CN108847979A - 一种基于scada的自适应组态***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SCADA的自适应组态***及方法，包括数据采集组件，以及SCADA组态***，所述数据采集组件按照标准总线通信协议(EIP)自动发现现场总线上的子站设备，同时自动建立与子站设备的通信链路，所述数据采集组件以FEP驱动服务方式运行于SCADA组态***的IO服务站，通过IO服务站建立SCADA组态***与总线上子站设备之间的通信链路，本发明通过组态通用的模型，可适应于灵活多变的现场应用，避免频繁的修改和下装，从而实现了图、模、库一体化，保持高度一致性，同时实现了巡检工作的可跟踪性、管理方便，智能分析、便于快速了解设备或设施的健康状况；实现设备自描述、自接入，做到***自发现、自组态、“零”配置。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集与监视控制***领域，具体为一种基于SCADA的自适应组态***及方法。
背景技术
传统的SCADA软件在实际应用过程中都会涉及组态、下装的操作，当部署结构频繁发生变换时例如“设备布局”、“设备种类与数量”、“管理结构”，就需要频繁的修改对应的工程数据、进行下装，以适应现场的新环境，尤其在某些生产领域，外部设备的增加、拆除、移动都很频繁，就需要不断重复组态、下装的过程，一方面使用极不灵活，另一方面操作过程容易出错，这就给使用SCADA组态的工程人员带来很大的压力和工作量，所以需要一种能够快速自适应现场部署改变、低工作量、高自动化的组态***，当外部设备增加、拆除时，***能自动侦测、识别并配置***资源，不需要重新组态，或仅需要很少量的配置即可完成设备的维护工作，如，在矿井自动化***建设、生产和运维过程中，***能够主动发现生产现场新安装或拆除的设备(如移动变电站)，并根据设备上送的自描述配置信息，动态分配设备地址，自动识别设备上送的遥测、遥信等实时数据，并自动更新界面上的拓扑图：
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种基于SCADA的自适应组态***及方法，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于SCADA的自适应组态***，其特征在于，
包括数据采集组件，以及SCADA组态***，所述数据采集组件按照标准总线通信协议(EIP)自动发现现场总线上的子站设备，同时自动建立与子站设备的通信链路，所述数据采集组件以FEP驱动服务方式运行于SCADA组态***的IO服务站，通过IO服务站建立SCADA组态***与总线上子站设备之间的通信链路。
作为本发明一种优选的技术方案，所述通信链路包括监控网络和若干EIP 网络，所述监控网络和IP网络之间通过网关连接，所有的EIP网络通过中继器建立起在物理层上网络互连，并将EIP网络的数据信号重新发送或者转发至SCADA组态***，所述子站设备包括建立在监控网络上的操作站、通讯站、服务站和工程师站。
作为本发明一种优选的技术方案，所述SCADA组态***包括数据库组态工具、实时服务组件、HMI图形组态工具和EIP驱动，所述数据库组态工具用于按照EIP建模规范对子站设备对象进行建模，也可导入子站设备的EDS文件自动为其构建实时库对象模型，定义数据点与子站设备的IO数据通道；所述实时服务组件用于从IO服务站中获得当前网络中的实体设备信息列表，根据类型自动创建或删除对应的设备实例，建立数据点与实际设备IO的连接通路；所述HMI图形组态工具用于建立子站设备类型的图符库，定义图府库对象的实例化特征信息，所述数据采集组件通过EIP驱动与SCADA组态***建立联系。
作为本发明一种优选的技术方案，所述数据库组态工具包括离线对象管理插件，离线对象管理插件包括对子站设备的EDS文件进行解析的EDS解析器，以及用于管理实时库对象模型的模板管理模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述实时服务组件包括在线对象管理插件，在线对象管理插件包括用于创建并管理实时库对象模型的对应模型对象的实例，同时将实例和实体设备进行绑定或解绑的实例管理模块、拓扑管理模块和数据处理模块三个功能模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述HMI图形组态工具包括即插即用 HMI组件，插即用HMI组件包括用于建立子站设备类型的图符库并定义图府库对象的实例化特征信息图元管理模块和用于在运行时在界面端对数据模型进行展示，进而实现从设备层、数据层到展示层自动关联的配置界面模块。
