CN112398953B - 一种基于物联网中间件的云端组态方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网中间件的云端组态方法，物联网采集的现场设备的动态数据源先经中间件进行格式统一后上传至云端，实现云端数据的实时更新；云端提供构建组态应用服务、数据存储服务和数据分析服务；组态应用服务通过云端为用户提供组态编辑界面，用户通过远程访问在组态编辑界面中布局组态界面，并为组态界面配置与现场设备匹配的动态数据源，组态界面和动态数据源联动以形成数据驱动的场景组态；在组态编辑界面对场景组态中的元件控件进行事件绑定并产生请求；云端将请求转换为控制指令对现场设备进行控制。本发明基于中间件强大设备接入能力，屏蔽了设备通信差异化问题，统一将设备数据上传云端，并提供标准数据接口给组态界面。

Description

一种基于物联网中间件的云端组态方法

技术领域

本发明涉及一种基于物联网中间件的云端组态方法，属于物联网组态技术。

背景技术

随着近年来国家对物联网技术大力推广，生产制造、环保水务、电力等行业对数字化、网络化、智能化需求更为强烈，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的智能化服务体系是众多企业当前的重要目标。目前市场上主要的组态软件是用在工业自动化控制领域，实现人机交互，此方法具备实时同步和画面总览的能力，但使用过程存在如下缺点：

（1）依赖性强：绝大多数组态硬件依赖与人机界面设备（HMI），软件***依赖于Windows和Andriod***，且组态软件需要进行安装。

（2）实施效率低：大多数需要根据现场工况进行编程，针对设备不同、配置需求不同，需要采用不同编程的手段进行实现，不能做到通过简单拖拽实现。

（3）通用性弱：由于目前市场上流行的组态产品众多，存在品牌间的差异性，如果一个应用场景中包含多种型号的设备，一种组态软件可能由于无法对接全部数据导致无法实施，需要现场改造才能使用；并且画面只能在本地人机界面设备上查看，无法在远程电脑或移动端监控数据。

（4）远程操控能力差：大多数需要本地配置或编程形成组态界面，发布成功后需要在本地人机交互界面设备（HMI）或服务器端进行预览，不能远程操控。

（5）数据分析能力有限：由于人机界面设备本地存储有限无法存储大量数据，对需要做长期数据存储和分析的场景支持度有限。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于物联网中间件的云端组态方法，解决现在市面组态产品远程操控能力差、实施效率低、通用性弱、依赖性强和数据分析能力有限的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于物联网中间件的云端组态方法，物联网采集的现场设备的动态数据源先经中间件进行格式统一（以屏蔽设备通信差异化问题）后上传至云端，实现云端数据的实时更新；云端提供构建组态应用服务、数据存储服务和数据分析服务，对物联网提供的动态数据源进行采集、存储和分析；

所述组态应用服务通过云端为用户提供组态编辑界面，用户通过远程访问在组态编辑界面中布局与物联网场景一致的组态界面，并为组态界面配置与现场设备匹配的动态数据源，组态界面和动态数据源联动以形成数据驱动的场景组态；在组态编辑界面对场景组态中的元件控件进行事件绑定并产生请求指令；云端将请求指令转换为控制指令对现场设备进行控制；

所述组态编辑界面包括组态画布、工具面板、快捷工具面板、控件面板和属性/事件面板，控件库中包括模拟现场设备的元件控件、状态与控制控件、图表控件、时间与视频控件，控件库中的控件以图标方式展现在控件面板上，通过双击或拖拽的方式将控件面板上选中的控件添加到组态画布上，通过属性/事件面板对组态画布上选中的控件进行属性设置，通过属性/事件面板对组态画布上选中的元件控件进行事件绑定。

优选的，云端接收到的动态数据源通过websocket技术推送到组态编辑界面；组态编辑界面根据现场设备匹配ID匹配元件控件完成状态刷新，在组态编辑界面设置完成的携带现场设备匹配ID的请求指令通过http协议发送给云端；云端通过控件绑定数据的方法以MQTT协议下发控制指令给中间件，以控制现场设备。

