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# 数据管理模块 — 开发规格说明
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> 本文档属于《污水厂智能控制平台》的一部分，详细描述数据管理模块的功能、数据模型、API接口和业务逻辑，细度可达直接开发级别。
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## 目录
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- [1. 概述](#1-概述)
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- [2. 设备管理](#2-设备管理)
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- [3. 数据采集点管理](#3-数据采集点管理)
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- [4. 数据写入点管理](#4-数据写入点管理)
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- [5. 采集引擎（运行时）](#5-采集引擎运行时)
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- [6. 写入引擎（运行时）](#6-写入引擎运行时)
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- [7. 协议插件化架构](#7-协议插件化架构)
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## 1. 概述
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### 1.1 模块定位
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本模块是平台的数据基础层，负责：
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- 管理PLC设备及其连接配置
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- 定义数据采集点位（从PLC读取数据）
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- 定义数据写入点位（向PLC写入控制指令）
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- 运行时执行数据采集任务，将数据写入TDengine
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- 运行时执行控制指令下发任务
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### 1.2 模块边界
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| 交互对象 | 方向 | 内容 |
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|----------|------|------|
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| Web前端 | 双向 | 设备/点位CRUD、实时数据展示、控制指令下发 |
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| TDengine | 单向写入 | 采集到的时序数据 |
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| PostgreSQL | 双向 | 设备配置、点位配置、操作日志 |
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| PLC设备 | 双向 | 读取寄存器、写入寄存器 |
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### 1.3 核心概念关系
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```
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设备 (Device) ← 一个物理PLC或Modbus设备
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├── 采集点 (CollectPoint) ← 从该设备读取的测点（N个）
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└── 写入点 (WritePoint) ← 向该设备写入的测点（M个）
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采集点 ≠ 写入点，两者分开管理，独立配置。
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```
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## 2. 设备管理
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### 2.1 数据模型
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#### 2.1.1 数据库表：devices
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```sql
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CREATE TABLE devices (
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id UUID PRIMARY KEY DEFAULT gen_random_uuid(),
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name VARCHAR(128) NOT NULL,
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protocol_type VARCHAR(32) NOT NULL,
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enabled BOOLEAN NOT NULL DEFAULT TRUE,
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deleted BOOLEAN NOT NULL DEFAULT FALSE,
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-- 网络连接参数
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host VARCHAR(256) NOT NULL,
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port INTEGER NOT NULL,
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connect_timeout INTEGER NOT NULL DEFAULT 5, -- 连接超时，单位秒
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reconnect_interval INTEGER NOT NULL DEFAULT 10, -- 断线重连间隔，单位秒
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-- 协议级配置（JSON格式，由协议驱动自行解析）
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protocol_config JSONB NOT NULL DEFAULT '{}',
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created_at TIMESTAMP WITH TIME ZONE NOT NULL DEFAULT NOW(),
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updated_at TIMESTAMP WITH TIME ZONE NOT NULL DEFAULT NOW(),
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created_by VARCHAR(64),
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updated_by VARCHAR(64)
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);
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-- 名称唯一（逻辑删除的记录不参与唯一约束）
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CREATE UNIQUE INDEX idx_devices_name ON devices(name) WHERE deleted = FALSE;
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```
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#### 2.1.2 协议类型枚举
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| 协议类型标识 | 说明 | 当前状态 |
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|-------------|------|---------|
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| `S7` | 西门子S7协议 | 已支持 |
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| `MODBUS_TCP` | Modbus TCP协议 | 已支持 |
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| （后续扩展） | 新增协议通过插件机制添加 | 待扩展 |
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#### 2.1.3 各协议 protocol_config 定义
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**S7协议**：
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```json
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{
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"rack": 0,
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"slot": 1
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}
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```
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| 字段 | 类型 | 必填 | 说明 |
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|------|------|------|------|
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| rack | int | 是 | PLC机架号，默认0 |
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| slot | int | 是 | PLC插槽号，默认1 |
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**Modbus TCP协议**：
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```json
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{
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||
"unit_id": 1,
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"byte_order": "ABCD",
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||
"word_order": "AB"
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||
}
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||
```
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| 字段 | 类型 | 必填 | 说明 |
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|------|------|------|------|
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| unit_id | int | 是 | Modbus从站地址（站号），范围1~247 |
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| byte_order | string | 是 | 32位浮点数（REAL）的字节序，详见下文 |
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| word_order | string | 是 | 32位浮点数（REAL）的字序，详见下文 |
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**byte_order 和 word_order 说明**：
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对于Modbus中占用2个寄存器的REAL类型（32位浮点数），解析时需指定字节顺序：
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| byte_order | 说明 | 示例（4字节: 0x41 0xA0 0x00 0x00） |
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|------------|------|--------------------------------------|
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| `ABCD` | 大端序（默认） | 41A00000 → 20.0 |
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| `BADC` | 字节交换 | A0410000 → 乱码（通常不推荐） |
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| `CDAB` | 字内字节交换 | 000041A0 → 20.0（某些PLC的格式） |
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| `DCBA` | 小端序 | 0000A041 → 乱码（通常不推荐） |
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| word_order | 说明 | 示例（4字节: 0x41 0xA0 0x00 0x00） |