另外本发明还设计了一种基于SCADA的自适应组态方法，包括如下步骤：
步骤100、建立SCADA***的IO服务站与现场总线上所有子站设备的通信链路，获取当前现场总线上所有子站设备及其基本信息；
步骤200、使用数据库组态工具建立与设备模型一致的实时库对象模型；
步骤300、实时库对象模型的在线管理，启动实时服务组件，自动加载数据对象动态管理组件，从IO服务站中获取当前网络中的实体设备信息列表，并根据类型自动创建或删除对应的设备实例；
步骤400、建立子站设备类型的HIM图符库，定义HIM图府库对象的实例化特征信息，组态子站设备所在的流程图。
作为本发明一种优选的技术方案，所述步骤100中通信链路是基于标准总线通信协议(EIP)的通信组件来配置物理网络中的数据采集组件的IP地址，以FEP驱动服务的方式运行于SCADA组态***的IO服务站，启动IO服务后，能自动识别所属局域网内所有的子站设备。
作为本发明一种优选的技术方案，所述步骤200中数据库组态工具是按照EIP建模规范对设备对象进行建模，或导入设备的EDS文件自动为其构建数据库对象模型，定义数据点与实际设备的IO数据的通道。
作为本发明一种优选的技术方案，所述步骤400还包括：
启动HMI图形组态工具的在线程序后，打开流程图，HMI图符对象动态管理组件负责与实时库进行信息交互，动态获取当前实时库中所有EIP类型的实例信息，和本地流程图中已有的图符信息进行比对，动态在流程图中创建或删除设备对应的图符元素，且支持手动在线对所创建的图符进行移动、修改、删除操作，修改后的结果保存且可通过***的在线数据发布机制将修改后的信息同步到域内的各个站点，下次启动后仍然加载上次编辑过的图形页面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过组态通用的模型，可适应于灵活多变的现场应用，避免频繁的修改和下装，从而实现了图、模、库一体化，保持高度一致性，同时实现了巡检工作的可跟踪性、管理方便，智能分析、便于快速了解设备或设施的健康状况；
(2)本发明基于标准通信协议解决设备自动接入网络，实现设备自描述、自接入，做到***自发现、自组态、“零”配置，可广泛地应用于电力、铁路、石油石化、矿山等各个工业生产领域。
附图说明
图1为本发明的***运行部署结构图；
图2为本发明的***功能结构框图；
图3为本发明的IO数据采集组件流程框图；
图4为本发明的数据库建模流程框图；
图5为本发明的数据库对象在线管理流程框图；
图6为本发明的HMI组件显示流程框图；
图7为本发明具体实施方式中设备模型结构图；
图8为本发明具体实施方式中设备序列号和已绑定设备实例的示意图。
具体实施方式
下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图6所示，本发明提供了一种基于SCADA的自适应组态***，其特征在于，包括数据采集组件，以及SCADA组态***，所述数据采集组件按照标准总线通信协议(EIP)自动发现现场总线上的子站设备，同时自动建立与子站设备的通信链路。
在本实施方式中，通信链路为基于标准总线通信协议(EIP)的通信组件，简称为EIP通信组件，在本实施方式中基于EIP通信组件实现通讯链接的统称为EIP设备，其包括子站设备和主站设备，主站设备在该***中起到一个数据采集的功能，上述数据采集组件在本实施方式中为EIP主站设备，通过该EIP通信组件配置物理网络中的EIP主站设备的IP地址，以FEP驱动服务的方式运行于SCADA组态***的IO服务站，启动IO服务站后，能自动识别所属局域网内的所有EIP类型的子站设备，建立与这些设备通信链路。
在本实施方式中，FEP(前端处理器)是一种基于集群服务器的动态调度模型，该模型提出了次前端机的概念，前端机根据网络服务类型的不同，将动态调度的任务交给相应的次前端机处理，从而降低了前端机的负载，在一定程度上缓解了服务器的瓶颈，增强了集群服务器的可扩展性。
