當前各大企業推出了公有云的物聯網平臺,使得後端開發成本極大便利,搭建開發自身業務領域的物聯網平臺主要開發工作就落在了設備端的邊緣服務以及業務流程實現兩方面。
設備端的邊緣服務實現首要的就是實現數據採集與通信,下面就設備端異構組網的數據通信梳理 一下:
1、四遙信息與數據傳輸
遙信:遙信就是遠方狀態信號,它是將被監視狀態信號遠距離傳給調度端。 遙信功能通常用於測量下列信號,開關的位置信號、變壓器內部故障綜合信號、保護裝置的動作信號、通信設備運行狀況信號、調壓變壓器抽頭位置信號等。
遙測:遙測就是遠方測量,它是將被參變量遠距離傳送給調度端,如站端的功率、電壓、電流等。遙測功能常用於變壓器的有功和無功採集;線路的有功功率採集;母線電壓和線路電流採集;溫度、壓力、流量(流速) 等採集;周波頻率採集和其它模擬信號採集。遙測往往又分爲重要遙測、次要遙測、一般遙測和總加遙測等。
遙控:遙控功能常用於斷路器的合、分和電容器以及其它可以採用繼電器控制的場合。遙控就是遠方控制操作,是從調度或監控中心發出命令以實現遠方操作和切換。
遙調:遙調常用於可調信號的升、降調節。遙調就是遠方設值操作,是從調度或監控中心發出命令以實現遠方設置數值變更。
遙控可以通過遙信映射表述,也可以來自設備信息點直接表述,通常受控的設備信息點一般作爲遙控點,也可作爲遙信點,或兩者共表述,非受控的設備信息點只作爲遙信點;遙調與遙測類似。
在數據採集過程中,一般將主動發起方稱爲主站端,而被動響應端稱爲從站端。當前大多設備是作爲從站端,而工控機、單片機等作爲主站端進行數據的主動採集與控制。
由主站端到從站端的數據通信一般稱爲下行通信,反之就是上行通信,通常通信內容涵蓋:
數據採集:遙測、遙信、電度量、COS、SOE
控制命令:遙調、遙控、查詢
特殊功能:對時、傳送計劃值、參數下載、文件傳輸、通信狀態
2、數據線路與物理通道構建
一般來說,接口數量細分爲A型(15針,VGA),B型(25針,打印機LPT),C型(37針),D型(50針),E型(9針,串口)等。
項目常用接頭:RS232/RS485/RJ45/USB
串口用E型,9針公母頭區別就在於2、3號引腳:
1)母頭2爲 TXD 爲發送數據的引腳,3爲RXD爲接收數據的引腳;公頭正好與之相反。
2)當數據傳輸時,一方是發送,另一方是接收,所以公頭母頭是一對。
數據通信就是將字符信號轉爲二進制[0,1]邏輯的電平信號傳輸
RS232常用的是Rx、Tx和GND這三條線,RS485是雙絞線A和B。所以,這決定了RS232是全雙工,RS485是半雙工。
RS232的邏輯1的電平(相對GND)是-3V~-15V,邏輯0的電平(相對GND)是+3V~+15V。
RS485採用差分傳輸,A線和B線的電壓差(UA-UB)在+2V~+6V表示邏輯1,電壓差(UA-UB)在-2V~-6V表示邏輯0。
由於RS485是半雙工的,如果使用兩對RS485差分線就可組成全雙工通信(一對線只接收,一對線只發送),這就是RS422標準了。
不同末端設備與通信設備或控制設備之間常常由於數據接口不一致需要進行轉換,主要是實現數據的收發端轉換,注意如果出現不同數據線路轉換,必定有芯片負責數據轉換,不會是直接接線就能實現
目前市場上通用的數據轉換線均能直接購買使用,或自行進行接線與組合使用,就能快速實現通信轉換
3、串口通信與測試
當前大多數設備都提供了串口通信的能力,藉助串口通信助手工具,進行串口通信測試
注1:將串口的另一端從設備上拔掉,並將2、3陣腳短接,這一端依然連接主控設備,打開串口調試助手,然後發送數據,看接收到的是不是發送的數據也可判定通路是否正確。
串口服務器是常用的串口通信集成工具,需要實現RS232/485與RJ45的轉換外,還需要在串口服務器配置串口參數與網絡信息的映射關係,類似下圖
4、數據映射與歸一化
通常邊緣服務端會有一個採集模塊,進行數據的採集、解析、歸一化,然後將數據推送到上位機。
一般來說,針對每個設備,會有一個採集信道(端口),採集該設備的一組信息點數據,然後進行歸一化映射後轉發給上位機。
針對每個採集或轉發端口,應滿足三個主要的配置:
端口參數:用於端口的打開、關閉、通信的需要
通信協議:用於將報文數據解碼爲數據對(點-值)或將數據對編碼爲報文數據
信息點集:配置被採集設備其下設備地址、信息點地址等信息
在數據採集過程中,設備將信息點集的數據打包成字符串(通常是二進制數據包)進行數據通信,
數據採集模塊會將字符串解析成數據對(點-值);與上位機的通信類似。
數據下控過程與數據採集過程剛好相反。
5、報文解析
報文的解析無非是依據報文規約將數據進行展開解析,獲得數據實際表述內容。
下圖以常見的Modbus爲例,描述該規約定義與解析過程。