优选的，工具面板上的功能按键采用Toolbar对象和Menus对象构建，功能按键包含文件、编辑、查看、调整图形和其他按键，文件按键封装组态文件导入导出的功能，编辑按键封装对图形文件进行包含回退、复制、粘贴、删除、数据样式编辑和图形锁定操作的功能，查看按键封装对图形文件和组态文件进行展示的功能，调整图形按键封装对图形文件进行包含旋转、对齐、布局和组合操作的功能，其他按键封装用于连接复制功能开关和编辑图标操作的功能。快捷工具面板的构建方式与工具面板相同，其作用是将常用工具直接展示在组态编辑界面上，无需打开工具面板直接点击快捷工具面板拾取即可使用。

优选的，控件面板上的控件采用Sidebar对象构建，包括构建控件模型和填充控件模型，使用Sidebar.prototype.createEdgeTemplateEntry(style, width, height,value, title, showLabel, tags, allowCellsInserted)函数构建控件模型，使用Sidebar.prototype.addGeneralPalette( )函数填充控件模型，控件面板上的控件以SVG文件保存。

具体的，控件构造描述均由xml生成document控件对象，生成控件对象属性配置均由此xml节点对象保存；控件栏加载控件来解析xml中的对象配置来绘制cell来初始化控件；初始化的过程中进行事件的绑定；所有绘制的控件由原生构造封装载入工具栏。

所述状态与控制控件包括开关控件、按钮控件、状态指示灯控件、管道状态控件、液位仪控件和温度计控件。实时的动态控件除上述基本功能外，还具备数据绑定的控件复活。目前使用webSocket的实时推送方式接入数据，Websocket.send("{linkStatus:’订阅标志’, topic:'消息主题',socketDT:’链接类型’,...}")实现打开Websockets数据通道链接（说明：send()发送订阅请求），然由sockect.open()（说明：请求订阅成功后，通过open打开消息通道）接收实时数据通过控件中的cell属性中的数据身份识别刷值。最终sockect.close()（说明：关闭退出时通过close关闭消息通道）关闭数据通道。此外实时控件中还由拓展控件可控制下发的开关和按钮的事件型控件，描述如下：事件开关和按钮可事件绑定；开关实现监听click单击触发ON/OFF开关，而按钮则是通过监听pointerdown按下和pointerup抬起实现按钮点击和释放两种状态的事件触发，实现数值的控制下发。

所述图表控件包括饼图控件、折线图控件、柱状图控件、环形图控件、统计表控件和指标卡控件；图表控件展示的是历史数据，对历史数据的分析基于图形专家echarts绘制，通过echarts.init( ).setOption({tooltip:{ },legend:{ },series:[ ]})函数初始化并实例图形对象（说明：通过设置tooltip标题，legend悬浮提示，series数点位置等主体参数配置作为入参借助init实例化，支持根据数据的动态变化动态展示统计图）。

历史数据控件需要进行数据交互时，组态界面添加历史数据控件配置数据查询条件后，向服务端请求数据，服务端通过查询条件筛选出数据返回到组态界面，完成数据展示。

所述时间与视频控件包括数字时钟控件、数码管控件、视频控件和实时数据控件，实时数据控件包括状态控制控件和视频时间控件；使用setInterval( )函数刷新，使用newDate( ).Format( )函数转化当前时间，使用new LedStyle(width, height ,控件对象,字体样式,字体风格)初始化数码管，使用new EZuikit.EZUIPlayer('myPlayer')函数初始化视频对象，初始前通过src属性将所要播放的视频地址配置进播放器。

还有基本控件包括图表控件、文本控件和形状控件，基本控件作为基础的静态控件，只可做基本的风格、样式、排版修饰。例如：控件整体的风格样式进行色值填充实现风格切换设置。文字的排版布局和对齐方式；控件基于整个svg画布的位置，即为定位设置。样式主要是风格、色值、阴影层、高亮等设置。

