EMS控制器及其即插即用控制方法与流程

ems控制器及其即插即用控制方法
技术领域
1.本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种ems控制器及其即插即用控制方法。


背景技术：

2.随着新能源技术的兴起，储能系统逐渐成为关键技术之一。目前，较为常见的储能系统为集装箱式储能系统，该系统包括储能电池和ems(energy management system，能量管理系统)控制器。现有的ems控制器都是基于iec61850通信协议标准，以固定格式的自描述模型来实现通信，技术要求较高。其中，ems控制器包括主板卡和多种功能板卡，例如，pcs(功率转换系统)板卡、bms(电池管理系统)板卡、bas(环境与设备监控系统)板卡等，板卡之间以主站和从站的方式进行通信，主站和从站都要有相同的自描述模型来进行匹配和验证，当需要新增功能板卡(例如储能电池扩容)时，需要分别重新配置主站和从站的自描述模型并重新建立连接。对于部分复杂的自描述模型，主站和从站之间的通信成本和维护成本高，特别是多个主站和多个从站应用时需要建立多个连接，这就导致应用更加复杂，协调难度更大。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种ems控制器及其即插即用控制方法，能够降低开发难度、解除板卡之间的耦合以及降低配置和调试成本。
4.第一方面，根据本发明实施例的ems控制器，包括主板卡和功能板卡，所述主板卡设置有第一处理单元，所述第一处理单元配置有物联网通信协议模型，所述第一处理单元电性连接有通信接口；功能板卡设置有第二处理单元，所述第二处理单元配置有自适应数据模型，并通过所述通信接口与所述第一处理单元通信连接，其中所述自适应数据模型包括唯一标识符、所述功能板卡的类型、设备数据点表和采集控制点表。
5.根据本发明实施例的ems控制器，至少具有如下有益效果：
6.当新增或更新功能板卡的设备数据点表时，采用自适应数据模型配置，使用基于物联网通信协议模型的订阅发布消息的方式，实现自适应数据模型的自动匹配、校验和解析，其中使用物联网通信协议，降低了软件开发难度，解除了板卡之间的耦合，只在功能板卡中配置一次自适应数据模型，主板卡可以根据自适应数据模型自动解析，减少冗余配置，降低了配置和调试成本，从而达到应用的简单部署、简单调试和快速应用。
7.根据本发明的一些实施例，所述物联网通信协议模型为mqtt协议模型、dds协议模型、amqp协议模型、xmpp协议模型、jms协议模型、rest协议模型或coap协议模型中的一种。
8.根据本发明的一些实施例，所述的ems控制器还包括接口板卡，所述接口板卡的投影形状呈矩形，所述通信接口包括设置在所述接口板卡上的主板接口和多个功能接口，所述主板接口和所述多个功能接口沿所述接口板卡的长度方向并排排列，所述主板卡插接于所述主板接口，所述功能板卡插接于相应的所述功能接口。
9.根据本发明的一些实施例，所述的ems控制器还包括矩形壳体，所述矩形壳体的相对两端设置有前门和背板，所述接口板卡安装在所述背板上，所述矩形壳体内设置有多条导槽，所述主板卡沿对应的所述导槽插接于所述主板接口，或者，所述功能板卡沿对应的所述导槽插接于对应的所述功能接口。
10.根据本发明的一些实施例，所述矩形壳体还具有侧板，所述侧板上设置有散热窗口。
11.第二方面，根据本发明实施例的ems控制器的即插即用控制方法，应用于ems控制器，所述ems控制器包括能够通信连接的功能板卡和主板卡，所述功能板卡中配置有自适应数据模型，所述主板卡中配置有物联网通信协议模型，控制方法包括步骤：
12.在所述功能板卡与所述主板卡连接成功的情况下，所述功能板卡发布自适应数据模型消息，所述自适应数据模型消息包括所述功能板卡的自适应数据模型；
13.所述主板卡接收并校验订阅的所述自适应数据模型消息；
14.在所述自适应数据模型消息校验成功的情况下，所述主板卡对所述自适应数据模型进行解析，生成并保存数据的拓扑结构；
