CN110474915A - 一种工业协议动态自适应适配系统的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业协议动态自适应适配系统的设计方法，系统包括协议适配服务器和边缘工业网关两个基本单元，边缘工业网关位于工业生产现场，直接与工业设备连接，协议适配服务器通过互联网的TCP/IP协议与边缘工业网关实现远程连接，边缘工业网关的软件系统采用中间件架构，由基础操作系统、中间件平台环境和中间件功能模块三部分组成。本发明采用边缘工业网关和协议适配服务器相结合的系统架构，通过协议适配服务器上的基于XML的协议模版数据库，协助边缘工业网关实现工业接口协议的自动识别和自适应适配，自动生成设备通信并动态运行，不需要网关软件重新编译或网关的重启操作，实现了多种工业协议动态自适应适配。

Description

一种工业协议动态自适应适配系统的设计方法

技术领域

本发明涉及工业互联网技术领域，特别涉及一种工业协议动态自适应适配系统的设计方法。

背景技术

目前在工业互联网领域，存在设备和系统中存在多种多样的工业接口协议，例如常见的有RS232、RS485、Modbus、Profibus、MTConnect、Ethernet/IP、Profinet等等，而且还存在自动化设备生产或集成商自行开发私有工业协议的情况。这就造成工业协议标准不统一、互不兼容，数据和设备控制难以互联互通和存在数据孤岛等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业协议动态自适应适配系统的设计方法，采用边缘工业网关和协议适配服务器相结合的系统架构，通过协议适配服务器上的基于XML的协议模版数据库，协助边缘工业网关实现工业接口协议的自动识别和自适应适配。并且基于中间件技术在边缘工业网关上支持协议模版的解析，自动生成设备通信并动态运行，不需要网关软件重新编译或网关的重启操作，实现了多种工业协议动态自适应适配，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种工业协议动态自适应适配系统的设计方法，系统包括协议适配服务器和边缘工业网关两个基本单元，边缘工业网关位于工业生产现场，直接与工业设备连接，协议适配服务器通过互联网的TCP/IP协议与边缘工业网关实现远程连接，所述边缘工业网关的软件系统采用中间件架构，由基础操作系统、中间件平台环境和中间件功能模块三部分组成，协议适配服务器建立一个面向不同工业设备生产厂商的不同工业接口协议的基于XML语言描述的工业协议模版数据库。

进一步地，所述边缘工业网关的结构由协议探测和通信接口、协议模版管理模块、协议模版解析模块和动态运行管理模块组成，其中，

协议探测和通信接口：在工业协议解析失败的情况下需要启动本模块，如果网关不能与工业设备正常通信，网关则将从工业设备接收到的所有信息发送给协议适配服务器，由协议适配服务器进行协议识别，并接收协议适配服务器发送过来的协议模版；

协议模版管理模块：负责边缘工业网关上的协议模版的存储、读取、查询和更新；

协议模版解析模块：根据协议模版基于JavaScript语言生成网关与工业设备之间的通信中间件，并负责该通信中间件的正确性验证，并将验证结果通过通信接口模块反馈给协议适配服务器；

动态运行管理模块：该模块负责维护网关通信软件的配置文件，通过重新启动网关通信软件的方式，使新生成的通信中间件在网关通信软件中得到应用。

进一步地，所述协议适配服务器的结构由数据库管理模块、协议识别模块以及与网关之间的通信接口组成，其中，

数据库管理模块：数据库管理模块为管理员提供协议模版的新增、查询、更新、删除数据库管理功能；

协议识别模块：协议识别模块首先将网关发送过来的其从工业设备接收到的信息进行解析，提取设备生产厂商、协议类型、信令长度等等关键信息，并在协议模版数据库中进行检索和比对；

与网关之间的通信接口：负责接收来自边缘工业网关的工业协议识别请求和将自动识别结果或管理员指定的协议模版发送给边缘工业网关，并接收来自边缘工业网关反馈的协议模版的验证结果。

进一步地，包括如下步骤：

步骤1：通过协议适配服务器上的基于XML的协议模版数据库，协助边缘工业网关实现工业接口协议的自动识别和自适应适配；

步骤2：基于中间件技术在边缘工业网关上支持协议模版的解析，自动生成设备通信并动态运行，不需要网关软件重新编译或网关的重启操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的工业协议动态自适应适配系统的设计方法，采用边缘工业网关和协议适配服务器相结合的系统架构，通过协议适配服务器上的基于XML的协议模版数据库，协助边缘工业网关实现工业接口协议的自动识别和自适应适配。并且基于中间件技术在边缘工业网关上支持协议模版的解析，自动生成设备通信并动态运行，不需要网关软件重新编译或网关的重启操作，实现了多种工业协议动态自适应适配。

附图说明

图1为本发明的工业协议动态自适应适配系统结构图；

图2为本发明的边缘工业网关上协议适配相关的功能结构图；

图3为本发明的协议适配服务器的功能结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，一种工业协议动态自适应适配系统的设计方法，系统包括协议适配服务器和边缘工业网关两个基本单元，边缘工业网关位于工业生产现场，直接与工业设备连接，协议适配服务器通过互联网的TCP/IP协议与边缘工业网关实现远程连接。

如图2所示，边缘工业网关的软件系统采用中间件架构(例如Android系统)由基础操作系统(例如Linux)中间件平台环境和中间件功能模块等三部分组成。在本发明的系统中，只涉及工业协议适配相关的功能模块。在工业协议的动态适配方面，边缘工业网关需要实现工业协议探测、与协议适配服务器通信、基于协议模版生成设备通信中间件和中间件的动态运行等功能。

