CN110324280A - 工业云中的协议配置系统、装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了工业云中的协议配置系统、装置和方法，其中，包括如下步骤：从一个工业云中接收客户发送的数据获取需求，对所述数据获取需求进行解析，得到解析后的数据结构；拆分设备端复数个设备所对应的协议模型，形成协议拓扑；对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配，将匹配结果发送至所述工业云中，所述匹配结果包括从所述协议拓扑中提取的所述数据获取需求对应的数据。本发明能够针对不同的工业云自动完成协议配置，并且效率更高花费更低。本发明能够轻松实现云连接，并提供领域特殊性知识以支持工业应用，实现了知识转换。本发明能够用于具有复杂设备层连接和结构的工业云中的协议配置，并帮助云或者系统综合提供者轻松得益于云服务。

Description

工业云中的协议配置系统、装置和方法
技术领域
本发明涉及工业云，尤其涉及工业云中的协议配置系统、装置和方法。
背景技术
现在工业云应用在了不同的领域，这些云是为了尽可能多地通过标准方式将多个装置连接起来，因此，这些云都为了装置连接提供了它们的设备层应用程序接口(fieldlayer API)。其中，设备层应用程序接口包括了基本信息和参数，例如装置名字(devicename)、变量名(variable name)、协议参数(protocol parameters)、数据模型(datamodel)等。
然而，在一个典型的工业自动化系统，现场有工厂或者几个工厂，工厂又包括很多产线，其包括大量各种类型的协议，例如Modbus、Profinet、Profibus、OPC UA等。为了管理数量巨大的资产，需要一个能够组织和配置一个工业云平台上的变量和数据的方法，现有技术中往往通过人工来完成这部分工作。领域特殊性模板(Domain specific templates)对资源结构来说很重要，其能够支持资产结构等云应用，然而领域特殊性模板也大部分由人工创建。
现有技术中的工业云中的协议配置机制具有很多缺陷。例如，当海量数据需要通过云在工业领域被连接起来时，通过人力构建连接非常困难，其会耗费太多时间并出现许多错误。例如，由于每个协议都有其自己的原则和参数，为了完成调试工作工程师需要知道每个协议的特征，但当协议比较多时这需要本领域的专业知识和经验。比如，做数据分析的人不会动profinet协议，懂profinet协议的人不会懂MODBUS，这就会造成一些问题。
发明内容
本发明提供了工业云中的协议配置方法，其中，包括如下步骤：从一个工业云中接收客户发送的数据获取需求，对所述数据获取需求进行解析，得到解析后的数据结构；拆分设备端复数个设备所对应的协议模型，形成协议拓扑；对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配，将匹配结果发送至所述工业云中，其中，所述匹配结果包括从所述协议拓扑中提取的所述数据获取需求对应的数据。
进一步地，所述解析步骤还包括：将所述数据获取需求转换成云描述，并从所述云描述中解析出所述数据结构。
进一步地，所述匹配步骤还包括：从协议库中调取该云描述对应的协议框架模板，对所述协议框架模板和所述协议拓扑进行匹配，从所述协议拓扑中找到所述数据获取需求对应的协议模型，并从该协议模型中提取所述数据获取需求中对应的数据。
进一步地，所述网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别对应的协议模型，所述协议模型包括设备信息、数据点信息和数据模型。
进一步地，所述解析后的数据结构包括标准数据和客户数据，其中，所述标准数据和客户数据分别包括设备信息、数据点信息和数据模型信息。
进一步地，当所述匹配结果是基于新的协议生成的时，将基于所述新的协议的协议框架模板更新至协议库。
