上海航天能源股份有限公司 肖廣清

實現(xiàn)燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)采集完整性的兩種解決方案

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燃?xì)夤驹诓杉芫W(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點的數(shù)據(jù)過程中由于線路或部分設(shè)備故障，故障時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)不容易采集到，給燃?xì)夤镜倪\營管理帶來了不便。文章介紹了保障數(shù)據(jù)完整性采用的兩種方案，可以很好的解決數(shù)據(jù)完整性的問題。

數(shù)據(jù) 完整性 補(bǔ)傳 燃?xì)夤芫W(wǎng)

0 背景

燃?xì)夤緸榱吮Ｕ先細(xì)夤芫W(wǎng)的運營安全，有必要采集管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點的數(shù)據(jù)，然后對相應(yīng)數(shù)據(jù)分析來合理調(diào)度氣量的使用，然而目前市面上有很多數(shù)據(jù)采集軟件在現(xiàn)場出現(xiàn)故障時卻不能采集到故障時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)。

上海航天能源股份有限公司開發(fā)了幾款軟件用于采集管網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)，可以采用兩種不同方案采集故障時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)。

第一種方案是數(shù)據(jù)中心(簡稱中心)對數(shù)據(jù)上傳的頁碼進(jìn)行記錄，對于有缺頁情況會發(fā)送相應(yīng)指令到下位儀表，要求補(bǔ)傳對應(yīng)缺頁的數(shù)據(jù)。

第二種方案是下位儀表對于出現(xiàn)故障不能及時上傳到中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲。當(dāng)故障解除以后，儀表再把故障期間存儲的數(shù)據(jù)主動上傳。

1 數(shù)據(jù)補(bǔ)傳的兩種方案

數(shù)據(jù)補(bǔ)傳包括中心主動發(fā)送指令要求儀表補(bǔ)傳對應(yīng)的頁碼和下位設(shè)備主動發(fā)送故障期間的數(shù)據(jù)兩種方案。

1.1 上位主動采集

上位主動采集實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性需要通過中心和設(shè)備程序的配合?，F(xiàn)場設(shè)備對采集的數(shù)據(jù)會分配頁碼。下位設(shè)備每次往中心發(fā)送的頁碼與上次發(fā)送的頁碼都是不一樣的。中心對接收的頁碼進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)上次的頁碼沒有上傳到中心就發(fā)送指令請求現(xiàn)場設(shè)備補(bǔ)傳之前的對應(yīng)頁碼的數(shù)據(jù)。

1.1.1 應(yīng)用場景

儀表發(fā)送數(shù)據(jù)無需中心驗證的情況，可以采用這種方案，航天能源據(jù)此開發(fā)了一款無線壓力記錄儀產(chǎn)品。該產(chǎn)品電源使用電池的方式，可以使用在現(xiàn)場無市電的場合。儀表定時記錄現(xiàn)場采集的壓力數(shù)據(jù)，為了延長電池的使用壽命儀表默認(rèn)關(guān)閉GPRS模塊。儀表按照設(shè)定的時間間隔定時啟動GPRS模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。為了數(shù)據(jù)能夠快速發(fā)送到中心，協(xié)議采用無應(yīng)答的方式，見圖1。

圖1 無線壓力儀表上傳數(shù)據(jù)流程

由于以原因會導(dǎo)致數(shù)據(jù)沒有上傳到中心：

(1)網(wǎng)絡(luò)延遲。如儀表可能往中心發(fā)送了10幀數(shù)據(jù)，但是中心只接收到了9幀。

(2)絡(luò)不穩(wěn)定掉線。儀表每次上線要求把上次上線與本次上線時間段內(nèi)的采集數(shù)據(jù)全部上傳到中心，但是上傳過程中由于掉線只上傳了一部分?jǐn)?shù)據(jù)，沒有上傳完。

(3)中心服務(wù)器關(guān)閉或故障。中心服務(wù)器關(guān)閉或故障情況下，儀表發(fā)到中心的指令會沒有接收方。儀表只要再次上線，中心會判斷之前是否有頁碼沒有上傳到中心。如果有就發(fā)送指令要求儀表上傳對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

1.1.2 實現(xiàn)原理

1.1.2.1 數(shù)據(jù)庫表內(nèi)容

數(shù)據(jù)庫中有一張表用于存儲每個儀表頁碼上線情況，每個儀表的頁碼范圍從201到4095。對應(yīng)頁碼上線后對應(yīng)上線次數(shù)置為1，如表1所示

表1 數(shù)據(jù)表頁碼上傳

1.1.2.2 上位軟件啟動

從數(shù)據(jù)庫表中讀取之前的頁碼上傳記錄。包括所有頁碼的上傳情況，每個儀表生成一個數(shù)組iPage[4096]。

1.1.2.3 接收采樣數(shù)據(jù)

更新表pageUpload中對應(yīng)儀表對應(yīng)頁碼的上傳次數(shù)。當(dāng)采樣數(shù)據(jù)頁=本次上線最大頁碼時，判斷需要補(bǔ)傳的頁碼，然后把補(bǔ)傳指令發(fā)送到儀表。