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|------------|------|--------------------------------------|
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| `AB` | 正常字序 | 寄存器1=41A0, 寄存器2=0000 → 20.0 |
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| `BA` | 字交换 | 寄存器1=0000, 寄存器2=41A0 → 20.0（某些PLC的格式） |
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**最终解析公式**：按照 `word_order` 决定字的排列，再按 `byte_order` 决定每个字内的字节顺序。
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#### 2.1.4 设备的业务状态
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| 状态 | 说明 |
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|------|------|
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| enabled=true | 设备启用，采集引擎会为该设备建立连接并执行采集任务 |
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| enabled=false | 设备禁用，采集引擎跳过该设备，已有连接断开 |
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| deleted=true | 逻辑删除，数据保留但不再显示和使用 |
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### 2.2 RESTful API
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#### 2.2.1 接口列表
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| 方法 | 路径 | 说明 |
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|------|------|------|
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| GET | /api/v1/devices | 获取设备列表（支持分页、搜索、按协议筛选） |
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| POST | /api/v1/devices | 新增设备 |
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| GET | /api/v1/devices/{id} | 获取单个设备详情 |
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| PUT | /api/v1/devices/{id} | 修改设备 |
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| DELETE | /api/v1/devices/{id} | 逻辑删除设备 |
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||
| POST | /api/v1/devices/export | 导出设备列表为CSV |
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| POST | /api/v1/devices/import | 从CSV文件导入设备 |
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| GET | /api/v1/devices/protocols | 获取当前支持的所有协议类型列表 |
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#### 2.2.2 接口详细定义
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**POST /api/v1/devices** — 新增设备
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Request body：
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||
```json
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||
{
|
||
"name": "一期曝气柜PLC",
|
||
"protocol_type": "S7",
|
||
"host": "192.168.1.100",
|
||
"port": 102,
|
||
"connect_timeout": 5,
|
||
"reconnect_interval": 10,
|
||
"protocol_config": {
|
||
"rack": 0,
|
||
"slot": 1
|
||
}
|
||
}
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||
```
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Response (201)：
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||
```json
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{
|
||
"id": "uuid-string",
|
||
"name": "一期曝气柜PLC",
|
||
"protocol_type": "S7",
|
||
"enabled": true,
|
||
"host": "192.168.1.100",
|
||
"port": 102,
|
||
"connect_timeout": 5,
|
||
"reconnect_interval": 10,
|
||
"protocol_config": {
|
||
"rack": 0,
|
||
"slot": 1
|
||
},
|
||
"created_at": "2026-07-09T10:00:00+08:00",
|
||
"updated_at": "2026-07-09T10:00:00+08:00"
|
||
}
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```
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校验规则：
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||
- name：必填，1~128字符，不可重复（逻辑删除的记录不参与唯一性校验）
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- protocol_type：必填，必须是当前系统支持的协议类型
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- host：必填，合法的IP地址或域名
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||
- port：必填，1~65535
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||
- connect_timeout：可选，默认5，范围1~60
|
||
- reconnect_interval：可选，默认10，范围1~3600
|
||
- protocol_config：必填，根据protocol_type不同，校验规则不同
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**PUT /api/v1/devices/{id}** — 修改设备
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- 与新增使用相同的请求体结构
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||
- 修改后，如果设备正在运行中，采集引擎应自动重新连接
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**DELETE /api/v1/devices/{id}** — 逻辑删除
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- 将该设备的 deleted 字段设为 true
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- 如果设备正在运行中，采集引擎应立即停止该设备的所有采集任务并断开连接
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||
- 同时该设备下所有采集点和写入点也一并逻辑删除
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**POST /api/v1/devices/export** — 导出设备列表为CSV
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Request body：
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```json
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{
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||
"ids": ["uuid1", "uuid2"] // 可选，不传则导出全部
|
||
}
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```
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Response：CSV文件（Content-Type: text/csv; charset=utf-8-sig）
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CSV格式定义：
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```csv
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name,protocol_type,host,port,connect_timeout,reconnect_interval,protocol_config,enabled
|
||
一期曝气柜PLC,S7,192.168.1.100,102,5,10,"{""rack"":0,""slot"":1}",TRUE
|
||
二期加药间PLC,MODBUS_TCP,192.168.2.50,502,5,10,"{""unit_id"":1,""byte_order"":""ABCD"",""word_order"":""AB""}",TRUE
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```
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注意：
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- CSV使用UTF-8 with BOM编码
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- 首行为标题行
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- 布尔值导出为 TRUE/FALSE
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- JSON字段导出为转义后的JSON字符串
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**POST /api/v1/devices/import** — 从CSV导入设备
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- Content-Type: multipart/form-data，文件字段名：file
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||
- 导入逻辑：
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||
- 以name为唯一标识：如果CSV中的设备名称已存在，则更新该设备；不存在则新增
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||
- 导入完成后返回处理结果：成功数、失败数、失败原因列表
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||
- 校验规则与新增接口一致，校验失败的行跳过并记录原因
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**GET /api/v1/devices** — 获取设备列表
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Query parameters：
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| 参数 | 类型 | 必填 | 说明 |
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|------|------|------|------|
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| page | int | 否 | 页码，默认1 |
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| page_size | int | 否 | 每页数量，默认20，最大100 |
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| keyword | string | 否 | 搜索关键词（匹配name） |
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| protocol_type | string | 否 | 按协议筛选 |
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| enabled | bool | 否 | 按启用状态筛选 |
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Response (200)：
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||
```json
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||
{
|
||
"total": 50,
|
||
"page": 1,
|
||
"page_size": 20,
|
||
"items": [
|
||
{
|
||
"id": "uuid",
|
||
"name": "一期曝气柜PLC",
|
||
"protocol_type": "S7",
|
||
"enabled": true,
|
||
"host": "192.168.1.100",
|
||
"port": 102,
|
||
"connect_timeout": 5,
|
||
"reconnect_interval": 10,
|
||
"protocol_config": { "rack": 0, "slot": 1 },
|
||
"created_at": "...",
|
||
"updated_at": "..."
