本发明公开了一种工业自动化事件溯源的方法和系统，所述的溯源系统由现地级子系统和网络连接的溯源重现服务器组成：（1）现地级子系统：包括各种输入输出设备、控制器和数据暂存区；（2）溯源重现服务器：包括数据检测与获取模块、信号数据库和溯源重现模块；本发明的有益效果是：实现了简单快捷的现场事件的溯源与重放，并能确保溯源事件重现的完整性和准确性，有利于被控设备的故障、事故和工作状态分析，调整控制，指导运行和设备检修，同时实现不同现地级子系统之间事件的关联分析，对于事件的相关性分析提供了手段和方法，可消除被控设备、控制程序存在缺陷和安全隐患，使整个控制系统可靠运行。
1.一种工业自动化事件溯源的系统，其特征在于：包括现地级子系统和通过网络连接的溯源重现服务器组成：
现地级子系统：包括输入输出设备、控制器和数据暂存区；当现地级子系统的输入或输出的信号发生变化时，控制器立即将输入或输出信号发生变化时的时标以及所有输入输出信号组合在一起，并依次存放在数据暂存区中；或者当控制器检测到有事件发生时，将事件发生时的时标、发生的事件和所有输入输出数据组合在一起，并依次存放在数据暂存区中；
溯源重现服务器：包括数据检测与获取模块、信号数据库和溯源重现模块；当数据检测与获取模块检测到现地级子系统的数据暂存区中有数据，通过网络依次获得数据暂存区中的数据，并立即保存到信号数据库中；所述的溯源重现模块用于当需要对发生的事件进行溯源和重现时，在确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段后将记录的带时标数据从信号数据库中提取出后进行事件溯源和重现；
所述的溯源重现模块包括实时模拟器，所述的实时模拟器内的控制程序功能与现地级子系统中控制程序功能相同；所述的实时模拟器根据分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中提取出记录的带时标输入输出数据，并按时标先后顺序依次传递给实时模拟器用于呈现，其中，相邻两个变化的输入信号传递给实时模拟控制器时，按照两个相邻变化信号记录时标的时间差进行传输；通过所述的控制程序，监视事件发生的原因和事件发生后控制程序的处理是否正确。
2.根据权利要求1所述的一种工业自动化事件溯源的系统，其特征在于：所述的现地级子系统还包括一个主动推送模块，所述的主动推送模块用于当数据暂存区中存储有事件数据时，主动将事件数据通过网络推送至溯源重现服务器。
3.根据权利要求1所述的一种工业自动化事件溯源的系统，其特征在于：所述的实时模拟器为基于实时操作系统的软逻辑控制器。
4.根据权利要求1所述的一种工业自动化事件溯源的系统，其特征在于：所述的溯源重现模块包括图表重现单元，所述的图表重现单元根据要分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中将记录的带时标输入输出数据提取出，将这些数据通过数据表格和时间窗体按时序图呈现出来；所述的图表重现单元通过控制时间前进和后退，观察事件发生前输入输出信号变化过程，找出事件发生的原因，以及事件发生后，现地级子系统处理是否正确。
5.根据权利要求1所述的一种工业自动化事件溯源的系统，其特征在于：所述的控制器包括一个数据记录计数器；当每新增一条带时标的输入输出数据，所述的数据记录计数器加1，溯源重现服务器通过通信获得所述的数据记录计数器的值，若该计数器不为0时，表示现地级子系统的数据暂存区中有数据，通过网络通信依次获得现地级数据暂存区中的数据。
6.一种工业自动化事件溯源的方法，其特征在于：包括溯源数据产生步骤、溯源数据获取步骤和溯源重现步骤；
所述的溯源数据产生步骤包括：当输入或输出的信号发生变化时，现地级子系统的控制器立即将输入或输出信号发生变化时的时标以及所有输入输出信号组合在一起，并依次存放在数据暂存区中；或者由现地级子系统的控制器判别是否有事件发生，一旦判别有事件发生，将事件发生时的时标、发生的事件和所有输入输出数据组合在一起，并依次存放在现地级子系统的数据暂存区中；
所述的溯源数据获取步骤包括：当数据检测与获取模块检测到现地级子系统的数据暂存区中有数据，通过网络通信依次获得数据暂存区中的数据，并存盘到信号数据库中记录；