對于如何判斷需要補(bǔ)傳的頁碼，目前是以本次采樣的最大頁碼為依據(jù)，只補(bǔ)傳前630頁以內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)，補(bǔ)傳頁碼判斷結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 補(bǔ)傳頁碼判斷結(jié)構(gòu)

630頁以外的變量上線次數(shù)全部置0，檢查對應(yīng)站的數(shù)組iPage[4096]。

1.2 下位儀表主動補(bǔ)傳

下位儀表主動補(bǔ)傳實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性需要中心和設(shè)備程序的配合，雙方共同遵守標(biāo)準(zhǔn)modbus TCP協(xié)議。中心會定時采集現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)。由于發(fā)現(xiàn)線路故障等原因。下位儀表接收不到中心發(fā)送的請求指令，當(dāng)連續(xù)間隔5 min下位儀表沒有接收到中心的請求指令，下位儀表開始定時存儲采樣數(shù)據(jù)。當(dāng)故障解除以后。下位儀表會把存儲的數(shù)據(jù)主動上傳到中心。

1.2.1 應(yīng)用場景

中心主動采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。中心發(fā)送請求幀，儀表接收到請求幀后發(fā)送回復(fù)幀，可以采用這種方案。航天能源在實施SCADA系統(tǒng)中，對于現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)一般要求實時采集。為了保證數(shù)據(jù)采集的可靠性，我們一般采用modbus協(xié)議。Modbus協(xié)議是一種應(yīng)答方式的協(xié)議，如圖3所示。

圖3 SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集流程

中心發(fā)送采集請求指令后必須接收到正確的應(yīng)答幀才代表本次采集數(shù)據(jù)完成，否則中心會再次發(fā)送同樣的請求幀，連發(fā)三次，直到成功?，F(xiàn)場儀表接收到請求幀后會重新計時，如果連續(xù)5分鐘沒有再次接收到請求指令，儀表會定時采樣存儲數(shù)據(jù)。當(dāng)儀表再次接收到請求指令，儀表會主動把采樣存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送到中心。一般由于以下原因會導(dǎo)致儀表接收不到中心的請求幀：

(1)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定掉線。中心會定時發(fā)送采集數(shù)據(jù)請求指令。但是由于網(wǎng)絡(luò)掉線，中心發(fā)送的指令不能下發(fā)到儀表。

(2)中心服務(wù)器關(guān)閉或故障。中心服務(wù)器關(guān)閉或故障情況下，儀表發(fā)到中心的指令會沒有接收方。

(3)儀表GPRS模塊不在線。對于無線的情況，PLC等儀表雖然在線，當(dāng)時數(shù)據(jù)發(fā)送模塊GPRS故障導(dǎo)致接收不到中心發(fā)送的請求幀。

1.2.2 原理實現(xiàn)

單次通訊周期流程如下：

(1)正常通訊時，中心軟件向下位儀表寫系統(tǒng)時間，儀表會保存系統(tǒng)時間到一個固定的地址區(qū)；中心軟件讀、寫下位儀表數(shù)據(jù)，儀表回復(fù)數(shù)據(jù)或執(zhí)行控制指令。

(2)儀表對中心下發(fā)的系統(tǒng)時間與儀表本身系統(tǒng)時間比較(通訊故障判斷)，如果大于約定時間(默認(rèn)5 min)，采樣數(shù)據(jù)并存放到儀表歷史數(shù)據(jù)文件中。

(3)儀表對中心發(fā)送的系統(tǒng)時間與儀表系統(tǒng)時間一致(偏差10 s以內(nèi))，儀表主動發(fā)送補(bǔ)傳數(shù)據(jù)(通訊格式見表2)。

表2 補(bǔ)傳指令格式

由于正常的控制指令字節(jié)個數(shù)小于20字節(jié)。當(dāng)中心接收到大于20字節(jié)的指令并且符合補(bǔ)傳數(shù)據(jù)格式，那么就認(rèn)為是補(bǔ)傳數(shù)據(jù)。中心接收到補(bǔ)傳數(shù)據(jù)直接保存到數(shù)據(jù)庫中。

2 結(jié)語

數(shù)據(jù)采集的完整既可以通過中心軟件主動發(fā)送補(bǔ)傳指令來實現(xiàn)也可以通過下位儀表主動記錄數(shù)據(jù)然后發(fā)送數(shù)據(jù)到中心來實現(xiàn)。這兩種實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集完整性的方案各有各的應(yīng)用場合。航天能源在具體項目中根據(jù)項目的實際情況采樣這兩種方法中的一種，有力的提高了航天能源信息系統(tǒng)的健壯性和數(shù)據(jù)的完整性。

Two Solutions of the Integrity for Data Acquisition of Gas Pipeline Network

Shanghai Aerospace Energy Co., Ltd. Xiao Guangqing

Datum can’t be acquainted when line faults or equipment failures in the process of acquainting key datum of gas pipeline networks, which bring difficulties for gas operation management. Two solutions have been introduced, which can keep the integrity of datum.

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