|
||
}
|
||
]
|
||
}
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```
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---
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## 3. 数据采集点管理
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### 3.1 数据模型
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#### 3.1.1 数据库表：collection_points
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```sql
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CREATE TABLE collection_points (
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id UUID PRIMARY KEY DEFAULT gen_random_uuid(),
|
||
name VARCHAR(128) NOT NULL,
|
||
group_name VARCHAR(64) NOT NULL DEFAULT 'default',
|
||
device_id UUID NOT NULL REFERENCES devices(id),
|
||
enabled BOOLEAN NOT NULL DEFAULT TRUE,
|
||
deleted BOOLEAN NOT NULL DEFAULT FALSE,
|
||
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||
-- 采集地址（协议驱动自行解析）
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||
address VARCHAR(256) NOT NULL,
|
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||
-- 数据类型
|
||
data_type VARCHAR(16) NOT NULL, -- 'BOOL', 'INT', 'REAL'
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||
|
||
-- 采集参数
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||
collect_interval INTEGER NOT NULL DEFAULT 1, -- 单位：秒，最小值1
|
||
store_history BOOLEAN NOT NULL DEFAULT TRUE,
|
||
history_interval INTEGER NOT NULL DEFAULT 1, -- 单位：分钟，最小值1
|
||
|
||
created_at TIMESTAMP WITH TIME ZONE NOT NULL DEFAULT NOW(),
|
||
updated_at TIMESTAMP WITH TIME ZONE NOT NULL DEFAULT NOW(),
|
||
created_by VARCHAR(64),
|
||
updated_by VARCHAR(64)
|
||
);
|
||
|
||
-- 全局唯一名称（逻辑删除的记录不参与）
|
||
CREATE UNIQUE INDEX idx_collection_points_name ON collection_points(name) WHERE deleted = FALSE;
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||
-- 按设备查询
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||
CREATE INDEX idx_collection_points_device ON collection_points(device_id) WHERE deleted = FALSE;
|
||
|
||
-- 按分组查询
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CREATE INDEX idx_collection_points_group ON collection_points(group_name) WHERE deleted = FALSE;
|
||
```
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#### 3.1.2 各协议的地址格式
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**S7协议地址格式**：
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地址由协议类型决定解析方式，统一存储在 address 字段中：
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| 地址类型 | 格式 | 示例 | 说明 |
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|----------|------|------|------|
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| DB | `DB{db_number}.{byte_offset}.{bit}` | `DB2.10.0` | 数据块，DB号2，字节偏移10，第0位 |
|
||
| M | `M{byte_offset}.{bit}` | `M4.0` | 中间寄存器，字节偏移4，第0位 |
|
||
| I | `I{byte_offset}.{bit}` | `I1.0` | 输入映像区，字节偏移1，第0位 |
|
||
| Q | `Q{byte_offset}.{bit}` | `Q3.0` | 输出映像区，字节偏移3，第0位 |
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||
对于 INT 和 REAL 类型，address 不需要 .bit 部分：
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||
| 数据类型 | 示例地址 | 说明 |
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|----------|----------|------|
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| BOOL | `DB2.10.0` | 读DB2的第10字节的第0位 |
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||
| INT | `DB2.10` | 读DB2的第10字节开始的2字节（16位整数） |
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| REAL | `DB2.10` | 读DB2的第10字节开始的4字节（32位浮点数） |
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解析规则：
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- 地址格式：`{type_prefix}{numbers}`，其中 numbers 以 `.` 分隔
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- 对于 BOOL 类型：必须有3段（或2段，M/I/Q类型），如 `DB2.10.0` 或 `M4.0`
|
||
- 对于 INT/REAL 类型：BOOL类型的地址去掉最后的 .bit 部分，如 `DB2.10`、`M4`
|
||
|
||
**Modbus TCP协议地址格式**：
|
||
|
||
| 地址范围 | 功能码 | 对应Modbus寄存器类型 | 示例 |
|
||
|----------|--------|---------------------|------|
|
||
| `00001`~`09999` | 01/05/15 | 线圈（Coil），可读可写，位类型 | `00001` |
|
||
| `10001`~`19999` | 02 | 离散输入（Discrete Input），只读，位类型 | `10001` |
|
||
| `30001`~`39999` | 04 | 输入寄存器（Input Register），只读，16位 | `30001` |
|
||
| `40001`~`49999` | 03/06/16 | 保持寄存器（Holding Register），可读可写，16位 | `40001` |
|
||
|
||
地址与功能码的映射规则：
|
||
|
||
| 地址范围 | 读取功能码 | 写入功能码 | 数据类型限制 |
|
||
|----------|-----------|-----------|-------------|
|
||
| 00001~09999 | 01 | 05（写单个）/15（写多个） | 仅BOOL |
|
||
| 10001~19999 | 02 | 不支持 | 仅BOOL |
|
||
| 30001~39999 | 04 | 不支持 | INT/REAL |
|
||
| 40001~49999 | 03 | 06（写单个）/16（写多个） | INT/REAL |
|
||
|
||
地址与寄存器地址的换算：
|
||
- 地址 `00001` → 协议中的寄存器地址 0
|
||
- 地址 `40001` → 协议中的寄存器地址 0
|
||
- 地址 `40011` → 协议中的寄存器地址 10
|
||
- 公式：`register_address = modbus_address - (address_prefix * 10000 + 1)`
|
||
|
||
对于 BOOL 类型，每个地址对应一个位（线圈/离散输入）。
|
||
对于 INT 类型，每个地址对应1个寄存器（16位）。
|
||
对于 REAL 类型，每个地址对应2个连续寄存器（32位），读取时从指定地址连续读2个寄存器，按 device 中配置的 byte_order 和 word_order 解析。
|
||
|
||
#### 3.1.3 分组机制
|
||
|
||
分组是扁平结构，group_name 字段即分组名称。
|
||
|
||
- 默认分组名：`default`
|
||
- 分组名支持任意字符串（建议不超过64字符）
|
||
- 一个采集点只能属于一个分组
|
||
- 分组的增删改通过修改采集点的 group_name 字段实现
|
||
- 查询时支持按分组名筛选
|
||
|
