一种虚实结合的设备状态模拟与监控方法与流程

1.本发明涉及一种在物流场区物资输转半实物仿真过程中，在对涉及真实转运设备的运行状态进行监控的同时对系统内涉及的其余转运设备进行状态模拟与仿真技术。


背景技术：

2.在某物资输转系统物资转运流程模拟仿真场地的规划与建设过程中，在预算和允许占地有限的情况下，不可能采用全实物的方式安装系统内需配置的全部输转设备。因此，在建设之初即确定：系统中的输转设备在实际建设中仅安装3部实物，其余设备在流程试验中的运行逻辑均以信息模拟的方式进行替代。
3.同时，在某舰载物资输转系统的日常训练过程中，在展示整个系统的运行特征的同时不能因设备的运行影响其它部门的日常业务活动，用户需要在对特定转运设备进行实操的同时对部分设备采用模拟运行的方式进行替代，实现系统内多设备衔接、交替运行的系统训练效果。
4.上述需求均要求系统所属设备监控软件在对部分设备运作状态进行监控的同时，对部分设备的运行状态进行模拟，使系统信息流以虚实结合的方式进行工作。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，提供一种虚实结合的设备状态模拟与监控方法。
6.本发明的目的是以下述方式实现的：一种虚实结合的设备状态模拟与监控方法，所述方法包括：s1：上层业务软件向设备监控软件发送报文，所述报文包括“设备状态查询信息”、“设备操控指令下达信息”；s2：设备监控软件接收到“设备操控指令下达信息”后，向设备控制器端发送“设备操控信息”的报文；s3：设备监控软件向设备控制器端以一定周期循环发送进行读取申请，设备监控软件接收到“设备状态查询信息”的报文后，发送当前自身内部记录的“设备状态矢量信息”报文；s4：设备控制器端当且仅当接收到“设备状态读取申请信息”的报文后，才向设备监控软件发布“设备运行状态信息”的报文，且最多发送一次，没有接收到“设备状态读取申请信息”的报文时则保持静默不对外发布任何消息；s5：设备监控软件接收到“设备运行状态信息”的报文后，向上层业务软件发送“设备状态矢量信息”的报文；所述报文均包括“控制器通讯协议标识”内容，通过该内容明确当前设备状态采样信息是否为仿真信息；所述监控软件包括：设备状态信息交互逻辑、设备状态信息内存映射和设备状态信息采集代理等功能模块，在设备状态信息采集代理中设置“设备状态软件仿真器”，用于
对虚拟设备的运行状态仿真。
7.监控涉及到的监控对象对应的配置信息中应明确采用的通讯协议以及使用该通讯协议时涉及到的通讯参数；“控制器通讯协议标识”内容应与监控对象配置信息中定义的通讯协议的通讯参数保持一致。
8.每个发送的“设备状态读取申请信息”包含一个唯一的标识字，用以与其它的设备状态查询信息进行区分。
9.所述设备监控软件在向设备控制器发送“设备状态读取申请信息”时，应将配置信息中定义的“控制器通讯协议标识”字段内容赋值到“设备状态读取申请信息”对应的“控制器通讯协议标识”字段中；设备控制器端接收到“设备状态读取申请信息”时，首先对比自身“控制器通讯协议”定义与“设备状态读取申请信息”中“控制器通讯协议标识”字段内容的是否一致，如果不一致则舍弃该信息，如果一致则再进行后续处理。
10.所述设备监控软件中单独分离出“设备状态信息内存映射”部分，在内存中构建存储需监控设备运行状态的容器集合，“设备状态信息采集代理”部分采集到的设备状态信息或设备仿真状态信息保存在该容器内，同时，“设备状态信息交互逻辑”中需对外发布的设备状态信息应从“设备状态信息内存映射”保存的设备状态信息中进行读取。
11.设备监控软件向上层业务软件的设备状态信息发布原则包括主动发布原则和被动发布原则；所述主动发布原则：当前读取到的设备状态与其当前记录的设备状态不同时，则对外进行设备状态的发布；所述被动发布原则：当前接收到“设备状态查询信息”时，则立即对外发送当前记录的对应设备状态信息。
12.本发明的有益效果：通过在“设备状态信息采集代理”中引入“设备状态软件仿真器”，可以灵活地对被监控设备的运行状态进行仿真模拟；在监控涉及的报文中增加“控制器通讯协议标识”内容，可实现在真实设备在线情况下对该设备的状态仿真。
附图说明
