工业大数据测控系统架构设计

米晓红

摘要

随着工业数字化生产的发展，大规模远距离的数据测控系统正逐步普及应用。在某工业大数据测控系统的设计过程中，由于其特殊的地理分布特点和规模庞大的数据量要求，为系统的架构设计提出了特殊的需求。本文总结了某大规模工业数据测控系统的架构设计，对类似的系统设计有积极的借鉴作用。

【关键词】大数据 测控 架构设计

1 项目基本情况和要求

1.1 地域分布

该项目地域分布极其广泛，横跨几个省份，在这几个省份内部的分布也十分分散，整个系统不均匀的分布在方圆数百公里的范围内，各个现场之间呈面状分布，现场之间距离短则几百米，长则几千米至几十千米。每个现场占地面积不大，约200～300米范围。

1.2 现场需要传输的数据

每个现场需要传输的数据包含视频和音频数据、仪表设备监测数据等等，并且需要进行现场设备的远程交互控制。

1.3 现场条件

现场只能提供电力供应，没有互联网，在部分现场甚至移动通讯的信号都没有。在一些现场虽有移动通讯网络，但不稳定。

1.4 信号传输的要求

要满足生产组织和管理的要求。实际的生产组织和管理分为若干级，各级有各级的职责和分工，数据要在各级之间实行分配以满足不同层级的要求。

2 系统设计的基本原则

2.1 统一现场设备的接口，形成模块化结构

现场设备的标准化为设备之间的互联提供了统一硬件和软件接口协议，同时也为日后的维护降低了成本。

2.2 物理拓扑形态在树状结构的基础上适当分层、分块管理

整个系统为适应生产的组织和管理，需要分为若干个层级，每一个层级对应一级管理机构的若干個部门，类似树状结构，并且系统要具备一定的结构弹性，以适应未来的管理机构的调整，同时使系统具备可扩展性。

2.3 因地制宜，光纤通讯、有线通讯和无线通讯相结合

现场视频和音频使用单模光纤传输，设备工作状态指令和数据使用无线传输。主信道通讯协议采用TCP/IP协议。

2.4 分散采集控制与集中管理相结合

由于每个现场都处于野外无人值守的状态，数据的采集分散自动完成，设备的运行状态就地发送指令和远程发送指令进行控制。

3 系统的基本架构组成

3.1 现场架构

现场设备主要完成数据的采集、不同设备通讯协议的转换、统一协议后的数据上传。现场设备仅存储自身运行时临时使用的数据，不储存大规模的采集数据。设立路由器作为现场数据汇集点，各个生产设备的位置不便于使用有线方式和路由器通讯，由于数据量不大，通过zigbee模块和路由器实现联结是一种方便且成本较低的通讯方式。视频监控设备直接选用网络录象机直接与路由器连接路由器汇集的数据由光纤上传至区域中心。如图1所示。

3.2 区域监控中心架构

区域中心主要完成本区域的数据接收、储存和处理，本区域监控数据的显示，以及对上一级数据中心请求的响应，同时还要完成对本区域各现场设备运行与控制指令的发送。数据服务器负责数据的存储;显示控制终端作为本区域的用户终端负责显示需要的数据、发送控制指令;本区域显示控制终端可以根据需要配置多个，但只有一个可以发送操作指令;系统管理员负责网络配置和权限管理;区域监控中心至现场和数据中心的数据使用光纤通讯，光纤的铺设沿电力通讯线路架设以节约投资。如图2所示。

3.3 数据监控分析中心架构

数据监控中心的配置预区域监控中心类似，但比区域中心配备更多的数据服务器和显示控制终端。同时数据中心配备专门的数据分析终端，负责对整个系统采集的数据进行分析处理，根据分析的结果作出提示、预警、警报等。数据监控中心还负责全网区域监控中心数据的备份，同时也可进行适时监视，但不进行远程控制。各个区域通过网络交换机使各区域广播信号互相隔离。系统依据生产管理的组织结构可以分别组建数据监视中心、数据存储中心、数据分析中心、网络管理中心等。如图3所示。

4 总结

工业大数据测控中心有不同的组建方式，其拓扑结构和逻辑结构都有不同，这些不同的拓扑结构和逻辑结构一方面是受技术、成本、环境制约的结果，另一方面是为了满足不同需求人为的结果。要以需求为目的，综合平衡方方面面的影响则是架构设计基本思想。