本发明第二方面提供了工业云中的协议配置装置，其中，包括：应用程序接口，其从一个工业云中接收客户发送的数据获取需求，对所述数据获取需求进行解析，得到解析后的数据结构；匹配装置，其拆分设备端复数个设备所对应的协议模型，形成协议拓扑；对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配，将匹配结果发送至所述工业云中，其中，所述匹配结果包括从所述协议拓扑中提取的所述数据获取需求对应的数据。
进一步地，所述应用程序接口将所述数据获取需求转换成云描述，并从所述云描述中解析出所述数据结构。
进一步地，所述匹配装置从协议库中调取该云描述对应的协议框架模板，对所述协议框架模板和所述协议拓扑进行匹配，从所述协议拓扑中找到所述数据获取需求对应的协议模型，并从该协议模型中提取所述数据获取需求中对应的数据。
进一步地，所述网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别对应的协议模型，所述协议模型包括设备信息、数据点信息和数据模型。
进一步地，所述解析后的数据结构包括标准数据和客户数据，其中，所述标准数据和客户数据分别包括设备信息、数据点信息和数据模型信息。
进一步地，当所述匹配结果是基于新的协议生成的时，匹配装置将基于所述新的协议的协议框架模板更新至协议库。
本发明第三方面提供了工业云中的协议配置系统，其中，包括：一个存储介质，其存储复数个指令；一个连接于所述存储介质的总线；一个耦合于所述总线的处理器，当所述处理器执行指令时，使得所述工业云中的协议配置系统执行根据本发明第二方面所述的工业云中的协议配置方法。
本发明能够针对不同的工业云自动完成协议配置，并且执行云连接的效率更高花费更低。本发明能够轻松实现云连接，并提供领域特殊性知识以支持工业应用，并实现了知识转换。本发明能够用于具有复杂设备层连接和结构的工业云中的协议配置，并帮助云提供者或者系统综合提供者轻松得益于云服务。
附图说明
图1是根据本发明的一个具体实施例的工业云中的协议配置的系统框架图；
图2是根据本发明的一个具体实施例的工业云中的协议配置的网络拓扑示意图；
图3根据本发明的一个具体实施例的工业云中的协议配置的经过应用程序接口模块310解析的数据结构示意图；
图4是根据本发明的一个具体实施例的工业云中的协议配置的OPC协议的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
本发明能够在复杂的设备层云连接中提供基于规则的自动协议配置机制。本发明仍然是基于协议规则的，所述协议包括但不限于Modbus、Profinet、Profibus、OPC UA。在一个典型的通过工业云连接的工业系统中，具有多个工厂，每个工厂设置有多个设备。如图1所示，下面结合用户获取工厂生产线中的工业控制系统、电表、水表等设备端相关参数为例进行说明。其中，以图1中的虚线为分界线，虚线以上为工业云端，虚线以下为工厂端400。工厂端400包括工业控制系统410、第一传感器420和第二传感器430等设备，其中，所述第一传感器420典型地为一电能传感器，所述第二传感器430典型地为一水表。具体地，所述电能传感器是基于OPC协议的，所述水表是基于MODBUS协议的。此外，所述工厂端400还通过TCP/IP协议实现对包括人员信息的文件F通信。工厂端400通过数据管理设备440与服务器300进行数据交互。
参见图1，本发明提供的工业云中的协议配置方法包括如下步骤。
首先执行步骤S1，从一个工业云200中接收客户100发送的数据获取需求，对所述数据获取需求进行解析，得到解析后的数据结构。其中，客户通过外部网页方式访问云端，将客户的数据或许需求输入到应用程序110中。具体地，在本实施例中，所述具体数据获取需求为“获取工厂400中第一传感器420的读书和第二传感器430的读数”。
具体地，在工业云200中，需要将所述数据获取需求“获取获取工厂400中第一传感器420的读书和第二传感器430的读数”转换成云描述，并从所述云描述中解析出所述数据结构。客户通过客户端应用程序110将具体数据获取需求发送至工业云200端，该数据或许需求到达工业云200端以后工业云200通过云描述对其进行转换，其中，图1中的云连接应用程序接口210提供的标准描述也可以称为云描述，通过云连接应用程序接口210将该数据获取需求转换成标准云描述，然后将该云描述发送至服务器300。
