(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201510925806.6
(22)申请日 2015.12.11
G05B 19/418(2006.01)
(71)申请人东北大学
地址110819 辽宁省沈阳市和平区文化路三
号巷11号
申请人沈阳东大自动化有限公司
(72)发明人徐泉 王彦明 李小平 王良勇
崔东亮 许美蓉 杨杰 柴天佑
(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限
公司 21109
代理人
梁焱
(54)发明名称
系统及方法
(57)摘要
一种基于工业过程的大规模分布式数据采集
系统及方法，该系统包括若干组现场设备、若干个
态信息、数据采集周期、需要采集的数据项为若干
台数据采集客户端分配数据采集任务；数据采集
客户端用于设定采集数据周期、需要采集的数据
项、数据采集客户端运行状态阈值，并将采集到的
数据存储到数据库中；若干个数据库存储若干台
数据采集客户端采集的数据。本发明可以根据用
户的需求设定数据项和数据采集周期，具有高容
错性、高可靠性、易用性和扩展性。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书3页 说明书6页 附图5页CN 105527948 A 2016.04.27
C N 105527948
A
1.一种基于工业过程的大规模分布式数据采集系统，包括若干组现场设备、若干个现场控制站，其特征在于：还包括数据采集调度模块、若干台数据采集客户端、若干个数据库，数据采集调度模块根据现场控制站运行状态信息、数据采集客户端运行状态信息、数据采集周期、需要采集的数据项为若干台数据采集客户端分配数据采集任务；数据采集客户端用于设定采集数据周期、需要采集的数据项、数据采集客户端运行状态阈值，并将采集到的数据存储到数据库中；若干个数据库存储若干台数据采集客户端采集的数据；所述现场控制站运行状态信息指每个现场控制站是否处于运行状态；所述数据采集客户端的运行状态信息包括每台数据采集客户端是否处于运行状态、处于运行状态的数据采集客户端是处于正常采集状态还是处于过载状态、每台数据采集客户端的CPU、内存、硬盘、网络宽带的使用情况。
2.根据权利要求1所述的基于工业过程的大规模分布式数据采集系统，其特征在于：所述数据采集调度模块、若干台数据采集客户端、若干个数据库分别独立运行于计算机中。
3.根据权利要求1所述的基于工业过程的大规模分布式数据采集系统，其特征在于：所述数据采集调度模块包括采集周期检测模块、客户端运行状态检测模块、现场控制站运行状态检测模块、数据项检测模块、客户端选择模块、客户端任务分配模块；
采集周期检测模块用于检测若干台数据采集客户端上一个采集周期的数据采集时间，并将检测结果发送到客户端选择模块；
客户端运行状态检测模块用于检测若干台数据采集客户端运行状态信息，并将检测结果发送到客户端选择模块；
现场控制站运行状态检测模块用于检测若干个现场控制站运行状态信息，并将检测结果发送到客户端选择模块；
数据项检测模块用于检测数据采集客户端将要进行数据采集的数据项数目，并将检测结果发送到客户端选择模块；
客户端选择模块根据采集周期检测模块的检测结果、客户端运行状态检测模块的检测结果、现场控制站运行状态检测模块的检测结果、数据项检测模块的检测结果选择数据采集客户端，并将选择结果发送到客户端任务分配模块；
客户端任务分配模块根据客户端选择模块发送的选择结果为每个数据采集客户端分配数据采集任务，并将数据采集任务发送到相应的数据采集客户端。
4.根据权利要求1所述的基于工业过程的大规模分布式数据采集系统，其特征在于：所述数据采集客户端包括采集周期设定模块、采集数据项设定模块、客户端运行状态阈值设定模块、数据采集模块；
采集周期设定模块用于用户设定数据采集周期；
采集数据项设定模块用于用户设定需要进行数据采集的数据项；