边缘工业网关的结构由协议探测和通信接口、协议模版管理模块、协议模版解析模块和动态运行管理模块组成，其中：

协议探测和通信接口：在工业协议解析失败的情况下需要启动本模块。如果网关不能与工业设备正常通信，网关则将从工业设备接收到的所有信息发送给协议适配服务器，由协议适配服务器进行协议识别。并接收协议适配服务器发送过来的协议模版。

协议模版管理模块：负责边缘工业网关上的协议模版的存储、读取、查询和更新。

协议模版解析模块：根据协议模版基于JavaScript语言生成网关与工业设备之间的通信中间件。并负责该通信中间件的正确性验证，并将验证结果通过通信接口模块反馈给协议适配服务器。

动态运行管理模块：该模块负责维护网关通信软件的配置文件，通过重新启动网关通信软件的方式，使新生成的通信中间件在网关通信软件中得到应用。每次网关通信软件开始运行前，根据配置文件加载网关各接口上连接的工业设备对应的通信中间件。

如图3所示，协议适配服务器协议适配服务器上需要建立一个面向不同工业设备生产厂商的不同工业接口协议的基于XML语言描述的工业协议模版数据库。并且在协议适配服务器上需要实现与边缘工业网关之间的基于TCP/IP协议的通信接口、工业协议识别、以及工业协议模版数据库的管理等功能。的结构由数据库管理模块、协议识别模块以及与网关之间的通信接口组成，其中：

数据库管理模块：数据库管理模块为管理员提供协议模版的新增、查询、更新、删除等数据库管理功能。另外，对于协议自动识别失败的情况，管理员利用该模块可以将指定的工业协议模版，通过与网关之间通信接口发送给特定的边缘工业网关。

协议识别模块：协议识别模块首先将网关发送过来的其从工业设备接收到的信息进行解析，提取设备生产厂商、协议类型、信令长度等等关键信息，并在协议模版数据库中进行检索和比对。将匹配度达到一定程度的一个或多个协议模版通过通信接口模块发送给边缘工业网关，由边缘工业网关负责验证协议模版的正确性。如果没有识别出正确的协议模版，则反馈给数据库管理模块，由管理员去处理。

与网关之间的通信接口：负责接收来自边缘工业网关的工业协议识别请求和将自动识别结果或管理员指定的协议模版发送给边缘工业网关，并接收来自边缘工业网关反馈的协议模版的验证结果。

本发明包括如下步骤：通过协议适配服务器上的基于XML的协议模版数据库，协助边缘工业网关实现工业接口协议的自动识别和自适应适配；基于中间件技术在边缘工业网关上支持协议模版的解析，自动生成设备通信并动态运行，不需要网关软件重新编译或网关的重启操作。

综上，本发明的工业协议动态自适应适配系统的设计方法，采用边缘工业网关和协议适配服务器相结合的系统架构，通过协议适配服务器上的基于XML的协议模版数据库，协助边缘工业网关实现工业接口协议的自动识别和自适应适配。并且基于中间件技术在边缘工业网关上支持协议模版的解析，自动生成设备通信并动态运行，不需要网关软件重新编译或网关的重启操作，实现了多种工业协议动态自适应适配。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种工业协议动态自适应适配系统的设计方法，其特征在于，系统包括协议适配服务器和边缘工业网关两个基本单元，边缘工业网关位于工业生产现场，直接与工业设备连接，协议适配服务器通过互联网的TCP/IP协议与边缘工业网关实现远程连接，所述边缘工业网关的软件系统采用中间件架构，由基础操作系统、中间件平台环境和中间件功能模块三部分组成，协议适配服务器建立一个面向不同工业设备生产厂商的不同工业接口协议的基于XML语言描述的工业协议模版数据库。

2.根据权利要求1所述的一种工业协议动态自适应适配系统的设计方法，其特征在于，所述边缘工业网关的结构由协议探测和通信接口、协议模版管理模块、协议模版解析模块和动态运行管理模块组成，其中，

协议探测和通信接口：在工业协议解析失败的情况下需要启动本模块，如果网关不能与工业设备正常通信，网关则将从工业设备接收到的所有信息发送给协议适配服务器，由协议适配服务器进行协议识别，并接收协议适配服务器发送过来的协议模版；

协议模版管理模块：负责边缘工业网关上的协议模版的存储、读取、查询和更新；

协议模版解析模块：根据协议模版基于JavaScript语言生成网关与工业设备之间的通信中间件，并负责该通信中间件的正确性验证，并将验证结果通过通信接口模块反馈给协议适配服务器；

动态运行管理模块：该模块负责维护网关通信软件的配置文件，通过重新启动网关通信软件的方式，使新生成的通信中间件在网关通信软件中得到应用。

3.根据权利要求1所述的一种工业协议动态自适应适配系统的设计方法，其特征在于，所述协议适配服务器的结构由数据库管理模块、协议识别模块以及与网关之间的通信接口组成，其中，

数据库管理模块：数据库管理模块为管理员提供协议模版的新增、查询、更新、删除数据库管理功能；

协议识别模块：协议识别模块首先将网关发送过来的其从工业设备接收到的信息进行解析，提取设备生产厂商、协议类型、信令长度等等关键信息，并在协议模版数据库中进行检索和比对；

与网关之间的通信接口：负责接收来自边缘工业网关的工业协议识别请求和将自动识别结果或管理员指定的协议模版发送给边缘工业网关，并接收来自边缘工业网关反馈的协议模版的验证结果。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种工业协议动态自适应适配系统的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过协议适配服务器上的基于XML的协议模版数据库，协助边缘工业网关实现工业接口协议的自动识别和自适应适配；

步骤2：基于中间件技术在边缘工业网关上支持协议模版的解析，自动生成设备通信并动态运行，不需要网关软件重新编译或网关的重启操作。