GARDS 异步远程数据服务

2019-04-28 14:09:46   来源:网站建设微信APP开发

新闻摘要:GARDS 异步远程数据服务

异步远程服务系统(Generic Asynchronous Remote Data Service),简称 GARDS 系统。 GARDS 的目的,是为工业装置(设备)生产商、服务商ᨀ供一个数据平台,通过这个平台,装置 (设备)的生产厂商(或者服务商)可以在远程掌握他们给自己客户ᨀ供的装置(设备)的运行情 况,通过运行数据,准确定位故障、预警故障,从而达到对这些装置(设备)的更加经济、高效、完 整、准确的服务。GARDS 的基本做法,概括起来有三点: — 在装置(设备)上,通过加装适配器的方法,获取装置(设备)的运行数据,并将这些数据(通 过适配器把这些数据的规格化后)发送到一个统一的平台;同时,也会从这个平台收取信息,并根 据这些信息的含义,对装置(设备)的某个执行机构发出操控指令、查询指令; — 这就是一个基础数据平台,用来接收数据、发出数据、保存数据、组织数据、分析数据、关 联数据; — 根据需要,对平台上的这些经过组织、关联、和分析过的数据,进行各种利用。比如,去宏观呈 现(图表、曲线)、微观呈现(实时状态、曲线)。 GARDS 的核心,是ᨀ供远程数据服务。也就是说,GARDS 系统是以客观数据为服务内容。无论是何 种实际用途的装置(设备),GARDS 系统将这些数据分成三类: 实时状态数据:当前时刻的实际状态数据,如位置、温度、压力、电流、电压、负载,能耗,等等; 事件数据:当前周期内装置(设备)发生过的事件,如开机、异常停机、某执行机构动作,等等; 报警数据:当前周期内,装置(设备)发生过的报警,如过压、过载、过热,等等。 GARDS 的数据服务,实际上说的是两个层面: 第一个层面,是客观数据。客观数据是来自于装置(设备)本身,通过适配器去获取,上报。这些 都是客观存在的数据; 第二个层面,是逻辑数据。客观数据到了数据平台以后,经过数据平台的组织、关联、分析。经过 组织关联分析后的数据,本身也可能是一个结果

举例: 我们以“报警”为例进行说明。第一种情况,是直接报警。装置(设备)本身,有一套报警系统。比如,某个压力容 器,如果出现异常,直接输出报警信息。这种报警,就是客观数据,无需数据平台去理解;但是也可能是这个情 况:装置(设备)只输出“温度、压力”,温度=300°C,压力=10MPa。这个是客观数据。假如我们知道一个关 系,温度 X 压力≥2800 的话,也需要预警。那么,这个时候,我们可以把这个判断关系,放到数据平台,让数据

平台输出报警。这种就是逻辑报警。也就是说,尽管装置本身没有直接报警,但是,平台经过分析,认为这也是 一个警情,那么,也可以作为报警处理,只要我们清楚这些逻辑关系。 逻辑报警和直接报警的区别是,逻辑报警的报警阈值,是可以随时调整,随时增加的;而直接报警一般都是由装 置(设备)本身实现做好的,后期即便有新的变化,新的判断,也很难去调整。 GARDS 远程服务系统,是区别于装置(设备)本身的监控系统和操控系统的,尽管理论上可以做到 对系统的监控和操控,但实际上 GARDS 本身并不替代这些工业装置(设备)原生态的监控和操控系 统。 基本解决方案 GARDS 系统包括三大部分:适配器(和上位机—可选)、基础数据平台、应用系统。 适配器 GARDS 系统的适配器,是加装在工业装置(设备)上的一个适配中间件。GARDS 适配器逻辑上有两 端:L 端(Local 本端)+ R 端(Remote 远端)。 L 端(本端)是对接装置(设备),对接方式可能是串行方式、蓝牙、WIFI、等等一切可能的方式。L 端是负责采集工业装置(设备)的数据(状态、事件、报警); 适配器获取到这些数据后,经过加工整理,格式化,变成 GARDS 系统规范的数据方式,然后,通过 R 端发给 GARDS 数据平台。 同时,R 端也会询问数据平台,有没有信息需要给适配器获的。如果有,就接收。收到这些数据后, 适配器会去做相应的解析,并根据解析的结果,去决定该怎么做。这些结果,实际上就是一系列的指 令,适配器根据这些指令,再反过来,通过 L 端,发送给装置(设备),让他们去操控某些执行机 构。 适配器的硬件结构是确定的,对不同的使用需求,只需要做软件的调整。 基础数据平台 简单的理解,基础数据平台就是 GARDS 的数据中心。它的基本作用是: • 接收适配器发送的数据,并保存这些数据; • 维护一系列的逻辑规则,比如:关联关系、预警模型、阈值控制、边界条件设置,等等; • 把数据进行整理、组织、关联、分析;