其中，所述解析后的数据结构包括标准数据和客户数据，其中，所述标准数据和客户数据分别包括设备信息、数据点信息和数据模型信息。应用程序接口规范模块(An APIrule model)310用于将云描述解析为数据结构，该数据结构为标准描述，用于提供云需求的主要特征和参数。为了在设备层连接不通的协议，应用程序接口模型的信息也相应地包括设备信息、数据点信息、数据模型信息等。应用程序接口规范模块310的输入为云层(cloud field)连接应用程序接口内容，所述应用程序接口规范模块310解析内容全文并找到云需求的框架和逻辑。所述应用程序接口模块310找到连接标准模块，并在每个模型中选择对数据连接有用的主要参数。所述应用程序接口模块310的输出为标准主要参数。图3根据本发明的一个具体实施例的工业云中的协议配置的应用程序接口模型示意图，如图3所示，应用程序接口模型包括标准数据和客户数据，其中，所述标准数据包括设备信息3、数据点信息3和设备模型信息3等。进一步地，所述设备信息3包括参数13和参数14，数据点信息3包括参数15和参数16，数据模型信息3包括参数17和参数18。客户数据包括设备信息4、数据点信息4和数据模型信息4。进一步地，所述设备信息4包括参数19和参数20，数据点信息4包括参数21和参数22，数据模型信息4包括参数23和参数24。其中，所述客户数据为客户自定义的数据模型。通过对云描述的解析得到的上述数据结构，可以知道，客户发送的数据获取需求对应的设备是第一传感器420的读数，也就是工厂400的水表读数，其是通过OPC协议进行传输的。客户发送的数据获取需求还对应着第二传感器430，也就是工厂400的电表读数，其是通过MODBUS协议传输的。
然后执行步骤S2，拆分设备端复数个设备所对应的协议模型，形成协议拓扑。图2是根据本发明的一个具体实施例的工业云中的协议配置的网络拓扑示意图，其中，协议模型是包括了针对云连接的主要模块和参数的标准描述，其用于解释设备层需求。协议模型适合应用于不同的协议。协议模型找到每个协议并用标准模型对协议模型进行分类。协议模型选取每个协议中的用于数据连接的主要参数，并输出标准主要参数。为了更方便连接至云，具体地，所述网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别对应的协议模型A，所述协议模型A包括设备信息、数据点信息和数据模型。上述设备信息、数据点信息、数据模型单独描述了设备的关键参数。其中，在本实施例中，工厂400的第一传感器420是通过PCT协议进行传输的，工厂400的第二传感器430是通过MODBUS协议进行传输的。如图2所示，PCT协议的协议模型被拆分为了设备信息1、数据点信息1和数据模型1，其中，所述设备信息1进一步地包括参数1和参数2，数据点模型1进一步地包括参数3和参数4，数据模型1进一步地包括参数5和参数6。MODBUS的协议模型被拆分为了设备信息2、数据点信息2和数据模型2，其中，所述设备信息2进一步地包括参数7和参数8，数据点模型2进一步地包括参数9和参数10，数据模型2进一步地包括参数11和参数12。具体地，假设设备信息1对应着第一传感器420，也就是工厂400的电表，设备信息2对应着第二传感器430，也就是工厂400的水表。进一步地，数据点信息是真正存储数据的管道，因此数据点信息1对应的参数3就是第一传感器420的读数，即工厂400的电表的读数。数据点信息2对应参数的参数9就是第二传感器430的读数，即工厂400的水表的读数。
接着执行步骤S3，对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配，将匹配结果B发送至所述工业云200中，其中，所述匹配结果B包括从所述协议拓扑中提取的所述数据获取需求对应的数据。进一步地，从协议库330中调取该云描述对应的协议框架模板，对所述协议框架模板和所述协议拓扑进行匹配，从所述协议拓扑中找到所述数据获取需求对应的协议模型，并从该协议模型中提取所述数据获取需求中对应的数据。具体地，由于不同的云具有不同的云描述，不同的协议具有不同的协议框架模板。协议库330中预存了大量不同的协议模板，因此本发明根据工业云200的类型调取工业云200对应的协议模板。