CN109495564A - 一种基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于数据通信技术领域，公开了一种基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法及系统，设置有控制系统网络监控模块，所述控制系统网络监控模块连接有CoDeSys模块，所述CoDeSys模块连接有RTDB服务数据库模块、OPC‑UA模块，OPC‑UA服务器地址模块、添加数据项模块、数据点路径写入模块，且连接有运行数据库服务程序模块，所述运行数据库服务程序模块连接有开启运行OPC‑UA客户端程序。本发明基于CoDeSys编程工具，提高了编程的速度。

Description

一种基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法及系统
技术领域
本发明属于数据通信技术领域，尤其涉及一种基于CoDeSys的OPC UA TSN 核心实现方法及系统。
背景技术
目前，在自动化控制系统中，与现场设备通信至关重要，传统的OPC-UA 依靠普通的编程工具进行编程，不仅降低了编程的速度，且不能够保证设备数据的通信安全。
综上所述，现有技术存在的问题是：
传统的编程工具不仅降低了编程的速度、且不能够保证设备数据的通信安全。
现有技术中，并且由于使用人工操作，必然带来操作时间不一致、场景的外部环境不一致等的人为的误差，从而影响编程的精度和一致性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于CoDeSys的OPC UA TSN 核心实现方法及系统。
本发明是这样实现的，一种基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法，所述基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法包括：
通过CoDeSys模块进行语言的编程；具体为：CoDeSys模块的Web端设置自动化场景的测试流程，添加、删除、修改测试项目和测试参数，其中能够添加的参数包括16种测试场景和5种上网场景；
Web端自动化场景服务器生成测试流程配置脚本并保存在服务器硬盘上，计算机测试程序通过网络获取服务器端的配置脚本并执行；
计算机接收到配置脚本后，按照json格式解析配置脚本，并按照测试项在配置文件中出现的先后顺序依次执行，在执行过程中使用json格式中的配置参数信息。
进一步，16种测试场景包括：PI值计算、图像混合计算、文件读、文件写、内存读、内存写、TCP网络传输、UDP网络传输、FTP网络传输、HTTP网络传输、多媒体音频播放、多媒体视频播放、多媒体音频采集、多媒体视频采集、语言通话、短信收发。
进一步，图像混合计算方法包括：结合混沌保密通信及图样调制，将真实信息扩展后与混沌码异或生成相应伪码，由伪码控制相应跳频周期是否发送载频，周期内是否发送载频的位置信息形成不一样的调制图样；通过载频是否发送的规律来传递信息，真实信息隐藏在调制图样中，并且混沌序列增强调制图样的随机性。
进一步，图像混合计算方法具体包括：
步骤一，将真实信息即码字的1和0序列经过N倍扩展后，分别与对应时间顺序的混沌序列进行异或，得到信息码字相应的伪码；
步骤二，Web端将由伪码发生器生成的跳频序列每N个点分为一组，每个码字相应的N个伪码元对应于跳频序列N个周期内的频点，且伪码的1和0分别代表相应跳频周期上是否发送载频，形成调制图样，由调制图样将伪码序列进行非常规调制，再与由频率合成器生成的跳频图案进行混频，进行发送；
步骤三，Web信息接收端接收到信号后，对发射端载波频率的发送规律进行估计，再与已知跳频频率序列进行比较，与相应时间上的载波频率相等则记为1，与相应时间上的载波频率不相等记为0；
步骤四，将比较得到的序列与发送端相同的混沌序列异或，经N倍压缩即可得到真实的信息。
进一步，所述基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法具体包括：
通过控制系统监控网络模块监控实际网络地址与计算机节点；
通过RTDB服务数据模块控制系统的实时数据库服务用于获取并分发实时数据；
通过CoDeSys模块进行语言的编程；
通过数据项配置工具添加OPC-UA变量组模块；
通过添加数据项模块浏览OPC-UA服务器所有的数据，选择要访问的数据点，通过数据点路径写入模块写入新增数据项的PATH属性中。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法的计算机程序。
本发明的另一目的在于提供一种终端，所述终端至少搭载实现基于CoDeSys 的OPC UA TSN核心实现方法的服务器。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法。
本发明的另一目的在于提供一种基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现系统设置有：