||
#### 3.1.4 实时数据
|
||
|
||
实时数据不是存储在数据库中的字段，而是采集引擎运行时维护在内存中的最新值。
|
||
|
||
API 返回采集点时，应附带该点的最新采集值（如果存在）：
|
||
|
||
```json
|
||
{
|
||
"id": "uuid",
|
||
"name": "曝气池DO_01",
|
||
"latest_value": {
|
||
"value": 2.35,
|
||
"quality": "good",
|
||
"ts": "2026-07-09T10:00:01+08:00"
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 3.2 RESTful API
|
||
|
||
#### 3.2.1 接口列表
|
||
|
||
| 方法 | 路径 | 说明 |
|
||
|------|------|------|
|
||
| GET | /api/v1/collection-points | 获取采集点列表（支持分页、搜索、按设备/分组/数据类型筛选） |
|
||
| POST | /api/v1/collection-points | 新增采集点 |
|
||
| GET | /api/v1/collection-points/{id} | 获取单个采集点详情（含实时数据） |
|
||
| PUT | /api/v1/collection-points/{id} | 修改采集点 |
|
||
| DELETE | /api/v1/collection-points/{id} | 逻辑删除采集点 |
|
||
| POST | /api/v1/collection-points/export | 导出采集点列表为CSV |
|
||
| POST | /api/v1/collection-points/import | 从CSV文件导入采集点 |
|
||
| GET | /api/v1/collection-points/groups | 获取所有分组列表 |
|
||
|
||
#### 3.2.2 接口详细定义
|
||
|
||
**POST /api/v1/collection-points** — 新增采集点
|
||
|
||
Request body：
|
||
|
||
```json
|
||
{
|
||
"name": "曝气池DO_01",
|
||
"group_name": "曝气池",
|
||
"device_id": "uuid-of-device",
|
||
"address": "DB2.10",
|
||
"data_type": "REAL",
|
||
"collect_interval": 1,
|
||
"store_history": true,
|
||
"history_interval": 1
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
校验规则：
|
||
- name：必填，全局唯一，1~128字符
|
||
- group_name：可选，默认"default"，1~64字符
|
||
- device_id：必填，必须引用一个已存在的设备（且deleted=false）
|
||
- address：必填，1~256字符，根据设备协议类型校验格式
|
||
- data_type：必填，枚举值：`BOOL`、`INT`、`REAL`
|
||
- collect_interval：必填，最小值1（秒）
|
||
- store_history：可选，默认true
|
||
- history_interval：当store_history=true时必填，最小值1（分钟）
|
||
- address 和 data_type 的兼容性校验：
|
||
- S7协议：BOOL类型必须包含bit位（如 `DB2.10.0`），INT/REAL类型不能包含bit位
|
||
- Modbus协议：00001/10001 地址只能使用BOOL类型，30001/40001 地址只能使用INT/REAL类型
|
||
|
||
**PUT /api/v1/collection-points/{id}** — 修改采集点
|
||
|
||
- 修改后，如果采集引擎正在运行中，需要动态更新采集任务配置
|
||
|
||
**DELETE /api/v1/collection-points/{id}** — 逻辑删除
|
||
|
||
- 将该采集点的 deleted 字段设为 true
|
||
- 采集引擎应立即停止该点的采集任务
|
||
|
||
**GET /api/v1/collection-points** — 获取采集点列表
|
||
|
||
Query parameters：
|
||
|
||
| 参数 | 类型 | 必填 | 说明 |
|
||
|------|------|------|------|
|
||
| page | int | 否 | 默认1 |
|
||
| page_size | int | 否 | 默认20，最大100 |
|
||
| keyword | string | 否 | 搜索name、group_name |
|
||
| device_id | string | 否 | 按设备筛选 |
|
||
| group_name | string | 否 | 按分组筛选 |
|
||
| data_type | string | 否 | 按数据类型筛选 |
|
||
| enabled | bool | 否 | 按启用状态筛选 |
|
||
|
||
Response (200)：
|
||
|
||
```json
|
||
{
|
||
"total": 200,
|
||
"page": 1,
|
||
"page_size": 20,
|
||
"items": [
|
||
{
|
||
"id": "uuid",
|
||
"name": "曝气池DO_01",
|
||
"group_name": "曝气池",
|
||
"device_id": "uuid",
|
||
"device_name": "一期曝气柜PLC",
|
||
"protocol_type": "S7",
|
||
"address": "DB2.10",
|
||
"data_type": "REAL",
|
||
"collect_interval": 1,
|
||
"store_history": true,
|
||
"history_interval": 1,
|
||
"enabled": true,
|
||
"latest_value": {
|
||
"value": 2.35,
|
||
"quality": "good",
|
||
"ts": "2026-07-09T10:00:01+08:00"
|
||
},
|
||
"created_at": "...",
|
||
"updated_at": "..."
|
||
}
|
||
]
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
**GET /api/v1/collection-points/groups** — 获取分组列表
|
||
|
||
Response (200)：
|
||
|
||
```json
|
||
{
|
||
"groups": [
|
||
{
|
||
"name": "default",
|
||
"count": 10
|
||
},
|
||
{
|
||
"name": "曝气池",
|
||
"count": 25
|
||
},
|
||
{
|
||
"name": "加药间",
|
||
"count": 15
|
||
}
|
||
]
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
**POST /api/v1/collection-points/export** — 导出CSV
|
||
|
||
CSV格式定义：
|
||
|
||
```csv
|
||
name,group_name,device_name,address,data_type,collect_interval,store_history,history_interval,enabled
|
||
曝气池DO_01,曝气池,一期曝气柜PLC,DB2.10,REAL,1,TRUE,1,TRUE
|
||
进水pH,进水仪表,进水仪表柜PLC,DB1.0,REAL,5,TRUE,5,TRUE
|
||
风机运行状态,曝气池,一期曝气柜PLC,M4.0,BOOL,1,TRUE,1,TRUE
|
||
```
|
||
|
||
注意：
|
||
- device_name 列关联设备名称，导入时根据设备名称查找对应的 device_id
|
||
- 如果导入时 device_name 找不到对应的设备，则该行导入失败
|
||
- 其他规则与设备CSV导入一致
|
||
|
||
**POST /api/v1/collection-points/import** — 从CSV导入
|
||
|
||
- 导入逻辑：以 name 为唯一标识，存在则更新，不存在则新增
|
||
- 需先校验 device_name 是否有效
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 4. 数据写入点管理
|
||
|
||
### 4.1 数据模型
|
||
|
||
#### 4.1.1 数据库表：write_points
|
||
|
||
```sql
|
||
CREATE TABLE write_points (
|
||
id UUID PRIMARY KEY DEFAULT gen_random_uuid(),
|
||
name VARCHAR(128) NOT NULL,
|
||
group_name VARCHAR(64) NOT NULL DEFAULT 'default',
|
||
device_id UUID NOT NULL REFERENCES devices(id),
|
||
enabled BOOLEAN NOT NULL DEFAULT TRUE,
|
||
write_enabled BOOLEAN NOT NULL DEFAULT FALSE, -- 是否允许写入
|
||
write_source VARCHAR(16) NOT NULL DEFAULT 'manual', -- 写入来源: 'manual'（仅人工）, 'auto'（仅程序自动）, 'both'（两者均可）
|
||
deleted BOOLEAN NOT NULL DEFAULT FALSE,
|
||
|
||
-- 写入地址（协议驱动自行解析，格式与采集点相同）
|
||
address VARCHAR(256) NOT NULL,
|
||
|
||
-- 数据类型
|
||
data_type VARCHAR(16) NOT NULL, -- 'BOOL', 'INT', 'REAL'
|
||
|
||
created_at TIMESTAMP WITH TIME ZONE NOT NULL DEFAULT NOW(),
|
||
updated_at TIMESTAMP WITH TIME ZONE NOT NULL DEFAULT NOW(),
|
||
created_by VARCHAR(64),
|
