一种基于混合云构架的scada监控系统及方法
阅读说明：本技术 一种基于混合云构架的scada监控系统及方法 (SCADA monitoring system and method based on hybrid cloud framework ) 是由 刘亮 朱敏 鲁锦伸 李卉 朱义林 林晨 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电力系统监控技术领域,尤其涉及一种基于混合云构架的SCADA监控系统及方法,该系统包括：云控制器设备,与所管辖的本地工业设备连接；私有云平台,包括前置通信服务器和私有数据库,前置通信服务器与云控制器设备通讯连接,将接收到的云控制器设备发送的数据存储在私有数据库中,同时将数据转发至公有云平台；公有云平台,用于私有云平台镜像数据的存储和用户服务的提供；网络安全设备,用于将私有云平台数据与公有云平台隔离；移动终端,用于对公有平台上的数据进行访问和查看；PDA设备,能同时与云控制器设备和公有云平台通信,既可用于在本地通过云控制器设备对工业设备进行巡检、控制又可支持对公有云平台上的数据进行访问和查看。(The invention relates to the technical field of power system monitoring, in particular to an SCADA monitoring system and method based on a hybrid cloud framework, wherein the system comprises the following components: the cloud controller device is connected with the managed local industrial device; the private cloud platform comprises a front communication server and a private database, wherein the front communication server is in communication connection with the cloud controller equipment, stores received data sent by the cloud controller equipment in the private database, and forwards the data to the public cloud platform; the public cloud platform is used for storing mirror image data of the private cloud platform and providing user service; the network security equipment is used for isolating the private cloud platform data from the public cloud platform; the mobile terminal is used for accessing and checking data on the public platform; the PDA device can be communicated with the cloud controller device and the public cloud platform at the same time, and can be used for polling and controlling industrial equipment locally through the cloud controller device and supporting access and check of data on the public cloud platform.)
技术领域
本发明涉及电力系统监控技术领域，尤其涉及一种基于混合云构架的SCADA监控系统及方法。
背景技术
SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的DCS（Distributed Control System）与自动化监控系统，广泛用于工业、电力、轨道交通、冶金、石化等领域中。SCADA系统可以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节及各类信号报警等功能，传统的SCADA系统采用C/S架构，以单服务器模式部署，受限于服务器硬件的计算能力，传统的SCADA系统仅能管理有限数量的传感数据，因此不具备多项目管理能力，而且在成本上也不具有优势，例如分布式户用光伏、居民小区低压系统等需要配备的现场运维人员仅在开销上就是难以负担的；