客户端运行状态阈值设定模块用于用户设定每台数据采集客户端运行状态阈值及过载运行等待时间；
数据采集模块用于完成数据采集，并将采集的数据存储到数据库中；
所述数据采集客户端运行状态阈值包括CPU正常开机状态阈值、CPU正常运行状态阈值、CPU过载状态阈值、内存正常开机状态阈值、内存正常运行状态阈值、内存过载状态阈值、硬盘正常运行状态阈值、硬盘过载状态阈值、网络带宽正常运行状态阈值、网络带宽过
载状态阈值。
5.采用权利要求1所述的基于工业过程的大规模分布式数据采集系统进行基于工业过程的大规模分布式数据采集方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、用户根据需求设定数据采集周期、采集数据项，数据采集客户端运行状态阈值及数据采集客户端过载运行等待时间，并对若干台数据采集客户端设置Internet时钟同步；
步骤2、数据采集调度模块对现场控制站、数据采集客户端、数据项数目、上一个采集周期的采集时间进行检测；
步骤3、数据采集调度模块根据检测结果为每台数据采集客户端分配数据采集任务；
步骤4、数据采集客户端根据数据采集任务进行数据采集；
步骤5、数据采集客户端将采集的数据保存到若干个数据库中；
步骤6、若干个数据库进行同步，保持若干个数据库中的数据一致。
6.根据权利要求5所述基于工业过程的大规模分布式数据采集方法，其特征在于：所述步骤1具体步骤如下：
步骤1.1、利用采集周期设定模块，用户根据需求设定数据采集客户端的数据采集周期；
步骤1.2、利用采集数据项设定模块，用户根据需求设定采集数据项，若设定数据项数目过多，数据项检测模块提示用户不能满足用户需求；
步骤1.3、利用客户端运行状态阈值设定模块，用户根据实际情况设定数据采集客户端不同运行状态的阈值及过载运行等待时间；
步骤1.4、用户设定数据采集客户端的Internet时钟，保持所有数据采集客户端的时钟同步。
7.根据权利要求5所述基于工业过程的大规模分布式数据采集方法，其特征在于：所述步骤2具体步骤如下：
步骤2.1、利用客户端选择模块，对若干个现场控制站进行编号1,2,…,r，对若干台数据采集客户端进行编号Server1,Server2,…,Servern；
步骤2.2、利用现场控制站运行状态检测模块，检测若干个现场控制站的CPU，判断其是否处于运行状态，若现场控制站的CPU没有处于运行状态，则不对其进行实时数据采集，并将检测结果发送至客户端选择模块；
步骤2.3、利用客户端运行状态检测模块，检测若干个数据采集客户端运行状态信息，并将检测结果发送至客户端选择模块；
步骤2.4、利用数据项检测模块，检测用户设定的需要采集的数据项数目，并将检测结果发送至客户端选择模块；
步骤2.5、利用采集周期检测模块，检测上一个采集周期所用的采集时间，并将检测结果发送至客户端选择模块。
8.根据权利要求5所述基于工业过程的大规模分布式数据采集方法，其特征在于：所述步骤3具体步骤如下：
步骤3.1、将若干台现场控制站按照编号平均分配给三台正常采集状态的数据采集客户端；
步骤3.2、当一台数据客户端出现故障时，在下一个采集周期，客户端选择模块将现场控制站按照编号重新平均分配给剩余的两台正常采集状态的数据采集客户端；
步骤3.3、比较数据采集周期设定值与上一个采集周期所用的采集时间，若上一个采集周期所用的采集时间小于等于数据采集周期设定值，则保持现场控制站与数据采集客户端的分配方案不变，若上一个采集周期所用的采集时间大于数据采集周期设定值时，则开启一台新的数据采集客户端进行数据采集，并按照编号对现场控制站重新进行平均分配；
步骤3.4、在过载运行等待时间之后，检测数据采集客户端的运行状态信息是否超过数据采集客户端正常
运行状态阈值，若没有超过数据采集客户端正常运行状态阈值，则保持现场控制站与数据采集客户端的分配方案不变，执行步骤3.6，否则开启一台新的数据采集客户端参与数据采集，并按照编号对现场控制站重新进行平均分配，执行步骤3.4，直至开启全部数据采集客户端；