例如，在本实施例中，客户的数据获取需求为“获取获取工厂400中第一传感器420的读书和第二传感器430的读数”，则在步骤S3中调取的就是第一传感器420对应的PCT协议框架模板以及第二传感器430对应的MODBUS协议框架模板。其中，需要说明的是，协议框架框架模板仅包括该协议的框架，并不包含任何内容，也就是说，在本实施例中，步骤S3中调取的PCT协议框架模板中并不包括第一传感器420的读数，同理，步骤S3中调取的MODBUS协议框架模板中并不包括第二传感器430的读数。在步骤2中得到的网络拓扑中包括设备层各种设备对应的各种协议，以及协议的内容，因此步骤S2中获取的网络拓扑中不仅包括第一传感器420对应的PCT协议及其内容还有第二传感器430对应的MODBUS协议及其内容，其中，在PCT协议中包括第一传感器420的读数，在MODBUS协议中包括第二传感器430的读数。因此，在本步骤中，按照工业云200的类型从协议库330中调取了第一传感器420对应的PCT协议框架模板以及第二传感器430对应的MODBUS协议框架模板，即可以得知所述PCT协议和MODBUS协议的结构，可以知道第一传感器420的读数存储在数据点信息1对应的参数3，第二传感器430的读数存储在数据点信息2对应参数的参数9。
图4是根据本发明的一个具体实施例的工业云中的协议配置的OPC协议的结构示意图。如图4所示，OPC协议中包括实时数据DA，报警事件AE，过去数据HAD。其中，实时数据DA进一步地包括项目item、组成group和服务器server。组成group为OPC协议的数据组成，服务器server是客户端访问。进一步地，服务器server进一步地包括协议口commer、地址address、容器container以及其他内容。协议口commer表示协议对应哪个口，地址address表示第一传感器420的IP地址，容器container装协议的容器某块。因此，基于此，调取网络拓扑中PCT协议的数据点信息1的参数3则可以得到第一传感器420的读数，调取网络拓扑中MODBUS协议的数据点信息2的参数9则可以得到第二传感器420的读数。
可选地，当所述匹配结果是基于新的协议生成的时，将基于所述新的协议的协议框架模板更新至协议库。
本发明第二方面还提供了工业云中的协议配置装置，其包括应用程序接口210、匹配装置320等。其中，所述应用程序接口210从一个工业云200中接收客户发送的数据获取需求，对所述数据获取需求进行解析，得到解析后的数据结构。匹配装置320拆分设备端复数个设备所对应的协议模型，形成协议拓扑，对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配，将匹配结果发送至所述工业云中，其中，所述匹配结果包括从所述协议拓扑中提取的所述数据获取需求对应的数据。
进一步地，所述应用程序接口将所述数据获取需求转换成云描述，并从所述云描述中解析出所述数据结构。
进一步地，所述匹配装置从协议库中调取该云描述对应的协议框架模板，对所述协议框架模板和所述协议拓扑进行匹配，从所述协议拓扑中找到所述数据获取需求对应的协议模型，并从该协议模型中提取所述数据获取需求中对应的数据。
进一步地，所述网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别对应的协议模型，所述协议模型包括设备信息、数据点信息和数据模型。
进一步地，所述解析后的数据结构包括标准数据和客户数据，其中，所述标准数据和客户数据分别包括设备信息、数据点信息和数据模型信息。
进一步地，当所述匹配结果是基于新的协议生成的时，匹配装置320将基于所述新的协议的协议框架模板更新至协议库330。
本发明第三方面还提供了工业云中的协议配置系统，其包括一个存储介质、一个总线以及一个处理器。其中，存储介质用于存储复数个指令。总线连接于所述存储介质。处理器耦合于所述总线，当所述处理器执行指令时，使得所述工业云中的协议配置系统执行根据前文所述的工业云中的协议配置方法。
