工控数据融合采集系统的制作方法

本实用新型涉及工业控制领域，特别涉及一种工控数据融合采集系统。

背景技术：

随着工业互联网技术的发展，其应用范围进一步扩展。随着大数据时代的到来，工业互联网的内部数据称为一项重要的资源，成为大数据分析的基础。如何实现在外网对数据采集的同时，还保证内网数据的安全，一直是工业互联网联网安全的重点。现有技术中大多采用以下方法：

(1)防火墙隔离。防火墙能在一定程度解决多种网络安全问题，但也面临被恶意攻击的可能。其对运维人员的安全技术的要求较高，也存在被黑客攻破的危险。

(2)网闸隔离。网闸部署于两个独立的主机系统或网络，但是部署的成本较高，而且传输容量受到网闸处理能力的限制，带宽瓶颈明显。如果要实现千兆级网络需要多路网闸并联，成本直接成倍增加。

(3)单向光纤传输。现有的内外网单向安全传输模块大多采用单向传输光卡，虽然能够解决单向传输问题，但也存在光纤架设成本高、无法灵活配置和提供的适配接口不够丰富的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种工控数据融合采集系统，以至少解决现有工控数据采集中的单向链路实施成本高和数据接口匹配性的问题。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种工控数据融合采集系统，包括：

数据监测子系统，用于对工控系统中的数据进行采集，并将采集数据发送至数据采集网关；

所述数据采集网关，用于对所述采集数据进行转发和隔离；以及

云服务器，用于接收和存储所述采集数据；

所述数据采集网关包括：

数据采集端，用于接收所述采集数据；

数据转发端，用于发送所述采集数据至所述云服务器；

所述数据采集端与所述数据转发端通过单向传输链路进行数据传输，所述采集数据从所述数据采集端单向传输至所述数据转发端，所述单向传输链路包括单工通信的rs232传输线路；

所述数据采集端和数据转发端均包括：数据处理器、数据存储器和数据接口。

可选的，所述数据采集端和所述数据转发端为主机或服务器。

可选的，所述单工通信的rs232传输线路，包括：

所述数据采集端的tx针脚与所述数据转发端的rx针脚相连，

所述数据采集端的gnd针脚与所述数据转发端的gnd针脚相连。

可选的，所述数据采集端的数据接口包括：rs232接口、rs485接口和rj45接口中的一种或多种。

可选的，所述数据转发端的数据接口包括：rj45接口。

可选的，所述数据采集端和数据转发端均包括调试接口，所述调试接口用于连接调试设备，接收调试数据。

可选的，所述数据监测子系统包括第一数据加密卡；所述数据采集端包括与所述数据第一加密卡对应设置的第一数据解密卡。

可选的，所述数据转发端包括第二数据加密卡和第三数据解密卡；所述云服务器包括与所述第二数据加密卡相对应的第二数据解密卡，和与所述第三数据解密卡对应的第三数据加密卡。

可选的，所述数据采集端包括协议转换器，所述协议转换器与所述数据采集端的数据接口相连，用于对所述数据接口接收的采集数据进行协议转换。

可选的，所述数据监测子系统中包括：系统服务器、工作站、控制柜以及采集器，所述系统服务器、工作站以及控制柜通过以太网相连，所述采集器与所述控制柜相连。

可选的，还包括网关管理平台，所述网关管理平台与所述数据采集网关的调试接口通信连接，用于对所述数据采集网关进行管理。

可选的，所述云服务器还与监控终端相连，所述监控终端用于实时展示接收到的所述采集数据。

通过本实用新型提供的上述技术方案，使用基于单工rs232的方式保障网络安全，设备成本更低；采集范围更广，可以同时采集生产过程数据、报警事件数据、参数阈值数据等。本实用新型提供的技术方案可广泛应用于dcs及scada等控制系统的数据采集与转存，为工业大数据应用提供基础。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型一种实施方式提供的工控数据融合采集系统的结构示意图；