优选的，控件构造的描述均由xml文件生成document文件，使用：

prototype.paintVertexShape( ) 函数（说明：考虑到控件在组态画布展示、大小、位置便于实例）：在组态画布上显示控件，通过该函数将SVG文件解析到组态画布上，paintVertexShape(c,x,y,w,h)函数提供了5个入参来设置控件在组态画布上的基础展示，c为控件对象，x和y为基于组态画布的x轴和y轴位置， w和h为组态画布中控件的宽和高；绘制控件能够实现组态画布中的控件展示，也可修饰控件样式和呈现内容；

DataFormatPanel.prototype.addFont( )函数：修饰组态画布上控件的样式，包括对文字、背景、边框和布局的修饰；

控件除基础展示外，还可设置控件样式效果和使用体验，addFont(container)函数就可提供这样的控件对象入参修饰，能够从文字的角度提供风格、大小、字体、对齐方式等设置，从背景的角度提供颜色填充、背景插图、控件高亮、阴影层等设置，从整体组态的角度提供宽高、位置等布局设置；

editorUi.getFileData( )函数：先将当前组态画布上的内容压缩成xml文件，再将xml文件转换成Base64格式，最后通过xmlConfig配置形成xmlConfig配置的xml文件，将xmlConfig配置的xml文件存入数据库，方便组态的便捷存储、更简便的加载运行；createFileData(node, graph, file, url, forceXml, forceSvg, forceHtml)函数能够实现将画布压缩成一个节点对象的配置文件，node为组态的node节点对象，graph为对应的组态图，file为生成的文件，url为保存的位置，forceXml表示是否压缩成xml文件，forceSvg表示是否压缩成svg缩略图，forceHtml表示是否压缩成html文件；

editorUi.openLocalFile(xmlConfig)函数：用于解析xml文件的xmlConfig配置；

decodeURIComponent(xmlConfig)函数：基于xmlConfig配置将xml文件解析成xml节点文件；将xml节点文件加载在组态画布上。

本发明还涉及使用到了其他一些常用的函数，比如：

控件引用描述mxUtils.extend( )（说明：所有的控件都是基于基础的模型对象，再做拓展特性延伸的，此处mxUtils.extend就是负责做这样的事）会实例化控件模板赋值到svg画布中。

有益效果：本发明提供的基于物联网中间件的云端组态方法，相对于现有技术，具有如下优势：1、依赖性方面：使用网页浏览器就可完成组态配置，只要支持浏览器的终端设备都可以使用；2、实施效率方面：通过拖拽控件方式生成组态画面，无需编程；3、通用性方面：基于中间件强大设备接入能力，屏蔽了设备通信差异化问题，统一将设备数据上传云端，并提供标准数据接口给组态界面；4、远程操控能力方面：支持远程云端部署、远程配置和远程数据监控与控制的特点，不需要现场实施；5、数据分析能力方面：云端组态数据基于云端时序数据库存储量无限，各种分析维度的查询都可支持，展示控件的丰富性也由于使用浏览器展示各种样式和渲染效果都能支持；6、本发明同时支持组态画面导入导出和模板存储功能，能做到一次组态重复利用，可以节约大量组态配置时间。

附图说明

图1为本发明组态界面的框架布局示意图；

图2为本发明组态截面配置操作流程示意图；

图3为本发明的数据交互流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种基于物联网中间件的云端组态方法，物联网采集的现场设备的动态数据源先经中间件进行格式统一后上传至云端，实现云端数据的实时更新；云端提供构建组态应用服务、数据存储服务和数据分析服务，对物联网提供的动态数据源进行采集、存储和分析；所述组态应用服务通过云端为用户提供组态编辑界面，用户通过远程访问在组态编辑界面中布局与物联网场景一致的组态界面，并为组态界面配置与现场设备匹配的动态数据源，组态界面和动态数据源联动以形成数据驱动的场景组态；在组态编辑界面对场景组态中的元件控件进行事件绑定并产生请求指令；云端将请求指令转换为控制指令对现场设备进行控制；所述组态编辑界面包括组态画布、工具面板、控件面板和属性/事件面板，控件库中包括模拟现场设备的元件控件、状态与控制控件、图表控件、时间与视频控件，控件库中的控件以图标方式展现在控件面板上，通过双击或拖拽的方式将控件面板上选中的控件添加到组态画布上，通过属性/事件面板对组态画布上选中的控件进行属性设置，通过属性/事件面板对组态画布上选中的元件控件进行事件绑定。