13.图1是设备监控模拟功能实现原理示意。
14.图2是设备监控对外交互报文头定义说明。
15.图3是设备状态软件仿真器脚本定义说明。
16.图4是设备状态容器定义示意。
17.图5是基于本发明机制的相关实施例运行示意一。
18.图6是基于本发明机制的相关实施例运行示意二。
19.图7是基于本发明机制的相关实施例运行示意三。
20.图8是基于本发明机制的相关实施例运行示意四。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
22.应该指出，以下详细说明都是例式性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的技术含义相同。
23.一种虚实结合的设备状态模拟与监控方法，所述方法包括：
s1：上层业务软件向设备监控软件发送报文，所述报文包括“设备状态查询信息”、“设备操控指令下达信息”；s2：设备监控软件接收到“设备操控指令下达信息”后，向设备控制器端发送“设备操控信息”的报文；s3：定义设备状态读取申请信息（读取过程），该信息（过程）以一定周期循环发送（执行）进行读取申请（状态读取过程），周期的间隔应可调（长短由控制器端计算资源确定），设备监控软件接收到“设备状态查询信息”的报文后，发送当前自身内部记录的“设备状态矢量信息”报文；s4：设备控制器端当且仅当接收到“设备状态读取申请信息”的报文后，才向设备监控软件发布“设备运行状态信息”的报文，且最多发送一次，没有接收到“设备状态读取申请信息”的报文时则保持静默不对外发布任何消息；s5：设备监控软件接收到“设备运行状态信息”的报文后，向上层业务软件发送“设备状态矢量信息”的报文；为了在对真实设备进行状态信息采集的同时对虚拟设备进行状态模拟，所述报文均包括“控制器通讯协议标识”内容，通过该内容明确当前设备采样是否为仿真；所述监控软件包括：设备状态信息交互逻辑、设备状态信息内存映射和设备状态信息采集代理等功能模块，在设备状态信息采集代理中设置“设备状态软件仿真器”，用于对虚拟设备的运行状态仿真。
24.监控涉及到的监控对象对应的配置信息中应明确采用的通讯协议以及使用该通讯协议时涉及到的通讯参数；“控制器通讯协议标识”内容应与监控对象配置信息中定义的通讯协议的通讯参数保持一致。
25.每个发送的“设备状态读取申请信息”包含一个唯一的标识字，用以与其它的设备的状态查询信息进行区分。
26.所述设备监控软件在向设备控制器发送“设备状态读取申请信息”时，应将配置信息中定义的“控制器通讯协议标识”字段内容赋值到“设备状态读取申请信息”对应的“控制器通讯协议标识”字段中；设备控制器端接收到“设备状态读取申请信息”时，首先对比自身“控制器通讯协议”定义与“设备状态读取申请信息”中“控制器通讯协议标识”字段内容的是否一致，如果不一致则舍弃该信息，如果一致则再进行后续处理。
27.所述设备监控软件中单独分离出“设备状态信息内存映射”部分，在内存中构建存储需监控设备运行状态的容器集合，“设备状态信息采集代理”部分采集到的设备状态信息或设备仿真状态信息保存在该容器内，同时，“设备状态信息交互逻辑”中需对外发布的设备状态信息应从“设备状态信息内存映射”保存的设备状态信息中进行读取。
28.设备监控软件向上层业务软件的设备状态信息发布原则包括主动发布原则和被动发布原则；所述主动发布原则：当前读取到的设备状态与其当前记录的设备状态不同时，则对外进行设备状态的发布；所述被动发布原则：当前接收到“设备状态查询信息”时，则立即对外发送当前记录的对应设备状态信息。
29.实施例：监控涉及六种报文，设备监控软件与设备控制器端：“设备状态读取申请信息”（设备监控软件发送至设备控制器端）、“设备运行状态信息”（设备控制器端发送至设备监控软
件）、“设备操控信息”（设备监控软件发送至设备控制器端）三种；设备监控软件与上层业务软件：“设备状态查询信息”（上层业务软件发送至设备监控软件），“设备操控指令下达信息