为了解决上述问题，相关技术中开始将传统的SCADA系统部署在云平台上，云平台的分布式计算架构支持海量数据的采集、存储、计算、分析的能力，还兼容多种丰富的用户交互方式，可以很方便地支持移动应用，可以解决传统SCADA系统所面临的数据接入和处理能力受限、难以管理跨地理区域分布的项目、难以同时管理多个项目、部署成本较高等现实问题；
然而上述将传统SCADA部署在云平台的方案在实施时还需要考虑费用问题，因为通过云平台对设备进行高频度的数据访问需要高昂的费用支出，但如果采用低频度数据进行访问，则无法满足工业领域的高可靠性要求。
公开于该
背景技术
部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于混合云构架的SCADA监控系统及方法，实现低频度数据访问条件下对工业设备可靠性监控。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一方面，提供了一种基于混合云构架的SCADA监控系统，包括：
云控制器设备，与所管辖的本地工业设备连接，用于本地工业设备实时数据的采集和发送；
私有云平台，包括前置通信服务器和私有数据库，所述前置通信服务器与所述云控制器设备通讯连接，并将接收到的所述云控制器设备发送的数据存储在所述私有数据库中，同时将数据转发至公有云平台；
公有云平台，包括应用服务器和公有数据库，用于数据的存储和用户服务的提供；
网络安全设备，与所述私有云平台以及公有云平台连接，用于将所述私有云平台与公有云平台隔离；
移动终端，与所述公有云平台通讯连接，用于对所述公有平台上的数据进行访问和查看；
PDA设备，与所述云控制器设备和公有云平台通信，用于对公有云平台上的数据进行访问和查看，以及在本地通过云控制器设备对工业设备进行巡检、控制。
进一步地，所述云控制器设备通过运营商的VPN公网信道将数据转发至所述前置通信服务器上。
进一步地，所述数据通过物联网协议MQTT进行传输。
进一步地，所述前置通信服务器支持多台云控制器设备的数据接入。
进一步地，所述网络安全设备为正向隔离装置或者防火墙网关。
进一步地，所述移动终端为手机、平板或者笔记本。
进一步地，所述PDA设备通过wifi或者蓝牙与所述云控制器设备通信连接。
进一步地，所述PDA设备对指定云控制器设备具有访问权限。
另一方面，本发明还提供一种上述基于混合云构架的SCADA监控系统的监控方法，包括以下步骤：
获取工业设备的数据，传输至私有云平台上的前置通信服务器上并存储在私有数据库中；
前置通信服务器同时将数据转发至公有云平台，并存储在公有数据库中，供应用服务器进行访问查询；
若移动终端接收到应用服务器推送的报警信息，则使用PDA设备与云控制器设备通信连接，以实现对云控制器设备连接的工业设备的控制。
进一步地，在传输获取的工业设备的数据至私有云平台上的前置服务服务器上时，采用以下传输方法：
对于稳态场景数据采用周期传输方式，设定固定传输周期；
对于暂态场景的突发数据采用即时上传方式，将异常报警、遥信变位和定值调整事件的数据即时上送至所述前置通信服务器上；
对于通信链路不稳定场景，先将数据存储在云控制器本地非易失存储介质中，待链路恢复稳定后，再将存储在本地的数据进行传输。
本发明的有益效果为：本发明通过不同的数据传输策略，保证了低频度数据访问条件下对工业设备可靠性监控，不会丢失重要数据的同时，降低了通信费用；网络安全设备将私有云平台上的数据与公有云平台隔离，另外实施了数据镜像，即使公有云上的数据遭到破坏也可以利用私有云的数据迅速恢复，提高了数据安全性；而且通过移动终端即可随时对公有云系统进行访问，报警信息还可以主动推送至移动终端，解决了传统SCADA系统需要固定工作场所带来的不便。通过上述方案的设置，实现了低频度的数据访问并提高了控制的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于混合云构架的SCADA监控系统的原理图；
图2为本发明实施例中基于混合云构架的SCADA监控系统的监控方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示的基于混合云构架的SCADA监控系统，包括云控制器设备10、私有云平台20、网络安全设备40、公有云平台30、移动终端50和PDA设备60，其中：