||
updated_by VARCHAR(64)
|
||
);
|
||
|
||
CREATE UNIQUE INDEX idx_write_points_name ON write_points(name) WHERE deleted = FALSE;
|
||
CREATE INDEX idx_write_points_device ON write_points(device_id) WHERE deleted = FALSE;
|
||
CREATE INDEX idx_write_points_group ON write_points(group_name) WHERE deleted = FALSE;
|
||
```
|
||
|
||
#### 4.1.2 与采集点的区别
|
||
|
||
| 维度 | 采集点 | 写入点 |
|
||
|------|--------|--------|
|
||
| 方向 | 从PLC读取 | 向PLC写入 |
|
||
| 存储历史 | 支持（可配置写入TDengine） | 不支持（只记录操作日志） |
|
||
| 采集周期 | 有 | 无（指令触发，非周期执行） |
|
||
| 写入开关 | 无 | 有（write_enabled + write_source） |
|
||
| 写入来源 | 无 | 支持人工（manual）和程序自动（auto）两种来源 |
|
||
| 采集引擎 | 周期性调度 | 无（等待API触发） |
|
||
|
||
#### 4.1.3 地址格式
|
||
|
||
与采集点完全一致，参考 [3.1.2](#312-各协议的地址格式)。
|
||
|
||
注意：写入点必须使用可写的地址类型：
|
||
- S7协议：DB、M、Q 类型可写（I类型为输入，不可写）
|
||
- Modbus协议：00001（线圈）和 40001（保持寄存器）可写；10001（离散输入）和 30001（输入寄存器）不可写
|
||
|
||
### 4.2 RESTful API
|
||
|
||
#### 4.2.1 接口列表
|
||
|
||
| 方法 | 路径 | 说明 |
|
||
|------|------|------|
|
||
| GET | /api/v1/write-points | 获取写入点列表 |
|
||
| POST | /api/v1/write-points | 新增写入点 |
|
||
| GET | /api/v1/write-points/{id} | 获取单个写入点详情 |
|
||
| PUT | /api/v1/write-points/{id} | 修改写入点 |
|
||
| DELETE | /api/v1/write-points/{id} | 逻辑删除 |
|
||
| POST | /api/v1/write-points/export | 导出CSV |
|
||
| POST | /api/v1/write-points/import | 从CSV导入 |
|
||
| POST | /api/v1/write-points/{id}/write | 执行写入操作（人工/程序自动均使用此接口） |
|
||
|
||
#### 4.2.2 写入接口详细定义
|
||
|
||
**POST /api/v1/write-points/{id}/write** — 执行写入
|
||
|
||
Request body（人工写入）：
|
||
|
||
```json
|
||
{
|
||
"value": 20.5,
|
||
"source": "manual",
|
||
"operator": "张三",
|
||
"reason": "AI推荐加药量调整"
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
Request body（程序自动写入）：
|
||
|
||
```json
|
||
{
|
||
"value": 25.0,
|
||
"source": "auto",
|
||
"operator": "ai-engine:aeration-model-v1",
|
||
"reason": "曝气模型推理结果：进水负荷上升，需要增加风量"
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
校验规则：
|
||
- value：必填，类型必须与写入点的 data_type 匹配
|
||
- BOOL：true/false
|
||
- INT：整数
|
||
- REAL：浮点数
|
||
- source：必填，枚举值：`manual`（人工）、`auto`（程序自动）
|
||
- operator：必填
|
||
- 当 source=manual 时，操作人标识（如 "张三"）
|
||
- 当 source=auto 时，调用方标识（如 "ai-engine:aeration-model-v1"）
|
||
- reason：可选，操作原因
|
||
- 写入来源校验：写入点的 write_source 字段必须与请求中的 source 匹配
|
||
- write_source=manual：仅允许 source=manual
|
||
- write_source=auto：仅允许 source=auto
|
||
- write_source=both：manual 和 auto 都允许
|
||
|
||
写入流程：
|
||
|
||
```
|
||
1. 校验写入点是否存在且 write_enabled=true
|
||
2. 校验请求中的 source 是否在写入点 write_source 允许的范围内
|
||
3. 校验值类型与 data_type 匹配
|
||
4. 连接PLC（如果已连接则复用）
|
||
5. 写入地址（调用协议驱动的 Write 方法）
|
||
6. 回读验证（读取刚写入的地址，确认值一致）
|
||
- 如果回读值与写入值一致：写入成功
|
||
- 如果回读值与写入值不一致：重试一次，仍不一致则标记为失败
|
||
7. 记录操作日志到 write_logs 表
|
||
8. 返回写入结果
|
||
```
|
||
|
||
Response (200)：
|
||
|
||
```json
|
||
{
|
||
"id": "uuid",
|
||
"point_name": "加药泵频率",
|
||
"value": 20.5,
|
||
"result": "success",
|
||
"readback_value": 20.5,
|
||
"ts": "2026-07-09T10:00:00+08:00"
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
写入失败时：
|
||
|
||
```json
|
||
{
|
||
"id": "uuid",
|
||
"point_name": "加药泵频率",
|
||
"value": 20.5,
|
||
"result": "failed",
|
||
"error": "回读值不匹配: 期望20.5, 实际18.3",
|
||
"ts": "2026-07-09T10:00:00+08:00"
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
#### 4.2.3 写入操作日志表：write_logs
|
||
|
||
```sql
|
||
CREATE TABLE write_logs (
|
||
id UUID PRIMARY KEY DEFAULT gen_random_uuid(),
|
||
point_id UUID NOT NULL REFERENCES write_points(id),
|
||
point_name VARCHAR(128) NOT NULL,
|
||
device_id UUID NOT NULL REFERENCES devices(id),
|
||
device_name VARCHAR(128) NOT NULL,
|
||
address VARCHAR(256) NOT NULL,
|
||
data_type VARCHAR(16) NOT NULL,
|
||
|
||
source VARCHAR(16) NOT NULL, -- 'manual' 或 'auto'
|
||
target_value TEXT NOT NULL, -- 目标值（统一存为字符串）
|
||
readback_value TEXT, -- 回读值
|
||
result VARCHAR(16) NOT NULL, -- 'success', 'failed', 'timeout'
|
||
error_message TEXT,
|
||
|
||
operator VARCHAR(64) NOT NULL,
|
||
reason TEXT,
|
||
|
||
created_at TIMESTAMP WITH TIME ZONE NOT NULL DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
|
||
CREATE INDEX idx_write_logs_point ON write_logs(point_id);
|
||
CREATE INDEX idx_write_logs_device ON write_logs(device_id);
|
||
CREATE INDEX idx_write_logs_source ON write_logs(source);
|
||
CREATE INDEX idx_write_logs_time ON write_logs(created_at DESC);
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 5. 采集引擎（运行时）
|
||
|
||
### 5.1 架构概述
|
||
|
||
采集引擎是后台常驻服务，负责执行实际的数据采集任务。
|
||
|
||
```
|
||
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
|
||
│ 采集引擎（Collector Engine） │
|
||
│ │
|
||
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
|
||
│ │ 设备连接管理器 │ │ 采集任务调度器 │ │
|
||
│ │ (Connection │ │ (Scheduler) │ │
|
||
│ │ Manager) │ └──────┬───────┘ │
|
||
│ └──────┬───────┘ │ │
|
||
│ │ │ 每个采集点的独立协程/任务 │
|
||
│ │ ┌───────▼────────┐ │
|
||
│ │ │ 采集点执行单元 │ │
|
||
│ │ │ (Point Runner) │ │
|
||
│ │ └───────┬────────┘ │
|
||
│ │ │ │
|
||
│ │ ┌───────▼────────┐ │
|
||
│ │ │ 数据后处理 │ │
|
||
│ │ │ - 质量戳判定 │ │
|
||
│ │ │ - 更新内存缓存 │ │
|
||
│ │ │ - 写入TDengine │ │
|
||