15.所述主板卡发布第一消息并订阅所述功能板卡发布的数据；
16.所述功能板卡接收订阅的所述第一消息，并执行数据发布。
17.根据本发明实施例的ems控制器的即插即用控制方法，至少具有如下有益效果：
18.当新增或更新功能板卡的设备数据点表时，采用自适应数据模型配置，使用基于物联网通信协议模型的订阅发布消息的方式，实现自适应数据模型的自动匹配、校验和解析，其中使用物联网通信协议，降低了软件开发难度，解除了板卡之间的耦合，只在功能板卡中配置一次自适应数据模型，主板卡可以根据自适应数据模型自动解析，减少冗余配置，降低了配置和调试成本，从而达到应用的简单部署、简单调试和快速应用。
19.根据本发明的一些实施例，所述主板卡对所述自适应数据模型进行解析，包括步骤：
20.根据所述自适应数据模型中的唯一标识符，确定当前配置是否已注册；
21.在所述当前配置已注册的情况下，对比和更新所述自适应数据模型的采集控制点表，并持久化保存所述当前配置；
22.在所述当前配置未注册的情况下，添加所述自适应数据模型的采集控制点表，并持久化保存所述当前配置。
23.根据本发明的一些实施例，所述生成并保存数据的拓扑结构，包括：
24.解析并获取所述自适应数据模型中的设备数据点表；
25.根据所述设备数据点表动态生成所述数据的拓扑结构，并保存。
26.第三方面，根据本发明实施例的ems控制器的即插即用控制方法，应用于主板卡，包括步骤：
27.接收并校验订阅的所述自适应数据模型消息，所述自适应数据模型消息包括功能板卡的自适应数据模型；
28.在所述自适应数据模型消息校验成功的情况下，对所述自适应数据模型进行解析，生成并保存数据的拓扑结构；
29.发布第一消息并订阅所述功能板卡发布的数据。
30.第四方面，根据本发明实施例的ems控制器的即插即用控制方法，应用于功能板卡，包括步骤：
31.在与主板卡连接成功的情况下，发布自适应数据模型消息，所述自适应数据模型消息包括所述功能板卡的自适应数据模型；
32.在接收到订阅的初始化完成消息的情况下，执行数据发布；
33.在接收到订阅的校验失败消息的情况下，根据所述校验失败消息重新配置所述自适应数据模型，并根据重新配置后的所述自适应数据模型发布所述自适应数据模型消息。
34.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
35.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
36.图1为本发明实施例的ems控制器的原理框图；
37.图2为本发明实施例的ems控制器的内部结构示意图；
38.图3为本发明实施例的ems控制器的结构示意图；
39.图4为本发明实施例3的ems控制器的即插即用控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
40.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.在本发明的描述中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
43.本发明的描述中，除非另有明确的限定，“设置”、“安装”、“连接”等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
44.实施例1
45.请参照图1，本实施例公开了一种ems控制器，包括主板卡100和功能板卡200，主板卡100设置有第一处理单元，第一处理单元配置有物联网通信协议模型，第一处理单元电性连接有通信接口，功能板卡200设置有第二处理单元，第二处理单元配置有自适应数据模型，并通过通信接口与第一处理单元通信连接，其中自适应数据模型包括唯一标识符、功能板卡200的类型、设备数据点表和采集控制点表。
46.当新增或更新功能板卡200的设备数据点表时，采用自适应数据模型配置，使用基于物联网通信协议模型的订阅发布消息的方式，实现自适应数据模型的自动匹配、校验和解析，其中使用物联网通信协议，降低了软件开发难度，解除了板卡之间的耦合，只在功能板卡200中配置一次自适应数据模型，主板卡100可以根据自适应数据模型自动解析，减少冗余配置，降低了配置和调试成本，从而达到应用的简单部署、简单调试和快速应用。