控制系统网络监控模块；
所述控制系统网络监控模块连接有CoDeSys模块，所述CoDeSys模块连接有RTDB服务数据库模块、OPC-UA模块，OPC-UA服务器地址模块、添加数据项模块、数据点路径写入模块，且连接有运行数据库服务程序模块，所述运行数据库服务程序模块连接有开启运行OPC-UA客户端程序；
所述配置访问方式及频率，包括subscribe、read两种；
所述网络地址包括主网IP及备网IP。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法的OPC-UA设备。
本发明的优点及积极效果为：
本发明采用CoDeSys软件编程工具，支持多种PLC语言，用户可以在同一项目中选择不通过的语言编辑子程序，功能模块等，且解决了工业控制系统与现场设备通信安全不能保证以及不能连接多种类型设备的问题。
本发明解决了现有技术中，并且由于使用人工操作，必然带来操作时间不一致、场景的外部环境不一致等的人为的误差，从而影响编程的精度和一致性的问题。
本发明的图像混合计算方法：将真实信息即码字的1和0序列经过N倍扩展后，分别与对应时间顺序的混沌序列进行异或，得到信息码字相应的伪码； Web端将由伪码发生器生成的跳频序列每N个点分为一组，每个码字相应的N个伪码元对应于跳频序列N个周期内的频点，且伪码的1和0分别代表相应跳频周期上是否发送载频，形成调制图样，由调制图样将伪码序列进行非常规调制，再与由频率合成器生成的跳频图案进行混频，进行发送；Web信息接收端接收到信号后，对发射端载波频率的发送规律进行估计，再与已知跳频频率序列进行比较，与相应时间上的载波频率相等则记为1，与相应时间上的载波频率不相等记为0；
将比较得到的序列与发送端相同的混沌序列异或，经N倍压缩即可得到真实的信息。可实现编程信息的准确处理。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法及系统的模块结构示意图。
图中：1、控制系统监控网络模块；2、CoDeSys模块；3、RTDB服务数据库模块；4、OPC-UA变量组模块；5、OPC-UA服务器地址模块6、添加数据项模块；7、数据点路径写入模块；8、运行数据库服务程序模块；9、开启运行 OPC-UA客户端程序。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
本发明实施例提供的基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法具体包括：
通过控制系统监控网络模块监控实际网络地址与计算机节点；
通过RTDB服务数据模块控制系统的实时数据库服务用于获取并分发实时数据；
通过CoDeSys模块进行语言的编程；
通过数据项配置工具添加OPC-UA变量组模块；
通过添加数据项模块浏览OPC-UA服务器所有的数据，选择要访问的数据点，通过数据点路径写入模块写入新增数据项的PATH属性中。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现系统设置有：控制系统监控网络模块1、CoDeSys模块2、RTDB服务数据库模块3、OPC-UA变量组模块4、OPC-UA服务器地址模块5、添加数据项模块6、数据点路径写入模块7、运行数据库服务程序模块8、开启运行OPC-UA客户端程序9。
所述控制系统网络监控模块连接有CoDeSys模块1，所述CoDeSys模块1 连接有RTDB服务数据库模块2、OPC-UA模块3、OPC-UA服务器地址模块4、添加数据项模块5、数据点路径写入模块7，且连接有运行数据库服务程序模块 8，所述运行数据库服务程序模块8连接有开启运行OPC-UA客户端程序9。
所述配置访问方式及频率，包括subscribe、read两种。
所述网络地址包括主网IP及备网IP。
本发明的工作原理：通过控制系统监控网络模块1监控实际网络地址与计算机节点，通过RTDB服务数据模块3控制系统的实时数据库服务用于获取并分发实时数据，通过CoDeSys模块2进行语言的编程，通过数据项配置工具添加OPC-UA变量组模块4，控制系统中用于添加和设置数据点属性的工具，通过添加数据项模块6浏览OPC-UA服务器所有的数据，选择要访问的数据点，通过数据点路径写入模块7写入新增数据项的PATH属性中。
下面结合具体分析对本发明的应用作进一步描述。
本发明实施例提供的基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法，包括：
通过CoDeSys模块进行语言的编程；具体为：CoDeSys模块的Web端设置自动化场景的测试流程，添加、删除、修改测试项目和测试参数，其中能够添加的参数包括16种测试场景和5种上网场景；
Web端自动化场景服务器生成测试流程配置脚本并保存在服务器硬盘上，计算机测试程序通过网络获取服务器端的配置脚本并执行；