在通信网络中，前端处理器一般位于主机之前，它主要承担通信任务，以减轻主机的负担。如果通信线路进入前端处理器的数据可能有错误或数据代码格式不匹配等，那么在数据传送给主机之前，必须由前端处理器来解决，而主机仅做数据处理。
前端处理器有可编程和不可编程之分。不可编程前端处理器的功能仅由硬件来实现，一旦定型后，所拥有的通信功能也就完全确定了。由于这类前端处理器的硬件线路不能轻易改变，因此，当网络发生变化或终端增加时，它就无法适应。可编程前端处理器是由硬件和软件构成的，它的通信功能可通过编程控制来改变，从而适应网络***的变化。显然，这类前端处理器的使用更灵活、方便。
在大型的通信网络***中，都必须配有前端处理器。一般一台前端处理器就是一台计算机，主要具有的功能是：字符或数据的分段与重组，各终端之间的数据代码转换，错误检测与恢复，为不同终端提供协议支持，各终端之间的数据交换，轮询终端，公用电话网络中自动应答，编辑网上的统计资料等。
通信链路(EIP通信组件)包括监控网络和若干EIP网络，所述监控网络和IP网络之间通过网关连接，所有的EIP网络通过中继器建立起在物理层上网络互连，并将EIP网络的数据信号重新发送或者转发至SCADA组态***， EIP子站设备包括建立在监控网络上的操作站、通讯站、服务站和工程师站。
所述SCADA组态***包括数据库组态工具、实时服务组件、HMI图形组态工具和EIP驱动，所述数据库组态工具用于按照EIP建模规范对子站设备对象进行建模，也可导入子站设备的EDS文件自动为其构建实时库对象模型，定义数据点与子站设备的IO数据通道；所述实时服务组件用于从IO服务站中获得当前网络中的实体设备信息列表，根据类型自动创建或删除对应的设备实例，建立数据点与实际设备IO的连接通路；所述HMI图形组态工具用于建立子站设备类型的图符库，定义图府库对象的实例化特征信息，所述数据采集组件通过EIP驱动与SCADA组态***建立联系。
在本实施方式中，EIP驱动为FEP服务的驱动方式，其驱动框架对象具体包括：设备管理对象、消息路由对象、以太网接口对象、连接管理对象、UCMM 对象、应用对象和通知管理对象。
在本实施方式中，实时服务组件还通过历史服务、报警服务、FEP驱动服务等功能与HMI图形组态工具建立联系。
所述数据库组态工具包括离线对象管理插件，离线对象管理插件包括对子站设备的EDS文件进行解析的EDS解析器，以及用于管理实时库对象模型的模板管理模块；所述实时服务组件包括在线对象管理插件，在线对象管理插件包括用于创建并管理实时库对象模型的对应模型对象的实例，同时将实例和实体设备进行绑定或解绑的实例管理模块、拓扑管理模块和数据处理模块三个功能模块；所述HMI图形组态工具包括即插即用HMI组件，插即用HMI 组件包括用于建立子站设备类型的图符库并定义图府库对象的实例化特征信息图元管理模块和用于在运行时在界面端对数据模型进行展示，进而实现从设备层、数据层到展示层自动关联的配置界面模块。
在本实施方式中，
该SCADA组态***能根据现场环境的不断变化而做到自适应组态，无需频繁修改工程和下装，减少组态工作量，降低出错概率。
基于SCADA的自适应组态方法具体包括如下步骤：
步骤100、建立SCADA***的IO服务站与现场总线上所有子站设备的通信链路，获取当前现场总线上所有子站设备及其基本信息；
通信链路是基于标准总线通信协议(EIP)的通信组件来配置物理网络中的数据采集组件的IP地址，以FEP驱动服务的方式运行于SCADA组态***的 IO服务站，启动IO服务后，能自动识别所属局域网内所有的子站设备。
步骤200、使用数据库组态工具建立与设备模型一致的实时库对象模型；按照EIP建模规范对设备对象进行建模，或导入设备的EDS文件自动为其构建数据库对象模型，定义数据点与实际设备的IO数据的通道；
步骤300、实时库对象模型的在线管理，启动实时服务组件，自动加载数据对象动态管理组件，从IO服务站中获取当前网络中的实体设备信息列表，并根据类型自动创建或删除对应的设备实例；
步骤400、建立子站设备类型的HIM图符库，定义HIM图府库对象的实例化特征信息，组态子站设备所在的流程图。