47.物联网通信协议模型为mqtt协议模型、dds协议模型、amqp协议模型、xmpp协议模型、jms协议模型、rest协议模型或coap协议模型中的一种。本实施例以mqtt协议模型为例进行说明。
48.mqtt协议是一种基于发布-订阅模式的消息传输协议，其中发布-订阅模式是指消息的发布者将消息发布到一个中间的消息代理，然后订阅者向该消息代理注册订阅，由消息代理来进行过滤，并将订阅的消息转发到订阅者。由于消息的发送并非由发布者直接发送给订阅者，因此发布者和订阅者之间不需要知道彼此的存在，使发布者和订阅者松耦合，即主板卡100与功能板卡200之间松耦合。在进行功能板卡200扩展或更换时，主板卡100和功能板卡200的松耦合，有利于减少两者之间的配置工作，从而实现快速应用。另外，mqtt协议是一种“轻量级”的传输协议，可以采用极少的代码来提供实时可靠的消息服务，有利于降低主板卡100的软件开发难度和配置难度。
49.与应用于主站和从站的自描述模型相比，本实施例的基于物联网通信协议的自适应数据模型具有更高的灵活性。自适应数据模型以json(javascript object notation，javascript对象表示法)格式进行描述，json是一种基于文本但独立于语言的轻量级数据交换格式，有利于降低软件开发难度。下面以一个具体示例对自适应数据模型进行说明。
50.51.[0052][0053]
在上述示例中，json格式的自适应数据模型是以键值对的方式表示，其中键值对中的键名称进行统一的功能约定，例如“id”用作唯一标识符，以便于标识不同的功能板卡200，又例如“type”用作功能板卡200的类型标识，标识该功能板卡200为bms(battery management system，电池管理系统)板卡、pcs(power control system，功率转换系统)板卡或其他板卡。值类型为集合的键值对均为可变的集合，可以对集合中的键值进行配置，例如“devices”用作设备数据点表，设备数据点表包括deviceid(设备id)、parentid(设备父级id)、type(设备类型)、desc(设备描述),主板卡100可以根据键的值集合，动态解析生成上下级拓扑结构，例如，根据设备数据点表中的设备父级id确定当前设备的上级设备，以生成上下级拓扑结构。又例如，“points”用作采集控制点表，采集控制点表包括pointid(点id)、name(点名称)、type(点数据类型)、factor(点系数)、offset(点偏移量)和desc(点描述)。在使用时，只需在功能板卡200中配置一次自适应数据模型，主板卡100可以根据自适应数据模型进行自动解析，减少冗余配置，降低配置和调试成本，从而实现应用的简单部署、简单调试和快速应用。
[0054]
为了能够实现简单部署和快速应用，本实施例还在物理结构上对ems控制器进行改进。例如，请参照图2和图3，ems控制器还包括接口板卡300，接口板卡300的投影形状呈矩形，需要说明的是，接口板卡300为电路板，对于电路板而言，其具有长度、宽度和厚度，其中电路板的厚度一般远小于其长度值和宽度值，而本实施例的接口板卡300的投影形状是指沿接口板卡300的厚度方向进行投影得到的形状，该形状呈矩形，值得理解的是，为了适应装配需求，接口板卡300的边缘可能会设置凹位或缺口，但从整体上来说接口板卡300外形轮廓还是矩形。通信接口包括设置在接口板卡300上的主板接口和多个功能接口，主板接口和多个功能接口沿接口板卡300的长度方向并排排列，主板卡100插接于主板接口，功能板卡200插接于相应的功能接口。本实施例将通信接口从主板卡100中分离到接口板卡300中，有利于简化主板卡100的电路结构，实现功能的集成化设计。主板卡100通过接口板卡300与功能板卡200实现通讯连接，而且主板卡100和功能板卡200可以在接口板卡300上实现快速插拔，配合主板卡100的物联网通信协议模型以及功能板卡200的自适应数据模型可以实现功能板卡200的即插即用，与常规ems控制器的跳线连接方式相比，本实施例可以实现功能板卡200的便捷扩展和快速应用。