计算机接收到配置脚本后，按照json格式解析配置脚本，并按照测试项在配置文件中出现的先后顺序依次执行，在执行过程中使用json格式中的配置参数信息。
16种测试场景包括：PI值计算、图像混合计算、文件读、文件写、内存读、内存写、TCP网络传输、UDP网络传输、FTP网络传输、HTTP网络传输、多媒体音频播放、多媒体视频播放、多媒体音频采集、多媒体视频采集、语言通话、短信收发。
进一步，图像混合计算方法包括：结合混沌保密通信及图样调制，将真实信息扩展后与混沌码异或生成相应伪码，由伪码控制相应跳频周期是否发送载频，周期内是否发送载频的位置信息形成不一样的调制图样；通过载频是否发送的规律来传递信息，真实信息隐藏在调制图样中，并且混沌序列增强调制图样的随机性。
图像混合计算方法具体包括：
步骤一，将真实信息即码字的1和0序列经过N倍扩展后，分别与对应时间顺序的混沌序列进行异或，得到信息码字相应的伪码；
步骤二，Web端将由伪码发生器生成的跳频序列每N个点分为一组，每个码字相应的N个伪码元对应于跳频序列N个周期内的频点，且伪码的1和0分别代表相应跳频周期上是否发送载频，形成调制图样，由调制图样将伪码序列进行非常规调制，再与由频率合成器生成的跳频图案进行混频，进行发送；
步骤三，Web信息接收端接收到信号后，对发射端载波频率的发送规律进行估计，再与已知跳频频率序列进行比较，与相应时间上的载波频率相等则记为1，与相应时间上的载波频率不相等记为0；
步骤四，将比较得到的序列与发送端相同的混沌序列异或，经N倍压缩即可得到真实的信息。
步骤一进一步包括：
第一步，将码速率为Fb_real＝25kbps的真实有效信息x[1:1000]横向扩展N＝5 倍，即1扩展为11111，0扩展为00000，得到序列x1[1:5000]，采样率为Fs_real＝5MHz；
第二步，产生Chebyshev-Map混沌序列y[1:5000]，映射方程为：
yn+1＝Tk(yn)＝cos(k·cos-1yn),yn∈[-1,1]；
其中k为Chebyshev映射参数取4，yn为当前状态，yn+1为下一个状态，从初始值y0开始迭代，采用门限将得到的序列二值量化得到序列y＝ {y0,y1,y2,…,yi,…}，初始值y0取0.6；
第三步，将序列x1与混沌序列y异或得到伪随机序列z[1:5000]：
步骤二进一步包括：
(1)由伪码序列z[1:5000]的1和0控制生成调制图样，伪码序列z进行非常规BPSK调制，为1，则对应时间内基带信号为cos(2πfc_bpskt)，为0，则对应时间内基带信号全为0，生成基带调制信号fbpsk[1:100000]；
(2)由伪随机码发生器产生伪随机序列，通过指令译码器，控制频率合成器生成跳频图案X；
(3)将基带调制信号fbpsk与跳频图案X经混频器混频后，得到发送信号rs再进行发送。
合成器生成跳频图案X的方法为：由伪随机码发生器生成范围为1-8的跳频序列xhop[1:5000]，与随机数xhop(i)，i＝1...5000对应的跳频载波频率fc(xhop(i))为：
fc(xhop(i))＝fL+(xhop(i)-1)*fI；
fsend(i)＝fc(xhop(i))；
其中最低频率fL＝30M，跳频间隔为fI＝0.25M，由此得到跳频载波频率集 fsend[1:5000]，再生成跳频载波即跳频图案X[1:100000]。
步骤三进一步包括：
第一步，通过短时傅里叶变换谱图法对接收信号r进行处理，得到信号的粗估计时频脊线r1；
第二步，对得到的粗估的时频脊线r1作一阶差分，凸显信号的跳变位置，差分后的信号为r2；
第三步，在一阶差分后的信号中选取若干峰值位置，利用最小二乘法作线性拟合得一条直线；
第四步，估计出跳速R后，进一步估计出跳变时刻αTh，其中Th＝1/R为跳频周期，α则由下式得出：
第五步，估计出跳速R和跳变时刻αTh后，对每个跳变周期内的单频信号进行估频，在接收到的单频信号中任取一段长度为10的数据rt，t＝0,1,2,...,9，依据下式：
其中：符合*表示取共轭，∠表示求信号rt和信号rt+1的相位差，估计出信号载波频率f[1:5000]，以及信号的时频脊线；
第六步，将估计出的载波频率f[1:5000]与已知跳频频率序列fsend[1:5000] 进行比较，与相应时间上载波频率相等记为1，与相应时间上载波频率不相等记为0，得到序列rz[1:5000]。
利用最小二乘法作线性拟合得一条直线具体方法包括：
在r2中选取＝250个峰值位置p(i)，i＝1,2,3,…,M，编号并转换为(i,p(i))坐标形式，其中，i代表时隙编号，即第几个跳频时隙，p(i)代表帧号，即跳变时刻；将选取的M个坐标点代入最小二乘算法公式：
p＝ki+b；
直线p的斜率k是跳频点平均占有的数据帧的数目，用帧数k乘以短时傅里叶变换滑窗步长s＝256是跳频时隙，用数据点数c表示跳频时隙，即：
c＝k×s；
再根据采样率Fs_real与单个频点持续时间的固有关系得出计算下式：
估计出跳速R。
步骤四进一步包括：
(1)利用与信号发送端相同的混沌序列y与伪随机序列rz进行异或得到rx：