步骤3.5、若全部数据采集客户端都开启，在过载运行等待时间之后，仍有数据采集客户端的运行状态信息超过数据采集客户端正常运行状态阈值，则客户端选择模块将向数据采集周期设定模块返回不能满足设定的数据采集周期的信息，所有的数据采集客户端将不再进行数据采集直到用户重新设定数据采集周期，同时客户端选择模块记录数据项检测模块检测的数据项数目，若用户设定的数据项数目大于该检测的数据项数目，则提示用户数据项数目过大不能满足要求，若用户减小数据项数目的设定，则返回步骤1.2，否则所有数据采集客户端不再进行数据采集，若用户设定的数据项数目小于该检测的数据项数目，则客户端选择模块不记录该检测的数据项数目；
步骤3.6、客户端任务分配模块将现场控制站与数据采集客户端的分配方案发送到相应的数据采集客户端。
一种基于工业过程的大规模分布式数据采集系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于数据采集技术领域，特别涉及一种基于工业过程的大规模分布式数据采集系统及方法。
背景技术
[0002]工业过程根据所使用的原材料及生产成品的形态可分为：连续生产过程、离散生产过程和批量生产过程。连续生产过程中的信号以模拟量为主，离散生产过程中的信号以数字量为主，批量生产过程是连续生产过程与离散生产过程的综合。因此，不同的工业过程呈现出不同的工业数据类型。随着工业过程的生产规模的不同，工业过程中产生的数据项相差较大。
[0003]根据生产过程中的信号的不同，工业过程采用不同的数据采集与控制系统，如嵌入式控制系统、PLC(Programmable Logic Controller)系统、DCS(Distributed Control System)、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统等。这些系统中的不同现场控制站往往完成对特定生产环节的数据采集，各环节之间存在隔离性，数据共享性较差，因此无法从整体上分析生产过程的生产情况。重点区域对应的数据采集客户端通常采用1:1的冗余配置，这将导致数据采集客户端资源的浪费。其他区域对应的数据采集客户端出现故障时，将造成相应现场数据的丢失，给企业带来损失。
发明内容
[0004]针对现有技术的不足，本发明提出一种基于工业过程的大规模分布式数据采集系统及方法。一种基于工业过程的大规模分布式数据采集系统，包括若干组现场设备、若干个现场控制站、数据采集调度模块、若干台数据采集客户端、若干个数据库，数据采集调度模块根据现场控制站运行状态信息、数据采集客户端运行状态信息、数据采集周期、需要采集的数据项对若干台数据采集客户端分配数据采集任务；数据采集客户端用于设定采集数据周期、需要采集的数据项、数据采集客户端运行状态阈值，并将采集到的数据存储到数据库中；若干个数据库存储若干台数据采集客户端采集的数据；所述现场控制站运行状态信息指每个现场控制站是否处于运行状态；所述数据采集客户端运行状态信息包括每台数据采集客户端是否处于运行状态、处于运行状态的数据采集客户端是处于正常采集状态还是处于过载状态、每台数据采集客户端的CPU、内存、硬盘、网络宽带的使用情况。
[0005]数据采集调度模块、若干台数据采集客户端、若干个数据库分别独立运行在计算机中。
[0006]数据采集调度模块包括采集周期检测模块、客户端运行状态检测模块、现场控制站运行状态检测模块、数据项检测模块、客户端选择模块、客户端任务分配模块。采集周期检测模块用于检测若干台数据采集客户端上一个采集周期的数据采集时间，并将检测结果发送到客户端选择模块；客户端运行状态检测模块用于检测若干台数据采集客户端运行状态信息，并将检测结果发送到客户端选择模块；现场控制站运行状态检测模块用于检测若
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