图2是本实用新型一种实施方式提供的数据采集网关的结构示意图；

图3是本实用新型一种实施方式提供的单向传输链路的端子连接图；

图4是本实用新型一种实施方式提供的数据监测子系统的组网结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

图1是本实用新型一种实施方式提供的工控数据融合采集系统的结构示意图。如图1所示，本实施方式提供了一种工控数据融合采集系统，包括：

数据监测子系统，用于对工控系统中的数据进行采集，并将采集数据发送至数据采集网关；

所述数据采集网关，用于对所述采集数据进行转发和隔离；以及

云服务器，用于接收和存储所述采集数据；

所述数据采集网关包括：数据采集端，用于接收所述采集数据；数据转发端，用于发送所述采集数据至所述云服务器；所述数据采集端与所述数据转发端通过单向传输链路进行数据传输，所述采集数据从所述数据采集端单向传输至所述数据转发端，所述单向传输链路包括单工通信的rs232传输线路；所述数据采集端和数据转发端均包括：数据处理器、数据存储器和数据接口。

如此，通过在数据监测子系统和云服务器之间设置数据采集网关，以解决工控系统与云服务器之间的数据安全和数据适配等问题。同时数据采集网关采用数据采集端和数据转发端的分离架构，并在内部采用单向的rs232链路，以避免前述的单向隔离链路的缺点，具有实施简单，可靠性高的优点。数据采集端和数据转发端均包括数据处理器、数据存储器和数据接口，能够进行一定的数据存储功能和数据处理功能，为采集的工控数据的处理提供了硬件基础，通过一定的软件配置，能够实现数据的适配和格式转换。

具体的，数据监测子系统，用于对工控系统中的数据进行采集，并将采集数据发送至数据采集网关；常用的数据监测子系统包括dcs(distributedcontrolsystem，集散控制系统)及scada(supervisorycontrolanddataacquisition，数据采集与监视控制系统)等控制系统。

云服务器，用于接收和存储所述采集数据，其实施硬件为服务器，存储采集数据可以采用数据库服务器。同时基于云服务器的硬件平台，能够提供操作用户接入和大数据分析等软件功能。

所述数据采集网关，用于对所述采集数据进行转发和隔离；采用了内网和外网的分离的架构，其中数据采集端，用于接收所述采集数据；数据转发端，用于发送所述采集数据至所述云服务器；以及单向传输链路，包括单工通信的rs232传输线路，用于将所述采集数据从所述数据采集端单向传输至所述数据转发端；单向链路用于外网至内网之间的数据通道的隔断，以保证内网的安全性。所述数据采集端和数据转发端均包括：数据处理器、数据存储器和数据接口，其提供的硬件环境是数据采集网关的运行基础，当与对应的软件结合后，能够提供协议解析和适配的能力。通过本实施方式中的工控数据融合采集系统，具有安全性高、采集范围广的优点，可广泛应用于dcs及scada等控制系统的数据采集与转存，为工业大数据应用提供基础。

图2是本实用新型一种实施方式提供的数据采集网关的结构示意图，如图2所示，在本实用新型提供的一种实施方式中，所述数据采集端和所述数据转发端为主机或服务器。采用主机或服务器作为数据采集模块和数据转发模块的硬件载体，具有实施方便和集成性好的优点。采用两个主机或服务器，一个工作于内网侧，一个工作于外网侧，两者之间通过单向传输链路相连。而且主机或服务器本身能够提供多种数据接口，同时能够提供数据处理能力，为软件的实施提供标准的硬件环境。