[0055]
请继续参照图2和图3，ems控制器还包括矩形壳体400，矩形壳体400的相对两端设置有前门410和背板420，接口板卡300安装在背板420上，矩形壳体400内设置有多条导槽401，主板卡100沿对应的导槽401插接于主板接口，或者，功能板卡200沿对应的导槽401插接于对应的功能接口。在本实施例中，导槽401可以在主板卡100或功能板卡200的安装过程中提高定位和导向作用，便于板卡的快速插接和应用。
[0056]
为了提高ems控制器的可靠性，矩形壳体400的左右两侧还具有侧板430，侧板430上设置有散热窗口431，可以形成对流的散热通道，其中，主板卡100和功能板卡200均位于
散热通道内，便于将板卡产生的热量排除矩形壳体400，从而提高散热效率，进而提高ems控制器的可靠性，降低维护的工作量。
[0057]
实施例2
[0058]
本发明实施例公开一种ems控制器的即插即用控制方法，应用于ems控制器，ems控制器包括能够通信连接的功能板卡200和主板卡100，功能板卡200中配置有自适应数据模型，主板卡100中配置有物联网通信协议模型，需要说明的是，本实施例中ems控制器未提及的结构可参照实施例1。请参照图4，ems控制器的即插即用控制方法包括步骤s110～s150，下面对各个步骤进行详细表述：
[0059]
s110、在功能板卡200与主板卡100连接成功的情况下，功能板卡200发布自适应数据模型消息，自适应数据模型消息包括功能板卡200的自适应数据模型。
[0060]
请参照图1，本实施例中涉及的功能板卡200与主板卡100连接成功是指在功能板卡200中配置自适应数据模型后，将功能板卡200与主板卡100连接，例如，功能板卡200与主板卡100通过通信接口电性连接，或者，功能板卡200与主板卡100分别通过接口板卡300上对应的接口电性连接。当功能板卡200和主板卡100均通电后，功能板卡200与主板卡100之间可以通过消息总线进行消息发布和订阅，其中本实施例的物联网通信协议模型为mqtt协议模型，相应的，消息总线为mqtt协议总线。当功能板卡200与主板卡100连接成功后，功能板卡200可以通过mqtt协议模型中的消息代理订阅主板卡100发布的消息，主板卡100也可以通过消息代理来订阅功能板卡200的消息。当然，由于主板卡100与功能板卡200之间未完成初始化，两者之间只是进行简单的消息发布和订阅。
[0061]
s120、主板卡100接收并校验订阅的自适应数据模型消息。
[0062]
例如，自适应数据模型包括唯一标识符和功能板卡200的类型，主板卡100通过对唯一标识符和功能板卡200的类型进行校验，可以确定该功能板卡200是否为合法的板卡。
[0063]
s130、在自适应数据模型消息校验成功的情况下，主板卡100对自适应数据模型进行解析，生成并保存数据的拓扑结构。
[0064]
在校验成功的情况下，主板卡100将功能板卡200确定为合法板卡，并对功能板卡200的自适应数据模型进行解析，以便于在主板卡100与功能板卡200之间建立连接，实现数据交互。在自适应数据模型消息校验失败的情况下，主板卡100发布校验失败消息，功能板卡200接收订阅的校验失败消息，并根据校验失败消息的提示重新配置自适应数据模型，然后重新发布自适应数据模型消息。
[0065]
s140、主板卡100发布第一消息并订阅功能板卡200发布的数据；
[0066]
s150、功能板卡200接收订阅的第一消息，并执行数据发布。
[0067]
当新增或更新功能板卡200的设备数据点表时，采用自适应数据模型配置，使用基于物联网通信协议模型的订阅发布消息的方式，实现自适应数据模型的自动匹配、校验和解析，其中使用物联网通信协议，降低了软件开发难度，解除了板卡之间的耦合，只在功能板卡200中配置一次自适应数据模型，主板卡100可以根据自适应数据模型自动解析，减少冗余配置，降低了配置和调试成本，从而达到应用的简单部署、简单调试和快速应用。