• 根据逻辑规则,形成一系列的条触发机制; • 给适配器下发信息(数据); • 把 GARDS 系统的数据,ᨀ供给其他的应用系统。 GARDS 基础数据平台,不仅是一个复杂的数据处理中枢,而且是一个非常灵活的平台。 首先,GARDS 基础数据平台,是可以自行定义通讯数据交换格式,也就是说,一个 GARDS 平台上, 可以兼容各种不同的适配类型,唯一需要的是,数据᧿述必须符合 GARDS 规范;其次,一个 GARDS 平台,必须可以保证能很好的支持百万级的适配器连接,高效收发数据;还有,一个 GARDS 平台, 可以支持不同的应用接入,必须能够很好的支持这些应用系统去进行数据交换。

ABC 公司,是著名化工反应装置的生产制造商,他们的产品很多:RE-01,RE-02,RE-03 型反应器装置,PV1、PV-2 型压力容器装置,还有 MP-A,MP-B 型机泵。这实际上是三类没有关系的装置(设备),但是,他们都 用在一百个化工厂。 RE 系列的反应器也好,PV 系列的压力容器也好,MP 系列的机泵也罢,ABC 公司都分别ᨀ供了独立的监控台, 可以分别操控这些装置。 ABC 公司,使用 GARDS 系统。这个系统,只有一个基础数据平台,每种装置(设备)都对应使用适合的适配 器: ADR 适配器—加装在 RE 系列反应器上,获取的主要数据是,反应器的温度,催化剂含量、CO2 组分含量; ADP 适配器—加装在 PV 系列压力容器上,获取的主要数据是,压力容器的温度、和压力; ADM 适配器—加装在 MP 系列机泵上,获取的主要数据是,机泵的转速、流量、输出功率。 那么,GARDS 系统上: (1)首先能做到的是:ABC 公司的技术支持人员足不出户,就可以分别了解每个客户所使用的反应器、压力容 器和机泵的实时客观数据。并可以根据这些数据,绘制成图表。还可以知道,那些客户的那些装置(设备)什么 时候发生过什么事情,比如,什么时候停过机,什么时候发出过什么报警; (2)其次能做到的是:ABC 公司经过一段时间的 GARDS 系统的运行,发现他们的客户在使用这些设备装置的时 候,一些数据的一些内在关联情况,比如,机泵流量变大的时候,反应器里面 CO2 组分含量一定会升高,同时, 压力容器的温度一定会下降; (3)还能做到的是:ABC 公司,可以设置预警,一旦机泵的流量达到或者超过 12m³/秒 并且压力容器温度低于 220°C 的时候,必须要发出ᨀ示。这个时候,ABC 公司的技术支持人员可以联系客户,让他们把反应器的 CO2 含量降低,同时调整机泵的输出功率。 这个例子实际上要说明的是几个核心的意思: • 一个装置(设备)厂家,无论他有多少种产品,都可以只使用一个基础平台; • 这个平台上,可以分别展现所有客户的所有装置(设备)的运行情况; • 这个平台上,可以建立一系列的关联关系,无论他们是不是同一个装置,甚至是不是同一个客户; • 根据这些关联关系,和数据特征,任意设置预警条件; 应用系统 GARDS 基础数据平台,是 GARDS 的数据服务基础。尽管基础数据平台里面,都是客观运行数据,但 是,基础数据平台本身并不去做任何对这些数据的加工和使用。 实际上,GARDS 系统本身,并不知道客户要那些数据的含义是什么,更不知道客户要用这些数据做 什么。每个客户或许都有自己独特的要求和期望,或者有某些需要特别关注的数据。因此,应用系 统,尽管是 GARDS 体系的一部分,但实际上只是一个规范,一个从 GARDS 基础数据平台中获取数 据,接受数据的规范。

利用这个规范,客户可以自己完成(或者委托第三方完成)自己需要对数据的运用方式。比如,把所 有客户的分布,整体设备运行完好率,作一个宏观的展现;或者把某个客户某个时间段的某一类数据 的变化,用曲线展示;或者用图表展所有现正在运行的设备的一个什么综合状态,等等。

GARDS 适配器的主要构成是: 电源电路 — 用于适配器的工作供电; GPS 模块 — 用于卫星定位; GSM 模块 — 用于无线通讯(数据传输),和音频通话(声音采集); GSensor 模块 — 三轴重力加速度传感器,用于采集重力加速度变化; 数字视频电路 — 用于视频采集、图像抓拍; A/D 转换电路 — 用于模拟信号数字化转换;

上位机的使用 上位机可以根据需要,选择不同的操作系统,比如 WindowsCE,或者安卓。上位机上需要的应用, 可以根据需要,进行相应应用软件的编程。GARD ᨀ供了适配器与上位机的接口线束标准,以及与适 配器直接的数据通讯规范。 应用系统 GARDS 体系中,应用系统是应用的具体体现。GARDS 体系中,基础数据平台中,包含了由适配器获 取到的数据。这些数据经过基础数据平台的分类、组织、规格化、关联以后,这些数据可以被很方 便,很灵活的各种使用。 有一个很重要的概念:GARDS 的应用系统是需要 GARDS ᨀ供方和客户共同完成。一般来说,应用系 统可以是客户端程序,也可以是一个复杂的客户/服务器应用,或者是 WEB 浏览器的应用,甚至是手 机 APP 的应用。应用的形态需要根据客户自己的实际需要决定,无论何种方式的应用,关键的关键, 还是要遵循 GARDS 规范,如何正确去使用这些数据,最大程度发挥数据的作用。 