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（上层业务软件发送至设备监控软件），“设备状态矢量信息”（设备监控软件发送至上层业务软件）三种。在某设备监控软件的实现当中，监控涉及交互信息定义原则涉及到的6个报文，均采用同样的报文头，报文头中均包括“通讯协议标识”字段，该字段在本实施例中的取值为：s7、udp、udp仿真和软件自仿真四种，如图2所示。
30.四种取值相关含义如下：a)s7：设备控制器使用西门子plc通讯协议进行通讯；b)udp：设备控制器使用udp报文通讯协议进行通讯；c)udp仿真的含义为：设备控制器为软件模拟且与设备监控软件的信息交互通过udp报文通讯协议进行；d)软件自仿真的含义为：设备控制器为软件模拟且模拟器集成在设备监控软件内部，设备状态信息通过设备监控软件内部消息机制完成。
31.设备监控软件与设备控制器在收发报文信息时，报文对应的“通讯协议标识”字段部分内容需根据当前设备监控软件（或设备控制器）自身配置信息中定义的对应设备的通讯协议标识进行填写；在设备监控软件和设备控制器接收到相关信息时，应首先读取“通讯协议标识”字段中的内容，然后与自身配置中对应的通讯协议标识取值进行对比，在一致的情况下再进行后续业务的处理。
32.在对如图1中所示“设备状态仿真器”进行实现过程中，定义设备运行脚本（包括：机构动作，保持时间长度等），然后通过定时器定时（定时时间在脚本中定义）触发的方式对外发布设备状态信息（设备状态信息具体为机构动作在脚本中定义）。设备运行脚本参数示例如图3所示，当设备运行完成时“机构动作保持时间”参数给予一个特殊取值（示例中为：-1），提示定时器当前停止计时，完成本次设备运行模拟。
33.设备监控软件内部，定义有如图1所示“设备状态信息内存映射”数据结构，存储当前设备状态（这些设备状态信息可能是真实设备状态信息，也可能是通过“设备状态软件仿真器”虚拟的状态信息）。在本实施例中，如图4所示，每个设备利用其定义的设备标识作为索引，对应的取值部分存放对应设备的状态信息（包括：升降机平台所在位置、水密盖开关情况、当前机构动作、泵站状态、设备运行故障信息等上层业务关注的状态信息）。
34.基于上述机制实现的设备监控软件运行界面如图5~图8所示，图中每行代表一部升降机，每行最后一个字段为该升降机定义的通讯协议标识。
35.系统内共8部升降机：图5中，为全部升降机通讯协议定义为“软件自仿真”后的运行界面（对应设备最后一个表示通讯协议的字段显示为“自仿真”），从中可以看到设备监控内部的“设备状态软件仿真器”可模拟设备状态；图6中，为全部升降机协议定义为udp仿真后的运行界面（对应设备最后一个表示通讯协议的字段显示为“报文仿真”）；图7中，为全部升降机协议定义为udp定义（对应设备最后一个表示通讯协议的字段显示为“报文”），由于当前没有外接相应设备控制器，因此显示为离线状态；图8中，1号升降机~4号升降机设置为“udp仿真”，5号升降机~6号升降机设置为“udp”，7号升降机~8号升降机设置为“软件自仿真”。
36.在图8中可以看到，此时设备监控软件同时以三种通讯协议对8部升降机设备状态
进行监控或模拟（其中，1号升降机~4号升降机以外部接入设备运行模拟器的方式进行状态模拟；5号升降机~6号升降机为真实设备；7号升降机~8号升降机以设备监控内置模拟器进行状态模拟）。
37.1号升降机~4号升降机状态模拟使用的设备运行模拟器部署在其它计算机上与设备监控内置的“设备状态软件仿真器”的设备状态模拟机制相同，差别为采取的信息交互通讯方式不同。
38.本发明通过在“设备状态信息采集代理”中引入“设备状态软件仿真器”，可以灵活地对被监控设备的运行状态进行仿真模拟；在设备监控软件中单独分离出“设备状态信息内存映射”部分，可以方便地在对部分设备进行仿真的同时对部分真实设备状态进行监控，同时隔离了设备信息的采集功能与设备信息发送功能之间的设备状态数据关联；在监控涉及交互的报文中增加“控制器通讯协议标识”内容，同时结合“设备状态信息发布原则”的机制，可实现在真实设备在线情况下对该设备的状态仿真。
39.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
40.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。