[0068]
在上述步骤s130中，主板卡100对自适应数据模型进行解析，包括步骤：
[0069]
s131、根据自适应数据模型中的唯一标识符，确定当前配置是否已注册；
[0070]
例如，新增的功能板卡200由于未与主板卡100之间建立连接，因此，新增功能板卡
200的配置是处于未注册状态，当功能板卡200与主板卡100建立连接后，功能板卡200的配置已被保存，即属于已注册。当拔出功能板卡200后再次与主板卡100连接，主板卡100可以根据唯一标识符识别该功能板卡200为注册状态。
[0071]
s132、在当前配置已注册的情况下，对比和更新自适应数据模型的采集控制点表，并持久化保存当前配置；
[0072]
s133、在当前配置未注册的情况下，添加自适应数据模型的采集控制点表，并持久化保存当前配置。
[0073]
其中，采集控制点表可以确定功能板卡200需要采集的参数数据，例如电压、电流或温度等。
[0074]
在上述步骤s130中，生成并保存数据的拓扑结构，包括：
[0075]
s134、解析并获取自适应数据模型中的设备数据点表；
[0076]
s135、根据设备数据点表动态生成数据的拓扑结构，并保存。
[0077]
在自适应数据模型中，设备数据点表包括设备父级id，设备父级id用于标识设备上下级拓扑关系，根据设备父级id可以确定设备的上下级拓扑关系，生成数据的拓扑结构。
[0078]
实施例3
[0079]
本发明实施例公开一种ems控制器的即插即用控制方法，应用于主板卡100，主板卡100的配置可参照实施例1,本实施例不再赘述。本实施例的ems控制器的即插即用控制方法包括步骤：
[0080]
s210、接收并校验订阅的自适应数据模型消息，自适应数据模型消息包括功能板卡200的自适应数据模型；
[0081]
s220、在自适应数据模型消息校验成功的情况下，对自适应数据模型进行解析，生成并保存数据的拓扑结构；
[0082]
s230、发布第一消息并订阅功能板卡200发布的数据。
[0083]
当新增或更新功能板卡200的设备数据点表时，主板卡100使用基于物联网通信协议模型的订阅发布消息的方式，接收订阅的自适应数据模型消息，实现自适应数据模型的自动匹配、校验和解析，其中使用物联网通信协议，降低了软件开发难度，解除了板卡之间的耦合，只在功能板卡200中配置一次自适应数据模型，主板卡100可以根据自适应数据模型自动解析，减少冗余配置，降低了配置和调试成本，从而达到应用的简单部署、简单调试和快速应用。
[0084]
实施例4
[0085]
本发明实施例公开一种ems控制器的即插即用控制方法，应用于功能板卡200，功能板卡200的配置可参照实施例1,本实施例不再赘述。本实施例的ems控制器的即插即用控制方法包括步骤：
[0086]
s310、在与主板卡100连接成功的情况下，发布自适应数据模型消息，自适应数据模型消息包括功能板卡200的自适应数据模型；
[0087]
s320、在接收到订阅的初始化完成消息的情况下，执行数据发布；
[0088]
s330、在接收到订阅的校验失败消息的情况下，根据校验失败消息重新配置自适应数据模型，并根据重新配置后的自适应数据模型发布自适应数据模型消息。
[0089]
当新增或更新功能板卡200的设备数据点表时，功能板卡200通过基于物联网通信
协议模型的订阅发布消息的方式，发布自适应数据模型消息，实现自适应数据模型的自动匹配、校验和解析，其中使用物联网通信协议，降低了软件开发难度，解除了板卡之间的耦合，只在功能板卡200中配置一次自适应数据模型，主板卡100可以根据自适应数据模型自动解析，减少冗余配置，降低了配置和调试成本，从而达到应用的简单部署、简单调试和快速应用。
[0090]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。