所述的溯源重现步骤包括：当需要对发生的事件进行溯源和重现时，在确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段后将记录的带时标数据从信号数据库中提取出后进行事件重现；
所述的溯源重现步骤包括实时模拟器溯源重现子步骤：实时模拟器安装有与现地级子系统中控制功能相同的控制程序；所述的实时模拟器根据分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中提取出记录的带时标输入输出数据，并按时标先后顺序依次输入，其中，相邻两个变化的输入信号传递给实时模拟控制器时，按照两个相邻变化信号记录时标的时间差进行传输；通过所述的控制程序，监视事件发生的原因和事件发生后控制程序的处理是否正确。
7.根据权利要求6所述的一种工业自动化事件溯源的方法，其特征在于：所述的溯源数据获取步骤还包括：或者当数据暂存区中有存储有事件数据时，现地级子系统主动将数据通过网络推送至溯源重现服务器，溯源重现服务器接收到该数据后存储在信号数据库中记录并呈现。
8.根据权利要求6所述的一种工业自动化事件溯源的方法，其特征在于：所述的溯源重现步骤包括图表溯源重现子步骤：图表重现单元根据要分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中将记录的带时标的输入输出数据提取出来，将这些数据通过数据表格和时间窗体按时序图呈现出来，所述的图表重现单元通过控制时间前进和后退，观察事件发生前输入输出信号变化过程，找出事件发生的原因，以及事件发生后，现地级子系统的控制处置是否正确。
一种工业自动化事件溯源的方法和系统
技术领域
[0001] 本发明涉及工业自动化控制领域，尤其涉及一种工业自动化事件溯源的方法和系统。
背景技术
[0002] 现有集散控制系统由主控级和现地控制级构成。主控级主要由主机兼操作员站构成；现地级由控制器和各种输入输出接口构成，现地级子系统还设有人机界面（简称HMI），如常见的触摸屏或触摸屏计算机。主机兼操作员站和HMI监视现地级子系统各个信号的变化，并且记录和呈现现地级子系统发生的事件（包括各种报警、故障和事故等信息）；同时还可以向现地级发送控制命令，达到人机交互的目的。
[0003] 在主控级记录、存储和呈现各种事件，但没有详细记录事件发生前后相关输入输出信号的变化。当事件发生时，只知道产生了什么事件，由于没有详细记录事件发生前后相关输入输出信号的变化，不能实现事件的自动溯源和回放，也就无法分析事件产生的原因、事件的相关关联，更不能实现事件产生后现地级子系统的控制处理是否正确的分析。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工业自动化事件溯源的方法和系统，解决现有技术中控制系统事件不能实现事件的追溯、溯源和重现的问题，建立基于事件溯源及重现的精细化、系统化和流程化的事件分析系统和方法，同时能重现事件发生后控制系统处理是否正确。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种工业自动化事件溯源的系统，包括通过网络连接的：
[0006] 现地级子系统：包括各种输入输出设备、控制器和数据暂存区；当现地级子系统的输入或输出的信号发生变化时，控制器立即将输入或输出信号发生变化时的时标以及所有输入输出信号组合在一起，并依次存放在数据暂存区中；或者用于控制器判别是否有事件发生，一旦判别有事件发生，将事件发生时的时标、发生的事件和所有输入输出数据组合在一起，并依次存放在现地级数据暂存区中；
[0007] 溯源重现服务器：包括数据检测与获取模块、信号数据库和溯源重现模块；当数据检测与获取模块检测到现地级子系统的数据暂存区中有数据，通过网络通信依次获得数据暂存区中的数据，并立即存盘到信号数据库中记录；所述的溯源重现模块用于当需要对发生的事件进行溯源和重现时，在确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段后将记录的带时标数据从信号数据库中提取出后进行事件重现。