│ │ └────────────────┘ │
|
||
└─────────────────────────────────────────────────────┘
|
||
```
|
||
|
||
### 5.2 启动流程
|
||
|
||
```
|
||
1. 采集引擎启动
|
||
2. 从数据库加载所有 enabled=true AND deleted=false 的设备
|
||
3. 从数据库加载所有 enabled=true AND deleted=false 的采集点，按 device_id 分组
|
||
4. 对每个设备，尝试建立连接：
|
||
a. 连接成功 → 标记为"已连接"，启动该设备下所有采集点的采集任务
|
||
b. 连接失败 → 标记为"断开"，启动重连计时器
|
||
5. 每个采集点按 collect_interval 周期性执行
|
||
```
|
||
|
||
### 5.3 采集任务执行流程
|
||
|
||
```
|
||
每个采集点周期执行：
|
||
1. 检查设备连接状态：
|
||
- 已连接 → 执行采集
|
||
- 断开中 → 标记质量戳为 bad，跳过本次采集
|
||
2. 调用协议驱动读取数据：
|
||
- 成功 → 获取原始值
|
||
- 失败 → 递增失败计数，标记质量戳为 bad
|
||
3. 数据解析：
|
||
- 根据 data_type 解析原始字节为对应类型值
|
||
- 应用 byte_order/word_order（Modbus REAL类型）
|
||
4. 质量戳判定：
|
||
- 读取成功 + 值在合理范围内 → good
|
||
- 读取失败 → bad
|
||
- 读取成功但值为 null/异常 → bad
|
||
5. 更新内存缓存（latest_values）：
|
||
- key: 采集点ID
|
||
- value: { value, quality, ts }
|
||
6. 写入TDengine（如果 store_history=true）：
|
||
- 根据 history_interval 判断是否需要写入
|
||
- 写入时使用质量戳标记
|
||
7. 发送MQTT消息（如果启用了MQTT）：
|
||
- 主题：plc/{device_id}/{point_id}/realtime
|
||
- 载荷：{ ts, value, quality }
|
||
```
|
||
|
||
### 5.4 质量戳判定规则
|
||
|
||
| 条件 | 质量戳 |
|
||
|------|--------|
|
||
| 协议读取成功，返回有效值 | `good` |
|
||
| 协议读取成功，但值为 null 或解析异常 | `bad` |
|
||
| 协议读取失败（超时/无响应/异常） | `bad` |
|
||
| 设备连接断开 | `bad` |
|
||
| 设备连接断开后，断线期间所有采集点都标记为 `bad` | `bad` |
|
||
|
||
### 5.5 断线重连机制
|
||
|
||
```
|
||
1. 采集引擎检测到设备连接断开（读取失败或连接异常断开）
|
||
2. 立即标记该设备状态为"断开"
|
||
3. 该设备下所有采集点标记为 bad
|
||
4. 启动重连计时器（间隔 = 设备配置的 reconnect_interval）
|
||
5. 每次重连尝试：
|
||
a. 连接成功 → 标记设备为"已连接"，恢复采集
|
||
b. 连接失败 → 继续等待下一次重连
|
||
6. 重连成功后，自动恢复所有采集点的正常采集
|
||
7. 重连无次数限制，持续尝试直到成功或设备被禁用
|
||
```
|
||
|
||
### 5.6 动态配置更新
|
||
|
||
当用户通过API修改设备或采集点配置时，采集引擎需要动态响应：
|
||
|
||
| 用户操作 | 采集引擎响应 |
|
||
|----------|-------------|
|
||
| 新增设备 | 立即建立连接，启动采集任务 |
|
||
| 修改设备参数（IP/端口等） | 断开旧连接，使用新参数重新连接 |
|
||
| 删除设备 | 断开连接，停止所有采集任务 |
|
||
| 启用/禁用设备 | 禁用则断开；启用则连接并启动 |
|
||
| 新增采集点 | 立即启动该点的采集任务 |
|
||
| 修改采集点参数（地址/周期等） | 停止旧任务，按新参数启动 |
|
||
| 删除采集点 | 停止该点的采集任务 |
|
||
| 启用/禁用采集点 | 禁用则停止，启用则启动 |
|
||
|
||
实现方式：采集引擎启动一个配置变更监听协程，定期（每5秒）或通过数据库通知监听配置变更。
|
||
|
||
### 5.7 TDengine 数据写入
|
||
|
||
#### 5.7.1 超级表定义
|
||
|
||
```sql
|
||
-- 采集点数据超级表
|
||
CREATE STABLE IF NOT EXISTS collection_data (
|
||
ts TIMESTAMP, -- 采集时间戳
|
||
value DOUBLE, -- 采集值（所有类型统一转DOUBLE，BOOL转0/1）
|
||
quality INT, -- 质量戳：0=good, 1=bad
|
||
point_id VARCHAR(32), -- 采集点ID（加速查询冗余字段）
|
||
point_name VARCHAR(128) -- 采集点名称（冗余字段，方便查询）
|
||
) TAGS (
|
||
device_id VARCHAR(32), -- 设备ID
|
||
device_name VARCHAR(128), -- 设备名称
|
||
data_type VARCHAR(16), -- 原始数据类型
|
||
unit VARCHAR(32) -- 单位（可选，由采集点配置扩展）
|
||
);
|
||
```
|
||
|
||
#### 5.7.2 子表创建策略
|
||
|
||
每个采集点对应一个子表，子表名使用采集点ID去掉连字符后的字符串：
|
||
|
||
```sql
|
||
-- 假设采集点ID为: a1b2c3d4-e5f6-4a7b-8c9d-0e1f2a3b4c5d
|
||
-- 子表名: a1b2c3d4e5f64a7b8c9d0e1f2a3b4c5d
|
||
CREATE TABLE IF NOT EXISTS a1b2c3d4e5f64a7b8c9d0e1f2a3b4c5d
|
||
USING collection_data TAGS (
|
||
'device-uuid', '一期曝气柜PLC', 'REAL', 'mg/L'
|
||
);
|
||
```
|
||
|
||
#### 5.7.3 写入策略
|
||
|
||
- 写入时使用 `INSERT INTO ... USING ... TAGS` 语法，自动创建子表
|
||
- 批量写入：每1秒或每100条数据攒一批写入，提高写入效率
|
||
- 如果 store_history=false，不写入TDengine
|
||
- 写入频率由 history_interval 控制（例如 history_interval=5，则每5分钟写入一条）
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 6. 写入引擎（运行时）
|
||
|
||
### 6.1 架构概述
|
||
|
||
写入引擎负责接收写入请求（来自人工Web操作或AI引擎自动调用），执行写入操作并返回结果。两种写入来源共用同一个执行通道，区别仅在于 source 字段和 operator 字段不同。
|
||
|
||
```
|
||
写入请求
|
||
│
|
||
├── source=manual（来自Web前端人工操作）
|
||
└── source=auto（来自AI引擎程序自动调用）
|
||
│
|
||
▼
|
||
┌─────────────────────┐
|
||
│ 请求校验 │
|
||
│ - 写入点是否存在 │
|
||
│ - write_enabled=true │
|
||
│ - source是否允许 │
|
||
│ - 值类型校验 │
|
||
└─────────┬───────────┘
|
||
│
|
||
▼
|
||
┌─────────────────────┐
|
||
│ 指令执行 │
|
||
│ - 获取设备连接 │
|
||
│ - 调用协议驱动写入 │
|
||
│ - 回读验证 │
|
||
└─────────┬───────────┘
|
||
│
|
||
▼
|
||
┌─────────────────────┐
|
||
│ 结果记录 │
|
||
│ - 写入 write_logs │
|
||
│ - 返回结果给调用方 │
|
||
└─────────────────────┘
|
||
```
|
||
|
||
### 6.2 写入安全策略
|
||
|
||
1. **write_enabled 开关**：写入点必须显式开启 write_enabled=true 才能写入，防止误操作
|
||
2. **写入来源校验**：写入点的 write_source 字段控制该点允许 manual/auto/both 哪种来源
|
||
3. **回读验证**：每次写入后必须回读确认，值一致才算成功
|
||
4. **操作审计**：所有写入操作记录到 write_logs，可追溯
|
||
5. **权限控制**：写入操作需要用户登录权限（由Web后端统一管理）
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 7. 协议插件化架构
|
||
|
||
### 7.1 接口定义
|
||
|
||
所有协议驱动必须实现以下接口：
|
||
|
||
```go
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// ProtocolDriver 协议驱动接口
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type ProtocolDriver interface {
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// 协议类型标识，如 "S7", "MODBUS_TCP"
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ProtocolType() string
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// 创建连接
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// config: 设备配置中的 protocol_config（JSONB解析后的map）
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// host: 设备IP
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// port: 设备端口
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// timeout: 连接超时（秒）
