本发明属于测试设备制造，具体的说是一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统及方法。
背景技术：
1、材料性能测试仪器是一种用于测试材料力学性能及其他特种性能的科学仪器，其可以通过泛在式的传感器监测材料的测试指标和自身的运行参数，部分测试仪器均有与之配套的工控软件和数据存储数据库；构建测试仪器的数字孪生可以使得仪器运行过程透明化，实时监测仪器运行状态，及时发现异常情况并避免不必要的停机。而构建数字孪生需要将多个源头的数据进行采集分析，从而实现数据的集成分析和处理。
2、测试仪器的数据来源从大类分为材料测试数据和仪器运行数据，而数据采集方案往往针对这两个方面分别采集，导致了很多数据只能在工控机和传感器仪表中展示，无法将所有数据都纳入到一个数据系统中进行分析，无法实现测试仪器的数字孪生，数据的传输灵活性不高，缺乏整体性的技术方案。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明提供了一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统及方法，可以成功连接测试仪器在运行过程中的多种的数据来源，实现了多源数据的采集和汇总，基于发布/订阅式数据中转服务器，保证了服务器轻量化，并通过多种的qos等级，有利于各种困难环境下的数据可靠传输，为数字孪生的构建提供了数据基础，从而辅助工作人员对测试仪器开展维护管理工作，进而避免因测试仪器故障而导致产品研发延误的问题发生。
2、本发明技术方案结合附图说明如下：
3、第一方面，本发明提供了一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统，包括：
4、测试仪器，用于对被测试样开展材料性能测试；
5、数据采集边缘网关，用于传感器的数据采集，并且将采集的数据进行数据发布；
6、暂存数据库，用于与工控软件所连接的数据库进行数据同步，并在同步时将数据进行发布；
7、工控机，用于控制测试仪器的试验功能，并且具备数据发布功能；
8、发布/订阅式数据中转服务器，并且接收数据采集边缘网关、工控机、暂存数据库发布的各类数据；
9、数字孪生服务器，用于搭建数字孪生服务的服务器，用三维可视化的方式监控测试仪器的实时状态和潜在退化，并且订阅数据中转服务器中的各项数据；
10、所述数字孪生服务器与发布/订阅式数据中转服务器连接；所述发布/订阅式数据中转服务器与数据采集边缘网关、暂存数据库和工控机连接；所述数据采集边缘网关、暂存数据库和工控机与测试仪器连接。
11、进一步的，通过材料性能测试获得力学性能数据、热学性能数据、化学性能数据、环境场温度数据、机械振动数据、电流数据、电压数据和电位数据。
12、进一步的，所述数据采集边缘网关具备传感器串口接入功能，接入485/232串口。
13、进一步的，所述暂存数据库包括主数据库和从数据库；
14、所述主数据库，用于直接存储从试验机中采集出的所有数据，内置了二进制日志文件，记录主数据库的数据操作；
15、所述从数据库，用于与主数据库进行数据同步，其通过读取主数据库的二进制日志文件来读取主数据库内的数据内容进而完成数据同步。
16、第二方面，本发明还提供了一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集方法，包括以下步骤：
17、s1、搭建发布/订阅式数据中转服务器；
18、s2、通过数据采集边缘网关的485/232串口将数据发布至发布/订阅式数据中转服务器；
19、s3、通过暂存数据库主从同步监听测试仪器数据库，并将数据发布至发布/订阅式数据中转服务器；
20、s4、通过工控机将数据发布至发布/订阅式数据中转服务器；
21、s5、数字孪生服务器订阅发布/订阅式数据中转服务器的数据。
22、进一步的，所述s1的具体方法如下：
23、11）初始化数据中转服务；
24、开启发布/订阅式数据中转服务软件，所述软件选用mqtt协议，在能被其他所有网络设备通过tcp/ip协议连接的服务器中开启mqtt服务；
25、12）配置数据中转服务；
26、在mqtt服务中配置ip地址及端口号，避免与现有ip及端口号重复，此外，设置与mqtt服务连接的用户信息，选择数据传输质量；
27、13）测试数据中转服务；
28、使用测试工具向mqtt服务器发布并订阅信息，确保mqtt服务器正常工作，若数据中转服务器工作正常，则能够启动发布/订阅式数据中转服务器。
29、进一步的，所述s2的具体方法如下：
30、21）接入传感器硬件；
31、将通过485/232串口传输数据的传感器接入数据采集边缘网关；
32、22）对数据进行分类；
33、按照数据类制定各类数据的主题名称并且进行分类；
34、23）对数据格式进行转换；
35、将通过485/232串口采集到的数据流转换为json格式的数据；
36、24）对数据进行发布；
37、按照11）中设置的ip地址、监听端口及数据传输质量，将主题名称和对应的数据逐条进行数据发布。
38、进一步的，所述s3的具体方法如下：
39、31）配置主数据库；
40、所述主数据库中内置二进制日志文件，用于记录数据库内的更改操作；