[0008] 所述的现地级子系统还包括一个主动推送模块，所述的主动推送模块用于当数据暂存区中有存储有事件数据时，主动将事件数据通过网络推送至溯源重现服务器，溯源重现服务器接收到该信息后存储在信号数据库中记录并呈现。
[0009] 所述的溯源重现模块包括实时模拟器，所述的实时模拟器安装有与现地级子系统中控制功能相同的控制程序；所述的实时模拟器根据分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中提取出记录的带时标输入输出数据，并按时标先后顺序依次输入，其中，相邻两个变化的输入信号传递给实时模拟控制器时，必须严格按照两个相邻变化信号记录时标的时间差进行传输；通过所述的控制程序，监视事件发生的原因和事件发生后控制程序的处理是否正确。
[0010] 所述的实时模拟器为基于实时操作系统的软逻辑控制器。
[0011] 所述的溯源重现模块包括图表重现单元，所述的图表重现单元根据要分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中将记录的带时标输入输出数据提取出，将这些数据通过数据表格和时间窗体按时序图呈现出来；所述的图表重现单元通过控制时间前进和后退，观察事件发生前输入输出信号变化过程，找出事件发生的原因，以及事件发生后，现地级子系统的控制处理是否正确。
[0012] 所述的控制器包括一个数据记录计数器；当每新增一条带时标的输入输出数据，所述的数据记录计数器加1，溯源重现服务器通过通信获得所述的数据记录计数器的值，若该计数器不为0时，表示现地级子系统的数据暂存区中有数据，通过网络通信依次获得现地级数据暂存区中的数据。
[0013] 一种工业自动化事件溯源的方法，包括溯源数据产生步骤、溯源数据获取步骤和溯源数据重现步骤；
[0014] 所述的溯源数据产生步骤包括：当输入或输出的信号发生变化时，控制器立即将输入或输出信号发生变化时的时标以及所有输入输出信号组合在一起，并依次存放在数据暂存区中；或者控制器判别是否有事件发生，一旦判别有事件发生，将事件发生时的时标、发生的事件和所有输入输出数据组合在一起，并依次存放在现地级数据暂存区中；
[0015] 所述的溯源数据获取步骤包括：当数据检测与获取模块检测到现地级子系统的数据暂存区中有数据，通过网络通信依次获得数据暂存区中的数据，并立即存盘到信号数据库中记录；
[0016] 所述的溯源重现步骤包括：当需要对发生的事件进行溯源和重现时，在确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段后将记录的带时标数据从信号数据库中提取出后进行事件重现。
[0017] 所述的溯源数据获取步骤还包括：或者当数据暂存区中有存储有事件数据时，现地级子系统主动将数据通过网络推送至溯源重现服务器，溯源重现服务器接收到该信息后存储在信号数据库中记录并呈现。
[0018] 所述的溯源重现步骤包括实时模拟器溯源重现子步骤：实时模拟器安装有与现地级子系统中控制功能相同的控制程序；所述的实时模拟器根据分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中提取出记录的带时标输入输出数据，并按时标先后顺序依次输入，其中，相邻两个变化的输入信号传递给实时模拟控制器时，必须严格按照两个相邻变化信号记录时标的时间差进行传输；通过所述的控制程序，监视事件发生的原因和事件发生后控制程序的处理是否正确。
[0019] 所述的溯源重现步骤包括图表溯源重现子步骤：图表重现单元根据要分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中将记录的带时标输入输出数据提取出，将这些数据通过数据表格和时间窗体按时序图呈现出来；所述的图表重现单元通过控制时间前进和后退，观察事件发生前输入输出信号变化过程，找出事件发生的原因，以及事件发生后，现地级子系统处理是否正确。
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021] （1）本发明将主要依靠人员技术和经验支撑的事故分析、故障诊断办法改变为依托技术手段之下的标准作业程序；同时控制系统的事件不再是一个孤立的事件，通过溯源与重放，事件展现出与时间和横向关联的立体事件；并且进一步的，实现了简单快捷的事件分析和被控设备的状态分析，调整控制、指导运行和设备检修。