(2)将rx[1:5000]进行5倍压缩，每5个码字一组，11111压缩为1，00000 压缩为0，得到序列rx[1:1000]，即接收到的真实有效信息。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法，其特征在于，所述基于CoDeSys的OPCUA TSN核心实现方法包括：
通过CoDeSys模块进行语言的编程；具体为：CoDeSys模块的Web端设置自动化场景的测试流程，添加、删除、修改测试项目和测试参数，其中能够添加的参数包括16种测试场景和5种上网场景；
Web端自动化场景服务器生成测试流程配置脚本并保存在服务器硬盘上，计算机测试程序通过网络获取服务器端的配置脚本并执行；
计算机接收到配置脚本后，按照json格式解析配置脚本，并按照测试项在配置文件中出现的先后顺序依次执行，在执行过程中使用json格式中的配置参数信息。
2.如权利要求1所述的基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法，其特征在于，16种测试场景包括：PI值计算、图像混合计算、文件读、文件写、内存读、内存写、TCP网络传输、UDP网络传输、FTP网络传输、HTTP网络传输、多媒体音频播放、多媒体视频播放、多媒体音频采集、多媒体视频采集、语言通话、短信收发。
3.如权利要求2所述的基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法，其特征在于，图像混合计算方法包括：结合混沌保密通信及图样调制，将真实信息扩展后与混沌码异或生成相应伪码，由伪码控制相应跳频周期是否发送载频，周期内是否发送载频的位置信息形成不一样的调制图样；通过载频是否发送的规律来传递信息，真实信息隐藏在调制图样中，并且混沌序列增强调制图样的随机性。
4.如权利要求3所述的基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法，其特征在于，图像混合计算方法具体包括：
步骤一，将真实信息即码字的1和0序列经过N倍扩展后，分别与对应时间顺序的混沌序列进行异或，得到信息码字相应的伪码；
步骤二，Web端将由伪码发生器生成的跳频序列每N个点分为一组，每个码字相应的N个伪码元对应于跳频序列N个周期内的频点，且伪码的1和0分别代表相应跳频周期上是否发送载频，形成调制图样，由调制图样将伪码序列进行非常规调制，再与由频率合成器生成的跳频图案进行混频，进行发送；
步骤三，Web信息接收端接收到信号后，对发射端载波频率的发送规律进行估计，再与已知跳频频率序列进行比较，与相应时间上的载波频率相等则记为1，与相应时间上的载波频率不相等记为0；
步骤四，将比较得到的序列与发送端相同的混沌序列异或，经N倍压缩即可得到真实的信息。
5.如权利要求1所述的基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法，其特征在于，所述基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法具体包括：
通过控制系统监控网络模块监控实际网络地址与计算机节点；
通过RTDB服务数据模块控制系统的实时数据库服务用于获取并分发实时数据；
通过CoDeSys模块进行语言的编程；
通过数据项配置工具添加OPC-UA变量组模块；
通过添加数据项模块浏览OPC-UA服务器所有的数据，选择要访问的数据点，通过数据点路径写入模块写入新增数据项的PATH属性中。
6.一种实现权利要求1～5任意一项所述基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法的计算机程序。
7.一种终端，所述终端至少搭载实现权利要求1～5任意一项所述基于CoDeSys的OPCUA TSN核心实现方法的服务器。
8.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-5任意一项所述的基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法。
9.一种基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现系统，其特征在于，所述基于CoDeSys的OPCUA TSN核心实现系统设置有：
控制系统网络监控模块；
所述控制系统网络监控模块连接有CoDeSys模块，所述CoDeSys模块连接有RTDB服务数据库模块、OPC-UA模块，OPC-UA服务器地址模块、添加数据项模块、数据点路径写入模块，且连接有运行数据库服务程序模块，所述运行数据库服务程序模块连接有开启运行OPC-UA客户端程序；
所述配置访问方式及频率，包括subscribe、read两种；
所述网络地址包括主网IP及备网IP。
10.一种实施权利要求1所述基于CoDeSys的OPC UA TSN核心实现方法的OPC-UA设备。
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