启动HMI图形组态工具的在线程序后，打开流程图，HMI图符对象动态管理组件负责与实时库进行信息交互，动态获取当前实时库中所有EIP类型的实例信息，和本地流程图中已有的图符信息进行比对，动态在流程图中创建或删除设备对应的图符元素，且支持手动在线对所创建的图符进行移动、修改、删除操作，修改后的结果保存且可通过***的在线数据发布机制将修改后的信息同步到域内的各个站点，下次启动后仍然加载上次编辑过的图形页面。
通过该方法组态通用的模型，可适应于灵活多变的现场应用，避免频繁的修改和下装；实现图、模、库一体化，保持高度一致性；也实现了巡检工作的可跟踪性、管理方便，智能分析、便于快速了解设备或设施的健康状况；利用基于标准通信协议解决设备自动接入网络，实现设备自描述、自接入，做到***自发现、自组态、“零”配置；可广泛地应用于电力、铁路、石油石化、矿山等各个工业生产领域。
以下通过具体实例进一步阐述该组态***和方法；
1、首先，实现IO数据采集组件：实现FEP EIP驱动，启动定时器周期发送ListIdentity命令，以发现和获取当前网段内所有的EIP设备及其基本信息，如设备ID、序列号、IP地址等，将设备列表信息打包上传至实时库，依次向识别到的设备发送RegisterSession命令，与设备建立起连接，保存 SESSION标识，接收实时库发送来的读或写命令，解析命令，向指定的设备发送SendRRData命令，接收设备的响应，解析响应报文，打包数据向实时库回送，EIP驱动和实时库采用指定的数据通道进行信息交互，信息格式为XML数据包，分为两步：
第一步：上传设备信息通道，FEP—实时库，信息格式：
第二步：接收命令信息通道，实时库——→FEP，信息格式：
③上传设备响应信息，FEP——→实时库，信息格式：
2、数据库建模：使用类库组态工具，建立与设备模型一致的实时库设备模型，定义EIP_Device类型的设备，定义EIP_Device设备类的两个子对象：IdentityObj，AssembleObject分别对应EIP设备中的标识对象和组件 (I/O集合)对象，定义IdentityObj的子对象，类型为SI，分别保存设备的序列号、产品型号、设备类型、版本号、状态、IP地址、生产厂商编号、设备名，定义AssembleObj的子对象，类型为AI，对应于EIP设备的一个 IO数据点，设备模型结构如图7所示。
3:数据库对象在线管理：实时库插件负责动态管理预置实例(动态绑定和接触绑定)，构建请求报文，解析回应报文，提供HMI组件的访问接口，实时库插件在实时库服务运行时被加载，通过数据通道获得当前网络中的设备列表，获得设备的序列号，然后和相应的设备实例对象进行管理包括：绑定时向设备实例写的IP地址、序列号信息，同时初始化设备实例的其他相关字段；解除绑定时，清空该实例的IP地址、序列号信息；程序内部维护实例映射表；将设备序列号和已绑定的设备实例号存入热数据，以便在该设备下次上线时继续绑定到该实例对象上，如图8所示。
存储设备和绑定实例的热数据格式：
获取设备IO数据的过程：获得当前有效的设备实例号和其IP地址；获得该实例下的Assemble类型的对象，同时获得其实例编号；获得Assemble 类型对象下的所有AI点对象，同时获得各对象的编号和偏移地址；根据获得的对象信息拼接EIP对象访问路径；周期向FEP发送读命令，传入设备IP 地址、命令号、会话标识、访问路径；从数据接收通道接收返回报文，通过设备IP地址、命令号、会话标识、访问路径、数据值信息向指定的实时库点写值。
写设备IO数据的过程：HMI组件调用实时库接口，将需要被置值的点名和值传送给实时库插件；实时库插件根据点名找到对应的设备实例信息；根据实例信息拼接EIP对象访问路径；向FEP发送写命令，传入设备IP地址、命令号、会话标识、访问路径、写入值。
4、HMI在线管理插件：以ocx控件的形式提供，使用图形组态工具***该组件对象；周期向实时库请求当前有效的设备实例对象PID；遍历设备实例对象下的Idengtity对象和Assemble对象；动态绘制设备图元；提供参数窗口和参数面板，调用实时库接口获取数据点值或向实时库写值；后台执行数据保存与同步。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种基于SCADA的自适应组态***，其特征在于，