[0022] （2）本发明的现地级子系统的输入输出信号或内部变量发生变化或事件产生时，连同其变化数值和事件发生时时标完整记录在溯源重现服务器数据库中不会因为通信延时和处理延时而改变获得输入输出信号发生变化或事件发生的时标。
[0023] （3）在现地级子系统设置了专门的事件数据暂存区，防止溯源重现服务器未及时获得现地级的数据，导致现地级数据丢失，确保溯源重现服务器中记录数据的完整性和准确性。
[0024] （4）在溯源重现服务器中记录的是整个现地级子系统中所有输入输出变化及变化时的时标，以及整个现地级子系统中发生的所有事件及事件发生时的时标，可以实现不同现地级子系统之间事件发生时的关联关系，通过关联分析，可以更加准确分析事件发生的过程及原因，此时不再把现地级各子系统看成一个个孤立对象来分析。
[0025] （5）对于在现地级系统的组合事件，可以查看到组合事件是由哪个或哪几个事件触发的，对于事件精细化分析提供了手段和方法。
[0026] （6）当控制层发生事件时，可以快速准确分析出事件产生的原因，解决了事件产生溯源问题；可以准确判断事件发生后，现地级子系统处置是否正确，可以有效消除控制系统中存在的隐患，使被控设备安全可靠运行。
[0027] （7）溯源重现方式有两种，通过这两种方式中的一种或二者结合可以重现事件产生前后的变化过程，找到事件发生的原因以及事件发生后现地级子系统处理的过程，从而判断其事件发生后控制处理是否正确，若发现现地级子控制软件系统存在缺陷和安全隐患，可消除存在缺陷和安全隐患，使整个控制系统安全可靠运行。
附图说明
[0028] 图1为本发明结构方框图；
[0029] 图2为本发明方法流程图。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：
[0031] 如图1所示，一种工业自动化事件溯源的系统，包括通过网络连接的：
[0032] 1.现地级子系统的输入输出设备、控制器和数据暂存区；用于输入或输出的信号发生变化时，现地级控制器立即将输入或输出信号发生变化时的时标以及所有输入输出信号组合在一起形成带时标的输入输出事件，并依次存放在专门的事件溯源数据暂存区中；
[0033] 2.溯源重现服务器：包括数据检测与获取模块、信号数据库和溯源重现模块；当数据检测与获取模块检测到现地级子系统的数据暂存区中有事件数据，通过网络通信依次获得数据暂存区中的数据，并存储到溯源重现服务器的信号数据库中记录；所述的溯源重现模块用于当需要对发生的事件进行溯源和重现时，在确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段后将记录的带时标数据从信号数据库中提取出后进行事件重现，并建立基于重现的实时顺序、精确同步时标、系统化和流程化的事件分析模块基础上的事件溯源方法和系统，同时还能重现事件发生后控制系统处置是否正确有效，便于事件的分析和控制程序的逆向验证。
[0034] 在本实施例中，所述的现地级子系统设置有人机界面HMI，如常见的触摸屏或触摸屏计算机。
[0035] 进一步的，本实施例中的系统还包括主控级系统，主控级系统主要由主机兼操作员站构成。主机兼操作员站和HMI监视现地子级系统各个信号的变化，并且记录和呈现现地子系统发生的各种报警、故障和事故等信息；同时还可以向现地级子系统发送控制命令，达到人机交互的目的。
[0036] 在本实施例中，可以有多个现地级子系统，输入输出的信号可以包括但不限于：电动机过载输入信号，控制电动机启动和停止的输出信号，检测温度的模拟量输入信号，控制阀门开度的模拟量输入信号等。
[0037] 在本实施例中，所述的现地级子系统还包括一个主动推送模块，所述的主动推送模块用于当数据暂存区中有存储有事件数据时，主动将事件数据通过网络推送至溯源重现服务器，溯源重现服务器接收到该信息后存储在信号数据库中记录并呈现。即对于存在的事件发生并且已经结束，但事件数据存储于数据暂存区后，会主动推送至溯源重现服务器。