该方法，使用者可零编程、简易用、组配灵活；组态画面实现可视化数据监控；该方法适用于可视化应用、大屏监控等场景。可基于如下流程设计本发明方法：

流程1、控件构造描述均由xml生成document控件对象，生成控件对象属性配置均由此xml节点对象保存。控件栏加载控件来解析xml中的对象配置来绘制cell来初始化控件；初始化的过程中进行事件的绑定。所有绘制的控件由原生构造封装载入工具栏。

流程2、控件引用描述mxUtils.extend( )实例化控件模板赋值到svg画布中，控件模板.prototype.paintVertexShape( )函数绘制控件实现画布中的控件展示。也可通过控件模板.prototype.foreground( )函数来修饰控件样式和呈现内容。说明：所有的控件都是基于基础的模型对象，再做拓展特性延伸的，此处mxUtils.extend( )就是负责做这样的事。

流程3、本案也可自定义修饰控件，目前提供两处维度对控件的修饰。DataFormatPanel.prototype.addFont ( )函数提供了样式修饰（文字、背景、边框、布局等）；DataFormatPanel.prototype.addFunction( )函数提供了功能应用绑定（例如数据绑定、视频绑定等）。editorUi.editor.graph.refresh( )函数更新生效配置重绘控件（修饰配置都将已属性配置的形式写入xml配置文件）。

流程4、本案作为组态工具（基于svg画布展示）。实现通过运行解析后的配置参数加载组态。说明：获取到的加密文件解析成xml文件，从而加载组态至画布。

本案主要包括四大类控件：

（1）基本控件（图表、文本、形状）

基本控件作为基础的静态控件，只可做基本的风格、样式、排版修饰。例如：对控件整体的风格样式进行色值填充实现风格切换设置。文字的排版布局和对齐方式；设置控件基于整个svg画布的位置，即为定位设置。样式主要是风格、色值、阴影层、高亮等设置。

（2）状态控制（开关、按钮、状态指示灯、管道状态、液位仪、温度计）

实时的动态控件除上述基本功能外，还具备数据绑定的控件复活。目前使用webSocket的实时推送方式接入数据，Websocket.send("{linkStatus:’订阅标志’,topic:'消息主题',socketDT:’链接类型’,...}")（说明：send()发送订阅请求）实现打开Websockets数据通道链接，然由sockect.open()（说明：请求订阅成功后，通过open打开消息通道）接收实时数据通过控件中的cell属性中的数据身份识别刷值。最终sockect.close()（说明：关闭退出时通过close关闭消息通道）关闭数据通道。此外实时控件中还由拓展控件可控制下发的开关和按钮的事件型控件，描述如下：事件开关和按钮可事件绑定；开关实现监听click单击触发ON/OFF开关，而按钮则是通过监听pointerdown按下和pointerup抬起实现按钮点击和释放两种状态的事件触发，实现数值的控制下发。

（3）分析统计（饼图、折线图、柱状图、环形图、统计表、指标卡）

分析的动态控件除上述基本功能外，还具备数据绑定的控件分析。分析图形基于图形专家echarts绘制。echarts.init().setOption({tooltip:{},legend:{},series:[]})函数（说明：通过设置tooltip标题，legend悬浮提示，series数点位置等主体参数配置作为入参借助init实例化，支持根据数据的动态变化动态展示统计图）初始化并实例图形对象。