云控制器设备10与所管辖的本地工业设备连接，用于本地工业设备实时数据的采集和发送；云控制器设备10负责工业设备的数据采集和转发，部署在具体的项目中，是一种低成本的嵌入式设备，云控制器具备RS485、以太网、3G/4G/5G和蓝牙/WIFI信道。云控制器设备10具备GUID，可作为SCADA云系统所辖范围内的唯一标识，云控制器设备10通过Modbus、OPC UA、IEC 60870-5系列等多种工业通信规约，将所辖的本地工业设备的实时数据进行汇总采集。
私有云平台20包括前置通信服务器21和私有数据库22，前置通信服务器21与云控制器设备10通讯连接，并将接收到的云控制器设备10发送的数据存储在私有数据库22中，同时将云控制器设备10发送的数据转发至公有云平台30中；公有云平台30包括应用服务器31和公有数据库32，公有数据库32用于数据的存储，应用服务器31用于用户服务的提供；网络安全设备40与私有云平台20以及公有云平台30连接，用于将私有云平台20与公有云平台30隔离；移动终端50与公有云平台的应用服务器31通讯连接，用于对公有平台上的服务进行访问；PDA设备60与云控制器设备10通信，用于在本地通过云控制器设备10对工业设备进行巡检、控制。
本发明通过不同的数据传输策略，保证了低频度数据访问条件下对工业设备可靠性监控，不会丢失重要数据的同时，降低了通信费用；网络安全设备40将私有云平台20上的数据与公有云平台30隔离，另外实施了数据镜像，即使公有云平台30上的数据遭到破坏也可以利用私有云的数据迅速恢复，提高了数据安全性；而且通过移动终端50即可随时对公有云平台30的系统进行访问，报警信息还可以主动推送至移动终端50，解决了传统SCADA系统需要固定工作场所带来的不便。通过上述方案的设置，实现了低频度的数据访问并提高了控制的可靠性。
在本发明实施例中，云控制器设备10通过运营商的VPN公网信道将数据转发至前置通信服务器21上，数据通过物联网协议MQTT进行传输。这里需要指出的是，MQTT协议是指消息队列遥测传输，其是为大量计算能力有限且工作在低带宽、不可靠的网络的传感器和控制设备通讯而设计的协议。MQTT使用发布/订阅消息模式，能够实现消息主动推送，其报文网络开销小，可提供分级的消息发布服务质量。VPN专网信道可保证数据传输的带宽和安全性，MQTT的消息分级服务质量、主动推送可保证关键数据的实时性和完整性。
在本发明实施例中，前置通信服务器21支持多台云控制器设备10的数据接入。理论上前置通信服务器21支持无限个云控制器设备10，在具体传输时，以云控制器设备10在通信报文中上传的GUID作为数据源标识，前置通信服务器21将现场设备的数据存储在私有数据库22中。
具体的，网络安全设备40为正向隔离装置或者防火墙网关；移动终端50为手机、平板或者笔记本；PDA设备60通过wifi或者蓝牙与云控制器设备10通信连接；PDA设备60指定云控制器设备10具有访问权限。
在本发明实施例中，移动终端50只能远程监测设备，无法控制设备，通过这种设置，一方面减少了通过私有云平台20的访问频次，另一方面也提高了安全性能；在通过PDA设备60对现场工业设备进行连接时，PDA设备60是经过SCADA云系统注册的，可以是手机，其对指定的云控制器设备10具有访问权限，通过上述设置，可以提高系统的安全性和可靠性。
本发明实施例还提供一种如图2中所示的基于混合云构架的SCADA监控系统的监控方法，包括以下步骤：
S10：获取工业设备的数据，传输至私有云平台上的前置通信服务器上并存储在私有数据库中；
S20：前置通信服务器同时将数据转发至公有云平台，并存储在公有数据库中，供应用服务器进行访问查询；
S30：若移动终端接收到应用服务器推送的报警信息，则使用PDA设备与云控制器设备通信连接，以实现对云控制器设备连接的工业设备的控制。
在上述实施例中，通过将私有数据库22中的数据镜像至公有云平台30上供移动终端50进行访问和查询，与现有技术相比，减少了私有云平台20上的数据访问频次，而且提高了系统整体的安全性能；并且在发现问题时，通过PDA在现场进行控制，一方面降低了工程实施成本，另一方面也满足了工业领域的高可靠性要求。
在本发明实施例中，在传输获取的工业设备的数据至私有云平台20上的前置服务服务器上时，采用以下传输方法：
对于稳态场景数据采用周期传输方式，设定固定传输周期；
对于暂态场景的突发数据采用即时上传方式，将异常报警、遥信变位和定值调整事件的数据即时上送至前置通信服务器21上；
对于通信链路不稳定场景，先将数据存储在本地非易失存储介质中，待链路恢复稳定后，再将存储在本地的数据进行传输。这里需要指出的是，在本发明实施例中，上述三种传输方式的优先级排序为暂态场景的突发数据最高优先级，稳态场景的周期传输方式次之，通信链路不稳定场景最低；通过上述传输策略的设置，降低了费用成本的同时也提高了链路稳定性。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。