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Connect(config map[string]interface{}, host string, port int, timeout int) error
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// 断开连接
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Disconnect() error
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// 读取数据
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// address: 采集点地址字符串（如 "DB2.10", "M4.0", "40001"）
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// dataType: 数据类型（BOOL/INT/REAL）
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// 返回: 读取到的值（统一使用float64返回，BOOL返回0或1），错误
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Read(address string, dataType string) (float64, error)
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// 写入数据
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// address: 写入点地址字符串
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// dataType: 数据类型
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// value: 要写入的值（float64，BOOL类型时0=false，1=true）
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// 返回: 错误
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Write(address string, dataType string, value float64) error
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// 校验地址格式是否合法
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ValidateAddress(address string, dataType string) error
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// 获取协议配置的JSON Schema（用于前端动态渲染配置表单）
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ConfigSchema() map[string]interface{}
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}
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```
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### 7.2 注册机制
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```go
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// 全局协议驱动注册表
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var protocolDrivers = make(map[string]ProtocolDriver)
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// 注册协议驱动
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func RegisterProtocol(driver ProtocolDriver) {
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protocolDrivers[driver.ProtocolType()] = driver
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}
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// 获取协议驱动
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func GetProtocol(protocolType string) (ProtocolDriver, error) {
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driver, ok := protocolDrivers[protocolType]
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if !ok {
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return nil, fmt.Errorf("不支持的协议类型: %s", protocolType)
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}
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return driver, nil
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}
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```
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### 7.3 扩展新协议的步骤
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1. 创建新的协议驱动文件，实现 `ProtocolDriver` 接口
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2. 在 `init()` 函数中调用 `RegisterProtocol()` 注册
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3. 在 `protocol_config` 中定义该协议特有的配置参数
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4. 实现 `ConfigSchema()` 返回配置参数的JSON Schema，供前端动态渲染配置表单
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### 7.4 目前支持的协议驱动
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#### 7.4.1 S7 协议驱动
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| 属性 | 说明 |
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| ProtocolType | `S7` |
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| 默认端口 | 102 |
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| 依赖库 | `github.com/robinson/gos7` 或等效实现 |
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| 连接方式 | 基于ISO TCP（RFC 1006） |
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| 地址解析 | 见 [3.1.2 S7协议地址格式](#312-各协议的地址格式) |
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| ConfigSchema | `{ "rack": { "type": "integer", "default": 0 }, "slot": { "type": "integer", "default": 1 } }` |
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#### 7.4.2 Modbus TCP 协议驱动
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| 属性 | 说明 |
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|------|------|
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| ProtocolType | `MODBUS_TCP` |
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| 默认端口 | 502 |
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| 依赖库 | `github.com/goburrow/modbus` 或等效实现 |
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| 连接方式 | Modbus TCP直接连接 |
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| 地址解析 | 见 [3.1.2 Modbus TCP协议地址格式](#312-各协议的地址格式) |
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| ConfigSchema | `{ "unit_id": { "type": "integer", "default": 1, "min": 1, "max": 247 }, "byte_order": { "type": "string", "enum": ["ABCD", "BADC", "CDAB", "DCBA"], "default": "ABCD" }, "word_order": { "type": "string", "enum": ["AB", "BA"], "default": "AB" } }` |