图3是本实用新型一种实施方式提供的单向传输链路的端子连接图，如图3所示，在本实用新型提供的一种实施方式中，所述单工通信的rs232传输线路，包括：所述数据采集端的rs232接口中的tx针脚与所述数据转发端的rs232接口中的rx针脚相连，所述数据采集端的rs232接口中的gnd针脚与所述数据转发端的rs232接口中的gnd针脚相连。在本实施方式中，数据单向传输的硬件基础是由普通rs232改造而来的，通过发送端只接tx线和gnd线，接收端只接rx线和gnd线实现rs232电缆的单工通讯，在数采设备内部的两个独立主机之间采用以上的单向方式，使数据只能从数据采集端传向数据转发端，而不会反向数据传输，从而保证了两台计算机之间的数据单向传输。此单向传输方式也可以应用于数据监测子系统和数据采集端之间，使数据只能从数据监测子系统中的操作员站(工程师站)传向数据采集网关，而不会反向数据传输，在电气上杜绝了从数据采集网关往dcs相关设备写入数据的可能。

在本实用新型提供的一种实施方式中，所述数据采集端的数据接口包括：rs232接口、rs485接口和rj45接口中的一种或多种。数据采集端作为所述数据采集网关的内网侧，需要集成多种常用的接口，数据采集端提供的数据接口提供rs232接口、rs485接口和rj45接口等端口，能够满足内网的数据接入需求。

在本实用新型提供的一种实施方式中，所述数据转发端的数据接口包括：rj45接口。数据转发端作为数据采集网关的外网侧，主要作用是将采集数据发送至云服务器，采用常见的rj45接口，能够方便快速地接入局域网或广域网，利用运营商提供的现有网络，实现数据的内部传输或长途传输。

在本实用新型提供的一种实施方式中，所述数据采集端和数据转发端均包括调试接口，所述调试接口用于连接调试设备，接收调试数据。通过设置调试接口，能够实现数据采集网关的远程配置、运行状态监控、日志获取以及其他管理操作，并为远程管理或者集中管理提供硬件基础。

在本实用新型提供的一种实施方式中，所述数据监测子系统包括第一数据加密卡；所述数据采集端包括与所述数据第一加密卡对应设置的第一数据解密卡。为了保证数据在传输过程中的安全性，优选对数据进行加密传输。本实施方式优选为硬件加密。在数据转发端与云服务器之间的数据通信中采用加密数据，能够提升数据传输的安全性。因此在数据转发端和云服务器上设置对应的数据加密卡和数据解密卡，以实现数据的加密传输。例如，在前述的主机上添加pci/pci-e接口加解密卡，内嵌高性能硬件密码运算模块，能够利用总线的突发模式实现大数据块的加解密运算。由于采用了通用的pci/pci-e的局部总线接口，可以方便地嵌入到各种形式的计算机系统中，如pc机、笔记本、各种服务器和各种掌上电子设备等。

在本实用新型提供的一种实施方式中，所述数据转发端包括第二数据加密卡和第三数据解密卡；所述云服务器包括与所述第二数据加密卡相对应的第二数据解密卡，和与所述第三数据解密卡对应的第三数据加密卡。与前述的实施方式类似，在数据转发端与云服务器之间的数据通信中采用加密数据，能够提升数据传输的安全性。因此在数据转发端和云服务器上设置对应的数据加密卡和数据解密卡，以实现数据的加密传输。具体实施方式见前述。

在本实用新型提供的一种实施方式中，所述数据采集端包括协议转换器，所述协议转换器与所述数据采集端的数据接口相连，用于对所述数据接口接收的采集数据进行协议转换。如前所述，数据采集端的接口包括，其通过rs232接口与数据转发端相连，其中的通信协议上的转化，可以通过软件进行解析后封装实现，也可以通过硬件进行硬件协议转化来实现。在本实用新型中，采用协议转换器来实现。工业通信需要多个设备之间的信息共享和数据交换，而常用的工控设备通信口有rs-232、rs-485、can和以太网络，由于各接口协议不同，使得异构网络之间的操作和信息交换难以进行，通过多协议转换器可以将不同接口设备组网,实现设备间的互操作。基于多种通信口和各种协议，形成种类繁多的协议转换器。主要类别有e1/以太网协议转换器、rs-232/485/422/can转换器/rs-232/485/can转换器等。实施过程中需要根据实际的应用场景选用合适的协议转换器。