基础数据平台 GARDS 基础数据平台,是整个体系的核心和基础。它本身是中性的,并没有任何行业的特殊性。但 是,这个体系可以针对某个行业特点进行具体化,具体化后,实际上就是一个行业的远程数据服务解 决方案。 基础数据平台实际上是比较难᧿述清楚的,因为它与具体要用来做什么应用并没有直接关系,本身是 经过一定程度的抽象。但是,在具体应用的时候,需要做具体的设置,去还原应用本身的特点。 GARDS ᨀ供远程数据服务。数据服务本身并不具备什么功能,如果说有的话,它的功能只有一个: 就是ᨀ供了一个如何使用远程数据的方法个工具。 GARDS 系统中的基础数据平台,由三个部分构成:Gateway、Proxy、和 API。下面详细说明这几个 部分的作用。 • Gateway(数据通讯上下行网关) Gateway 是基础数据平台中,与适配器通讯的单元; Gateway 是消息队列的引擎,包括处理消息的出栈队列和入栈队列。GARDS 系统把适配器上 行的数据保存到入栈消息队列,同时,会在出栈队列中去检查和ᨀ取给这个适配器的数据,下 发给对应的适配器。 • Proxy(代理服务) Proxy 是对数据组织、存储、管理、关联、规则的单元; Proxy 包含三个主要的代理系统: 状态数据代理(Status Broker) 事件数据代理(Event Broker) 报警数据代理(Alert Broker) GARDS 的消息体主要包含 4 个节:标识数据节、状态数据节、时间数据节、报警数据节。适 配器上行的数据进入 Gateway 的入栈队列后,被推到 Proxy,并在 Proxy 被拆分。 标识节的数据,被推送到规则管理器中去检查,并建立数据索引; 其余三个节的数据,分别被推到对应的代理中; 在节数据被推送到对应的代理后,会进行关联,和规则检查。如果数据特征符合规则条件,那 么,这一组数据(整体或者是某些节),会在标识节数据的索引下,进行触发; • API(应用服务接口) API 是 GARDS 的应用系统的支持。API 分为两个部分: 请求/响应(REQ/RES) 发布/订阅(PUB/SUB) 请求/响应,是处理应用系统的实时数据请求,并需要做实时的响应; 发布/订阅,是处理规则条件触发的,对符合条件的数据,自动进行给订阅者发布(推送)。

数据通讯与安全 GARDS 体系的数据通讯分成三个方面: • 适配器与装置(设备)之间的通讯 • 适配器与基础数据平台之间的通讯 • 各个应用系统与基础数据平台之间的通讯。 适配器<—>装置(设备) GARDS 本身并不给出适配器与装置(设备)之间的通讯内容,仅仅是给出物理连接的规范。它们之 间的通讯内容,是需要根据具体情况去协商解决的。这是因为很多装置(设备)在最开始的设计中, 基本上都是以封闭模式为主,并不考虑与第三方交互。 如果要使用 GARDS,就必须首先需要确定,装置(设备)什么数据最重要、最需要关注什么数据、 这些数据能否获得、通过什么方式获得、怎么把这些数据发给适配器,适配器需要怎么响应;装置 (设备)需要接受那些操控、可以接受那些操控、如何定义操控指令、适配器获得应用系统发送的操 控指令后,解析后如何发送给装置(设备),等等。 GARDS 适配器与装置(设备)之间的通讯,需要根据实际需要,确定数据通讯协议,包括数据传输 安全,这个不在 GARDS 数据传输安全规范之内。 适配器<—>基础数据平台 GARDS 适配器与基础数据平台之间的通讯,是通过 GSM 无线数据传输实现的。GARDS 把所有的数 据,封装成一个“消息体”,并用 3DES 对称加密的方法把这个消息体加密,加密后用特定的通信协议 进行传输。 如果有条件或者废除需要的情况下,可以使用 GSM 无线通讯的 APN 方式。这种方式,可以确保适配 器与基础数据平台之间的无线传输的安全性。在 APN 方式下,可以选择不使用 3DES 对称加密,这样 会大大降低通讯流量,并ᨀ高 GARDS 系统的整体效率。 GARDS 的消息体必须按 GARDS 规范来构成。每次数据传输,就是传输一个完整的消息体。一般来 说,消息体可以包含一个信息点,也可以包含多个信息点,这个可以由适配器自主控制。GARDS 基 础数据平台能做到,只要接收到从适配器发送上来的(符合规范的)消息体的时候,立即进行一系列 的处理:接收、保存、组织、关联、分析、比对、触发。 GARDS 系统采用的是异步消息机制,适配器的数据上报是周期,或者是条件来进行的。GARDS 基础 数据平台,并不限定数据报文周期的长短。

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