本发明能够针对不同的工业云自动完成协议配置，并且执行云连接的效率更高花费更低。本发明能够轻松实现云连接，并提供领域特殊性知识以支持工业应用，并实现了知识转换。本发明能够用于具有复杂设备层连接和结构的工业云中的协议配置，并帮助云提供者或者系统综合提供者轻松得益于云服务。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；“第一”、“第二”等词语仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (13)

1.工业云中的协议配置方法，其中，包括如下步骤：
从一个工业云中接收客户发送的数据获取需求，对所述数据获取需求进行解析，得到解析后的数据结构；
拆分设备端复数个设备所对应的协议模型，形成协议拓扑；
对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配，将匹配结果发送至所述工业云中，其中，所述匹配结果包括从所述协议拓扑中提取的所述数据获取需求对应的数据。
2.根据权利要求1所述的工业云中的协议配置方法，其特征在于，所述解析步骤还包括：
将所述数据获取需求转换成云描述，并从所述云描述中解析出所述数据结构。
3.根据权利要求2所述的工业云中的协议配置方法，其特征在于，所述匹配步骤还包括：
从协议库中调取该云描述对应的协议框架模板，对所述协议框架模板和所述协议拓扑进行匹配，从所述协议拓扑中找到所述数据获取需求对应的协议模型，并从该协议模型中提取所述数据获取需求中对应的数据。
4.根据权利要求2所述的工业云中的协议配置方法，其特征在于，所述网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别对应的协议模型，所述协议模型包括设备信息、数据点信息和数据模型。
5.根据权利要求1所述的工业云中的协议配置方法，其特征在于，所述解析后的数据结构包括标准数据和客户数据，其中，所述标准数据和客户数据分别包括设备信息、数据点信息和数据模型信息。
6.根据权利要求1所述的工业云中的协议配置方法，其特征在于，当所述匹配结果是基于新的协议生成的时，将基于所述新的协议的协议框架模板更新至协议库。
7.工业云中的协议配置装置，其中，包括：
应用程序接口(210)，其从一个工业云(200)中接收客户发送的数据获取需求，对所述数据获取需求进行解析，得到解析后的数据结构；
匹配装置(320)，其拆分设备端复数个设备所对应的协议模型，形成协议拓扑；对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配，将匹配结果发送至所述工业云(200)中，其中，所述匹配结果包括从所述协议拓扑中提取的所述数据获取需求对应的数据。
8.根据权利要求7所述的工业云中的协议配置装置，其特征在于，所述应用程序接口(210)将所述数据获取需求转换成云描述，并从所述云描述中解析出所述数据结构。
9.根据权利要求8所述的工业云中的协议配置装置，其特征在于，所述匹配装置(320)从协议库(330)中调取该云描述对应的协议框架模板，对所述协议框架模板和所述协议拓扑进行匹配，从所述协议拓扑中找到所述数据获取需求对应的协议模型，并从该协议模型中提取所述数据获取需求中对应的数据。
10.根据权利要求8所述的工业云中的协议配置装置，其特征在于，所述网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别对应的协议模型，所述协议模型包括设备信息、数据点信息和数据模型。
11.根据权利要求7所述的工业云中的协议配置装置，其特征在于，所述解析后的数据结构包括标准数据和客户数据，其中，所述标准数据和客户数据分别包括设备信息、数据点信息和数据模型信息。
12.根据权利要求7所述的工业云中的协议配置装置，其特征在于，当所述匹配结果是基于新的协议生成的时，匹配装置(320)将基于所述新的协议的协议框架模板更新至协议库(330)。
13.工业云中的协议配置系统，其中，包括：
一个存储介质，其存储复数个指令；
一个连接于所述存储介质的总线；
一个耦合于所述总线的处理器，当所述处理器执行指令时，使得所述工业云中的协议配置系统执行根据权利要求1至6任一项所述的工业云中的协议配置方法。
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