图4是本实用新型一种实施方式提供的数据监测子系统的组网结构示意图，如图4所示，在本实用新型提供的一种实施方式中，所述数据监测子系统中包括：系统服务器、工作站、控制柜以及采集器，所述系统服务器、工作站以及控制柜通过以太网相连，所述采集器与所述控制柜相连。以图4中一个标准数据采集方案为例，系统中包括系统服务器、工作站(操作员站属于工作站的一种)和控制柜，通过以太网组网连接。同时控制柜下挂有多个采集器，用于采集工控数据。实际上，系统服务器、工作站和操作员站的硬件同为服务器，只是各自的功能不同。

在本实用新型提供的一种实施方式中，还包括网关管理平台，所述网关管理平台与所述数据采集网关通信连接，用于对所述数据采集网关进行管理。为了对网络中的一个或多个数据采集网关进行统一的远程管理，本实施方式提供了网关管理平台，其通过网络与数据采集网关的调试接口相连，使操作人员在网关管理平台进行操作，实现数据采集网关的远程配置、运行状态监控、日志获取以及其他管理操作。在网关管理平台上运行“网管系统”，实现对现场布置的数据采集网关的统一管理。通常，数据采集端仅通过rs232电缆与数据转发端连接，以实现数据从数据采集端向数据转发端的单向传输。当需要对“数据采集端”进行远程维护时，接通调试电缆，通过调试电缆，将数据采集端与数据转发端连接，实现从数据转发端到数据采集端的数据和命令传输。调试完毕将调试电缆撤掉，保证内网计算机与外网的隔离。

在本实用新型提供的一种实施方式中，所述云服务器还与监控终端相连，所述监控终端用于实时展示接收到的所述采集数据。此处的监控终端包括监控室的大屏幕，固定终端以及能够访问云服务器的移动终端，移动终端能够提供适配的app对工控数据进行查看。通过多种监控终端与云服务器之间的连接，使操作人员能够方便实时地查看工控数据。

以下对工控数据融合采集系统中不同格式的采集数据的处理过程进行说明：

1)报表“打印”的数据采集方案

i.解析文本打印机打印出的“文件”，加密后通过com口(rs232类型)发送到数据采集网关；

ii.数据采集网关的接收接口为com口(rs232类型)，采集数据到达后，经过解密，通过单向传输将数据摆渡到数据转发端，然后由数据转发端通过以太网转存到云端的服务器。

2)标准opc接口的数采方案

i.在数据监测子系统中的工程师站/操作员站上接收来自opcserver的opc数据包，加密后通过“串口”(硬件com口)发出。

ii.数据采集网关的接收接口为com口(硬件com口)，opc数据包到达后，经过解密后，通过单向传输将数据摆渡到数据转发端，然后由数据转发端通过以太网转存到云端的服务器。

3)modbus接口的数采方案

i.对于支持modbusrtu(或tcp)的控制系统或设备，通过rs485接口(或rj45)直接接入数据采集网关，进行数据采集，数据采集网关作为主站(modbusrtu)和client(modbustcp)发出读指令进行相应的数据读取。

ii.数据采集网关的接收接口为rs485接口(或rj45)，现场数据到达后，数据采集端对采集到的16位或32位二进制数据按相应格式转换为十进制，并进行量程转换和报警生成等计算，经过加密后由数据转发端通过以太网转存到云端的服务器。

通过以上实施方式，能够提供并在内部采用单向的rs232链路，以避免前述的单向隔离链路的缺点，具有实施简单，可靠性高的优点。数据采集端和数据转发端均包括数据处理器、数据存储器和数据接口，能够进行一定的数据存储功能和数据处理功能，为采集的工控数据的处理提供了硬件基础，通过一定的软件配置，能够实现数据的适配和格式转换。

以上结合附图详细描述了本实用新型实施例的可选实施方式，但是，本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施例的技术构思范围内，可以对本实用新型实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。