[0038] 在本实施例中，所述的溯源重现模块包括实时模拟器，所述的实时模拟器安装有与现地级子系统中控制功能相同的控制程序；所述的实时模拟器根据分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中提取出记录的带时标输入输出数据，并按时标先后顺序依次输入，其中，相邻两个变化的输入信号传递给实时模拟控制器时，必须严格按照两个相邻变化信号记录时标的时间差进行传输；通过所述的控制程序，监视事件发生的原因和事件发生后控制程序的处理是否正确。
[0039] 进一步地，所述的实时模拟器为基于实时操作系统的软逻辑控制器，其时间精度可以达到1us。实时模拟器执行的时间确定性要求很高，如果实时模拟器执行的时间确定性不高，是无法准确再现现地控制器在事件发生前后的执行过程。因此需要与现地级子系统信号变化的时标配合使用。
[0040] 在本实施例中，所述的溯源重现模块包括图表重现单元，所述的图表重现单元根据要分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中将记录的带时标输入输出数据提取出来，将这些数据通过数据表格和时间窗体按时序图呈现出来；所述的图表重现单元通过控制时间前进和后退，观察事件发生前输入输出信号变化过程，找出事件发生的原因，以及事件发生后，现地级子系统处置是否正确。
[0041] 在本实施例中，所述的控制器包括一个数据记录计数器；当每新增一条带时标的数据，所述的数据记录计数器加1，溯源重现服务器通过通信获得所述的数据记录计数器的值，若该计数器不为0时，表示现地级子系统的数据暂存区中有数据，通过网络通信依次获得现地级数据暂存区中的数据。
[0042] 基于上述系统的实现，如图2所示，本实施例还提供一种工业自动化事件溯源的方法，包括溯源数据产生步骤、溯源数据获取步骤、溯源数据重现步骤；
[0043] 所述的溯源数据产生步骤包括：当输入或输出的信号发生变化时，控制器立即将输入或输出信号发生变化时的时标以及所有输入输出信号组合在一起，并依次存放在数据暂存区中；或者控制器判别是否有事件发生，一旦判别有事件发生，将事件发生时的时标、发生的事件和所有输入输出数据组合在一起，并依次存放在现地级数据暂存区中；
[0044] 所述的溯源数据获取步骤包括：当数据检测与获取模块检测到现地级子系统的数据暂存区中有数据，通过网络通信依次获得数据暂存区中的数据，并立即存盘到信号数据库中记录；
[0045] 所述的溯源重现步骤包括：当需要对发生的事件进行溯源和重现时，在确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段后将记录的带时标数据从信号数据库中提取出后进行事件重现。
[0046] 所述的溯源数据获取步骤还包括：或者当数据暂存区中有存储有事件数据时，现地级子系统主动将数据通过网络推送至溯源重现服务器，溯源重现服务器接收到该信息后存储在信号数据库中记录并呈现。
[0047] 对应地，所述的溯源重现步骤包括实时模拟器溯源重现子步骤：实时模拟器安装有与现地级子系统中控制功能相同的控制程序；所述的实时模拟器根据分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中提取出记录的带时标输入输出数据，并按时标先后顺序依次输入，其中，相邻两个变化的输入信号传递给实时模拟控制器时，必须严格按照两个相邻变化信号记录时标的时间差进行传输；通过所述的控制程序，监视事件发生的原因和事件发生后控制程序的处理是否正确。
[0048] 对应地，所述的溯源重现步骤包括图表溯源重现子步骤：图表重现单元根据要分析的事件时标确定事件发生前的时间段和事件发生后的时间段，通过这两个时间段从信号数据库中将记录的带时标输入输出数据提取出，将这些数据通过数据表格和时间窗体按时序图呈现出来；所述的图表重现单元通过控制时间前进和后退，观察事件发生前输入输出信号变化过程，找出事件发生的原因，以及事件发生后，现地级子系统处置是否正确。
[0049] 通过这两种方式中的一种或二者结合可以重现事件产生前后的变化过程，找到事件发生的原因；以及事件发生后现地子级系统处理的过程，从而判断其事件发生后控制处理是否正确，若发现现地子级系统控制存在缺陷和安全隐患，可消除存在的缺陷和安全隐患，使整个控制系统安全可靠运行。