（4）视频时间（数字时钟、数码管、视频）

拓展控件较为特殊。时间控件据以setInterval()函数刷新，new Date().Format()函数转化当前时间；new LedStyle(width, height ,控件对象,字体样式,字体风格)初始化数码管，其数据绑定与上述的实时动态控件相似。new EZuikit.EZUIPlayer('myPlayer')初始化视频对象，初始前通过src属性将所要播放的视频地址配置进播放器即可。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于物联网中间件的云端组态方法，其特征在于：物联网采集的现场设备的动态数据源先经中间件进行格式统一后上传至云端，实现云端数据的实时更新；云端提供构建组态应用服务、数据存储服务和数据分析服务，对物联网提供的动态数据源进行采集、存储和分析；

云端接收到的动态数据源通过websocket技术推送到组态编辑界面；组态编辑界面根据现场设备匹配ID匹配元件控件完成状态刷新，在组态编辑界面设置完成的携带现场设备匹配ID的请求指令通过http协议发送给云端；云端通过控件绑定数据的方法以MQTT协议下发控制指令给中间件，以控制现场设备；

所述组态应用服务通过云端为用户提供组态编辑界面，用户通过远程访问在组态编辑界面中布局与物联网场景一致的组态界面，并为组态界面配置与现场设备匹配的动态数据源，组态界面和动态数据源联动以形成数据驱动的场景组态；在组态编辑界面对场景组态中的元件控件进行事件绑定并产生请求指令；云端将请求指令转换为控制指令对现场设备进行控制；

所述组态编辑界面包括组态画布、工具面板、控件面板和属性/事件面板，控件库中包括模拟现场设备的元件控件、状态与控制控件、图表控件、时间与视频控件，控件库中的控件以图标方式展现在控件面板上，通过双击或拖拽的方式将控件面板上选中的控件添加到组态画布上，通过属性/事件面板对组态画布上选中的控件进行属性设置，通过属性/事件面板对组态画布上选中的元件控件进行事件绑定；

所述状态与控制控件包括开关控件、按钮控件、状态指示灯控件、管道状态控件、液位仪控件和温度计控件，图表控件包括饼图控件、折线图控件、柱状图控件、环形图控件、统计表控件和指标卡控件，时间与视频控件包括数字时钟控件、数码管控件、视频控件和实时数据控件，实时数据控件包括状态控制控件和视频时间控件；

开关控件能够监听单击触发开关开或关两种状态的事件，按钮控件能够监听按下和抬起触发按钮点击和释放两种状态的事件。

2.根据权利要求1所述的基于物联网中间件的云端组态方法，其特征在于：工具面板上的功能按键采用Toolbar对象和Menus对象构建，功能按键包含文件、编辑、查看和调整图形按键，文件按键封装组态文件导入导出的功能，编辑按键封装对图形文件进行包含回退、复制、粘贴、删除、数据样式编辑和图形锁定操作的功能，查看按键封装对图形文件和组态文件进行展示的功能，调整图形按键封装对图形文件进行包含旋转、对齐、布局和组合操作的功能。

3.根据权利要求1所述的基于物联网中间件的云端组态方法，其特征在于：控件面板上的控件采用Sidebar对象构建，包括构建控件模型和填充控件模型，使用Sidebar.prototype.createEdgeTemplateEntry( )函数构建控件模型，使用Sidebar.prototype.addGeneralPalette( )函数填充控件模型，控件面板上的控件以SVG文件保存。

4.根据权利要求1所述的基于物联网中间件的云端组态方法，其特征在于：控件构造的描述均由xml文件生成document文件，使用：

prototype.paintVertexShape( ) 函数：在组态画布上显示控件；

DataFormatPanel.prototype.addFont( )函数：修饰组态画布上控件的样式，包括对文字、背景、边框和布局的修饰；

editorUi.getFileData( )函数：先将当前组态画布上的内容压缩成xml文件，再将xml文件转换成Base64格式，最后通过xmlConfig配置形成xmlConfig配置的xml文件，将xmlConfig配置的xml文件存入数据库；

editorUi.openLocalFile(xmlConfig)函数：用于解析xml文件的xmlConfig配置；

decodeURIComponent(xmlConfig)函数：基于xmlConfig配置将xml文件解析成xml节点文件，将xml节点文件加载在组态画布上。

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