[发明专利]一种协作多点工控采集故障监测系统及方法

权利要求书

1.一种协作多点工控采集故障监测系统，所述监测系统包括工控采集单元、工控传输单元和中央处理单元；所述工控采集单元包括按照协作多点分布和管理的采集节点、多路工控采集板以及工业控制机；所述工控传输单元采用多路交换机级联组成，包括顶层交换机和底层交换机；中央处理单元是一台高性能计算机；每一台工业控制机均安装扩展冗余传输模块；

其中，工控采集单元上负责从工控采集板中采集数据，并进行预处理，封装数据，并通过以太网发送到中央处理单元；中央处理单元上负责汇集并解析报文、重组数据，并生成展示图和分析结果；工控采集单元针对节点和节点组两类故障进行判断、监测，并将该信息发送到中央处理单元；中央处理单元对不同链路的故障进行判断和监测，同时针对整个系统各类故障对工作人员进行提示。

2.一种如权利要求1所述协作多点工控采集故障监测系统进行故障监测的方法，分为工控采集单元故障监测阶段和中央处理单元对整个系统故障监测阶段两个阶段；所述工控采集单元负责判断节点故障和节点组故障两种故障监测；中央处理单元负责判断链路故障、链路组故障和全部链路故障三种故障监测，并且负责提示工作人员全部五种故障的类型和位置，所述方法具体包括：

(1)工控采集单元故障监测阶段，包括：

步骤1-1、首先将连接在工业控制机上的采集节点组和采集节点组上的AD采集通道进行编号，如果工业控制机能够识别采集节点组，则将采集节点组所采集到的数据存放在工业控制机中，否则转至步骤1-4；

步骤1-2、识别采集节点组成功后，分析从采集节点组上所采集到的各个通道数据，若采集节点组的量程为-5V至5V，则5V和-5V称为极限值；判断该数据是否存在为量程的极限值的数据，若否，转至步骤1-5；

步骤1-3、如果存在量程为极限值的数据，则表明出现故障节点，接下来判断该故障类型是接线断开，还是接线头发生虚接现象；假设出现第k个节点发生故障，如果该节点所对应的采集通道数据始终处于极限值状态，则出现接线断开现象，若该节点所对应的采集通道数据在极限值与正常值之间波动，则出现虚接现象；记录该节点发生节点故障，并同时记录所属采集AD采集通道和采集节点组编号，然后转至步骤1-5；

步骤1-4、如果工业控制机无法识别某个采集节点组，那么采集节点组上所采集的数据无法正常传送到工业控制机中，记录该采集节点组出现节点组故障现象，并同时记录该故障节点组的编号；

步骤1-5、首先查看是否出现采集节点组故障，如果没有，转至步骤1-6，否则封装该故障节点组的编号至以太网报文，注明发生节点组故障，转至步骤1-7，准备发送；

步骤1-6、节点组故障没有出现，说明该节点组能够正常读取数据，查看是否存在节点故障，若不存在，则直接将数据报文连同节点组的编号统一封装为以太网报文；否则采集将数据、故障节点编号以及故障类型封装为以太网报文；

步骤1-7、以太网封装完成以后，准备通过工控传输单元发送至中央处理单元，首先检测是否能够通过正常链路连接到中央处理单元，若可以则进行报文发送，并准备接收下一个采集节点组发送至工业控制机的数据；否则监测是否能够通过冗余传输设备正常的连接到中央处理单元，若可以则通过冗余链路进行发送，并且监测中央处理单元的组链路故障反馈，若收到该反馈信息，则出现链路组故障，需要更改采集策略；如果冗余链路也不能正常工作，则将数据进行本地存储。

(2)中央处理单元对整个系统故障监测阶段，包括：

步骤2-1、中央处理单元监听工控采集单元所发送过来的数据，在5000ms内没有任何数据接收，则认为工控采集单元没有启动或者出现全部链路故障；转至步骤2-5；

步骤2-2、如果能够接收到数据，分析工控采集单元发送过来的数据报文，首先读取报文中封装的错误类型，分析是否出现节点故障或者节点组故障，如果未出现故障，转至步骤2-3，如果出现节点故障，则记录节点编号，该节点所属节点组编号；如果出现节点组故障，则记录该节点组编号；

步骤2-3、如果节点故障别及节点组故障均未发生，则分析该报文的首部，提取出报文源地址，以此来分析该报文是通过正常链路还是冗余链路传送，如果通过正常链路传送，则该工控机所在的链路无任何故障发生，并转至步骤2-6，如果通过冗余链路传送，则认为该正常传输链路出现故障；

步骤2-4、提取正常链路出现故障的源地址，找到与该地址同属一个交换机的所有地址，查询是否有至少一条的链路能够得到正常发送，共同连接一个交换机的所有工业控制机中，只要有一个能够正常的链路发送，说明并未出现链路组故障，如果连接一个交换机的所有工业控制机全部通过冗余链路传送，说明出现了链路组故障；

步骤2-5、中央处理单元查看出现链路故障类型，如果工控采集单元没有启动或者出现全部链路故障，则中央处理单元发出警报，通知工作人员及时查看顶级交换机的链路连接情况；如果出现链路组故障，中央处理单元根据收到冗余链路所传递的报文，得到该组链路故障的发生位置，并且通知工作人员及时查看该底层交换机链路连接情况，与此同时，中央处理单元将链路组故障反馈给工业控制机，工业控制机收到冗余链路传回的反馈后，对工控采集策略进行调整；如果出现了链路故障，则将提取出该工业控制机的信息，并且通知工作人员查看该工业控制机的链路连接情况；提示链路故障后，转至步骤2-1，等待工控采集单元所发送过来的下一条数据；

步骤2-6、若系统的正常链路均无故障工作，系统则判断是否出现节点故障或者节点组故障，并且根据故障节点编号或者故障节点组编号，将出现节点以及节点组故障的位置通知工作人员，然后记录并展示正常数据，若整个系统无故障，转至步骤2-1，等待工控采集单元所发送过来的下一条数据。