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## 附录A：前端页面结构参考
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### A.1 页面布局（左侧导航栏）
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┌─────────────────────────────────────────────────────┐
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│ ┌──────────┐ ┌──────────────────────────────────┐ │
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│ │ ▽ 数据管理 │ │ │ │
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│ │ 设备管理 │ │ 内容区域 │ │
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│ │ 数据采集 │ │ │ │
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│ │ 数据写入 │ │ │ │
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│ │ │ │ │ │
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│ │ ○ 实时监控 │ │ │ │
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│ │ ○ 智能控制 │ │ │ │
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│ │ ○ 历史分析 │ │ │ │
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│ │ ○ 系统配置 │ │ │ │
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│ └──────────┘ └──────────────────────────────────┘ │
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└─────────────────────────────────────────────────────┘
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```
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左侧导航栏说明：
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- 导航栏为树形结构，主菜单可展开/收起
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- 当前展开的主菜单：**数据管理**
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- 展开后显示三个子菜单项：**设备管理**、**数据采集**、**数据写入**
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- 点击子菜单项，右侧内容区域切换对应页面
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- 其他主菜单（实时监控、智能控制、历史分析、系统配置）为后续模块占位，当前不可展开
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### A.2 子页面：设备管理
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- 设备列表表格（ID | 名称 | 协议类型 | IP | 端口 | 状态 | 操作）
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- 新增/编辑设备弹窗（动态表单，协议类型切换时protocol_config区域联动变化）
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- 删除确认（二次确认，提示"同时会删除该设备下所有采集点和写入点"）
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- 启用/禁用开关
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- 导入/导出CSV按钮
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### A.3 子页面：数据采集
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- 分组筛选器（横向标签或下拉菜单）
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- 采集点列表表格（名称 | 分组 | 所属设备 | 地址 | 数据类型 | 采集周期 | 存储历史 | 最新值 | 质量戳 | 操作）
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- 新增/编辑采集点弹窗（设备选择后，地址格式提示跟随设备协议变化）
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- 拖拽修改分组（或通过编辑弹窗修改）
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- 导入/导出CSV按钮
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### A.4 子页面：数据写入
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- 写入点列表表格（名称 | 分组 | 所属设备 | 地址 | 数据类型 | 允许写入 | 写入来源 | 操作）
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- 新增/编辑写入点弹窗（写入来源下拉选项：仅人工/仅程序自动/两者均可）
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- 执行写入操作弹窗：区分人工写入和程序自动写入
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- 人工写入：输入值、选择操作人、原因，点击确认后执行并显示结果
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- 程序自动写入：显示调用方标识（如 AI 模型名称）
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- 写入操作日志查看（可筛选 source=manual 或 source=auto）
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- 导入/导出CSV按钮
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## 附录B：关键业务规则一览
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| 编号 | 规则 | 说明 |
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| R001 | 设备名称全局唯一 | 逻辑删除的记录不参与唯一性校验 |
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| R002 | 采集点名称全局唯一 | 同上 |
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| R003 | 写入点名称全局唯一 | 同上 |
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| R004 | 逻辑删除级联 | 删除设备时，该设备下所有采集点和写入点也逻辑删除 |
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| R005 | 采集地址格式校验 | 根据设备协议类型校验地址格式，创建设备时即确定协议 |
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| R006 | 采集周期最小1秒 | 不可低于1秒 |
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| R007 | 历史存储间隔最小1分钟 | 当store_history=true时有效 |
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| R008 | 写入来源校验 | 写入点的 write_source 控制允许 manual/auto/both |
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| R009 | 写入回读验证 | 每次写入后必须回读确认，不一致则重试1次 |
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| R010 | 写入点地址类型限制 | 必须使用可写地址类型 |
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| R011 | 质量戳自动判定 | 连接断开/读取失败/解析异常 → bad，正常 → good |
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| R012 | 断线无限重连 | 持续按配置间隔重连，直到成功或设备被禁用 |
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| R013 | 配置变更动态生效 | 修改设备/采集点配置后，采集引擎自动更新，无需重启 |
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> 本文档版本：v1.1
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> 最后更新：2026-07-09 |