包括数据采集组件，以及SCADA组态***，所述数据采集组件按照标准总线通信协议(EIP)自动发现现场总线上的子站设备，同时自动建立与子站设备的通信链路，所述数据采集组件以FEP驱动服务方式运行于SCADA组态***的IO服务站，通过IO服务站建立SCADA组态***与总线上子站设备之间的通信链路。
2.根据权利要求1所述的一种基于SCADA的自适应组态***，其特征在于：所述通信链路包括监控网络和若干EIP网络，所述监控网络和IP网络之间通过网关连接，所有的EIP网络通过中继器建立起在物理层上网络互连，并将EIP网络的数据信号重新发送或者转发至SCADA组态***，所述子站设备包括建立在监控网络上的操作站、通讯站、服务站和工程师站。
3.根据权利要求1所述的一种基于SCADA的自适应组态***，其特征在于：所述SCADA组态***包括数据库组态工具、实时服务组件、HMI图形组态工具和EIP驱动，所述数据库组态工具用于按照EIP建模规范对子站设备对象进行建模，也可导入子站设备的EDS文件自动为其构建实时库对象模型，定义数据点与子站设备的IO数据通道；所述实时服务组件用于从IO服务站中获得当前网络中的实体设备信息列表，根据类型自动创建或删除对应的设备实例，建立数据点与实际设备IO的连接通路；所述HMI图形组态工具用于建立子站设备类型的图符库，定义图府库对象的实例化特征信息，所述数据采集组件通过EIP驱动与SCADA组态***建立联系。
4.根据权利要求3所述的一种基于SCADA的自适应组态***，其特征在于：所述数据库组态工具包括离线对象管理插件，离线对象管理插件包括对子站设备的EDS文件进行解析的EDS解析器，以及用于管理实时库对象模型的模板管理模块。
5.根据权利要求3所述的一种基于SCADA的自适应组态***，其特征在于：所述实时服务组件包括在线对象管理插件，在线对象管理插件包括用于创建并管理实时库对象模型的对应模型对象的实例，同时将实例和实体设备进行绑定或解绑的实例管理模块、拓扑管理模块和数据处理模块三个功能模块。
6.根据权利要求3所述的一种基于SCADA的自适应组态***，其特征在于：所述HMI图形组态工具包括即插即用HMI组件，插即用HMI组件包括用于建立子站设备类型的图符库并定义图府库对象的实例化特征信息图元管理模块和用于在运行时在界面端对数据模型进行展示，进而实现从设备层、数据层到展示层自动关联的配置界面模块。
7.一种基于SCADA的自适应组态方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤100、建立SCADA***的IO服务站与现场总线上所有子站设备的通信链路，获取当前现场总线上所有子站设备及其基本信息；
步骤200、使用数据库组态工具建立与设备模型一致的实时库对象模型；
步骤300、实时库对象模型的在线管理，启动实时服务组件，自动加载数据对象动态管理组件，从IO服务站中获取当前网络中的实体设备信息列表，并根据类型自动创建或删除对应的设备实例；
步骤400、建立子站设备类型的HIM图符库，定义HIM图府库对象的实例化特征信息，组态子站设备所在的流程图。
8.根据权利要求3所述的一种基于SCADA的自适应组态方法，其特征在于：所述步骤100中通信链路是基于标准总线通信协议(EIP)的通信组件来配置物理网络中的数据采集组件的IP地址，以FEP驱动服务的方式运行于SCADA组态***的IO服务站，启动IO服务后，能自动识别所属局域网内所有的子站设备。
9.根据权利要求3所述的一种基于SCADA的自适应组态方法，其特征在于：所述步骤200中数据库组态工具是按照EIP建模规范对设备对象进行建模，或导入设备的EDS文件自动为其构建数据库对象模型，定义数据点与实际设备的IO数据的通道。
10.根据权利要求3所述的一种基于SCADA的自适应组态方法，其特征在于：所述步骤400还包括：
启动HMI图形组态工具的在线程序后，打开流程图，HMI图符对象动态管理组件负责与实时库进行信息交互，动态获取当前实时库中所有EIP类型的实例信息，和本地流程图中已有的图符信息进行比对，动态在流程图中创建或删除设备对应的图符元素，且支持手动在线对所创建的图符进行移动、修改、删除操作，修改后的结果保存且可通过***的在线数据发布机制将修改后的信息同步到域内的各个站点，下次启动后仍然加载上次编辑过的图形页面。
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