41、32）配置从数据库；
42、所述从数据库指定主数据库的 ip 地址、监听端口号、用于用户身份验证的用户名和密码，以及要同步的二进制日志文件和位置；
43、33）连接主数据库和从数据库，并且将主数据库和从数据库的信息进行同步；
44、将从数据库连接至主数据库；主数据库按照数据采集时的顺序和采集频率，将二进制日志文件发送给从数据库；在从数据库接收到二进制日志文件后，应用到自己的数据库中，以实现数据的同步；
45、34）对数据的一致性进行校验；
46、在完成同步后，进行数据一致性检查，确保从数据库中的数据与主数据库中的数据一致；
47、35）对数据进行分类；
48、根据各项材料性能数据的类别不同，为各数据进行主题编写，用以将暂存数据库中的数据分类至不同主题；
49、36）对数据格式进行转换；
50、将待传输的数据流转换为json格式的数据；
51、37）对数据进行发布；
52、按照11）中设置的ip地址、监听端口及数据传输质量，将主题名称和对应的数据逐条进行数据发布。
53、进一步的，所述s4的具体方法如下：
54、41）搭建数据发布模块；
55、使用nuget包管理器在工控机软件中引入mqttnet库；在工控机软件中创建一个mqtt客户端，用以连接到mqtt服务器并发布数据；最后，进行测试，连接至mqtt服务器中，对数据发布及订阅功能进行测试，确保按预期功能开展工作；
56、42）对工控机数据进行发布；
57、开启工控机中的mqtt客户端；所述mqtt客户端连接至mqtt服务器；将精度参数、温控参数按照具体数据配置主题内容，并将各主题的数据发布至mqtt服务器中；最后，添加一个异常处理逻辑，也即当mqtt出现连接故障时，反馈出连接的异常代码，用于在数据发布过程中出现连接失败问题时，对异常进行处理。
58、进一步的，所述s5的具体方法如下：
59、51）订阅数字孪生服务端数据；
60、所述数字孪生服务属于一种测试仪器监测方法，能够根据测试仪器的各项数据进行三维可视化监测；数字孪生服务按照s1中的各项参数与mqtt服务器进行连接；之后按照所需数据的主题，向mqtt服务器请求数据订阅，请求订阅后，由mqtt服务器将各源所发布的数据传输至数字孪生服务器中；
61、52）对数据格式进行转换；
62、数字孪生服务器将从mqtt服务器接收到的json格式数据转换为mysql格式的数据流；
63、53）对数据进行存储；
64、将数据流存储至数字孪生服务器的数据库中，用于后续分析。
65、本发明的有益效果为：
66、1）本发明通过数据中转服务器，可以成功连接测试仪器在运行过程中的多种的数据来源，实现了多源数据的采集和汇总，基于发布/订阅式数据中转服务器，保证了服务器轻量化，并通过多种的qos等级，有利于各种困难环境下的数据可靠传输；
67、2）本发明通过多源数据的有效采集，为数字孪生的构建提供了数据基础，孪生仪器可以实时获取实体仪器的各项数据指标，并根据所获得的实时数据，计算分析其隐形状态，有利于对测试仪器开展维护工作，提高测试仪器的运行稳定性及安全性，提高了生产效率和工作效益；
68、3）本发明通过对材料试验机数据的有效整合，提高了数据的采集质量，避免了多种数据之间格式的混乱，优化了数据分析过程中的工作量，有利于试验机的实时状态识别及未来状态预测。
1.一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统，其特征在于，通过材料性能测试获得力学性能数据、热学性能数据、化学性能数据、环境场温度数据、机械振动数据、电流数据、电压数据和电位数据。
3.根据权利要求1所述的一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统，其特征在于，所述数据采集边缘网关具备传感器串口接入功能，接入485/232串口。
4.根据权利要求1所述的一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统，其特征在于，所述暂存数据库包括主数据库和从数据库；
5.根据权利要求1所述的一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统的采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统的采集方法，其特征在于，所述s1的具体方法如下：
7.根据权利要求6所述的一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统的采集方法，其特征在于，所述s2的具体方法如下：
8.根据权利要求6所述的一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统的采集方法，其特征在于，所述s3的具体方法如下：
9.根据权利要求6所述的一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统的采集方法，其特征在于，所述s4的具体方法如下：
10.根据权利要求5所述的一种用于材料性能试验机数字孪生的多源数据采集系统的采集方法，其特征在于，所述s5的具体方法如下：
