱量按照一个作业箱量记录。
45.4）根据作业箱量及作业箱型确定标准箱量。
46.以箱号1代表一个20尺集装箱的箱量，为一个标准箱量，以箱号2代表两个20尺集装箱的箱量、一个40尺或45尺集装箱的箱量，为两个标准箱量。
47.5）计算现场设备的运行结束时间与运行起始时间的第三差值δt3。
48.若系统未输入现场设备的运行结束时间与运行起始时间，则按照默认时间作为第三差值δt3。
49.6）对第三差值δt3范围内的基于每条现场设备作业指令计算出的标准箱量进行叠加，得到第三差值δt3范围内现场设备的作业标准箱量。
50.在本发明一些实施例中，通过获取自动化生产系统数据库中船舶计划数据，包括船名代码、航次、整船作业开始时间、整船作业结束时间等，可计算某时间段内各船舶装卸时长，如图5所示，包括：1）创建第三定时同步进程，并开启第三定时同步进程。
51.2）在达到第三同步时间时，抽取船舶计划数据至所述数据展示层。
52.3）获取并基于设定时间范围内的船舶计划数据判断整船作业结束时间是否存在。
53.若否，则执行步骤4，若否则执行步骤5。
54.设定时间范围为设备管理人员提供需求输入系统的或者系统默认的数值。
55.4）根据当前时间与整船作业开始时间的差确定船舶装卸时长。
56.5）根据整船作业结束时间与整船作业开始时间的差确定船舶装卸时长。
57.其中，整船作业开始时间是根据船舶计划数据获取。
58.在本发明一些实施例中，计算中心6，对于现场设备传感器的处理，具体包括：1）获取现场传感器采集的数据。
59.现场设备传感器收集的振动、转速、温度等数据通过光缆或无线方式传输至计算中心。
60.2）提取现场传感器采集的数据的特征并存储至所述原始数据存储层。
61.通过sparkstreaming流式计算引擎对传感器数据进行频域和时域的数据变换，提
取特征数据，并将其存储至原始数据存储层。
62.3）结合现场传感器采集的数据与现场设备单机plc数据建立现场设备健康预警模型。
63.通过spark内存计算模块将传感器特征数据结合plc数据建立深度学习预测模型，实现现场设备健康分析预警模型。这里的健康预警模型按照现有模型建立方法实现即可。
64.在本发明一些实施例中，人机交互端8在实现现场设备作业可视化时，进行的处理包括但不限定于：1、建立人机交互端与redis缓存数据库的永久消息互联互操通道；当redis缓存数据库的数据发生改变时，将变化的数据推送至人机交互端显示。
65.2、从mongodb集群中获取设定时段的plc历史数据；结合plc历史数据进行现场设备的作业趋势展示。
66.3、将现场传感器数据存储至influxdb序列数据库中；从influxdb序列数据库访问现场传感器历史数据进行传感器数据的序列图标展示和操作。
67.4、通过jdbc数据库驱动实现对数据展示层的查询；通过json格式将查询的数据传输至人机交互端进行可视化展示。
68.5、在人机交互端通多html实现现场摄像设备网页的超链接，对现场设备进行远程监控。
69.应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。