CN114063552A - 电控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电控系统，其包括人机界面工控机、OPC UA服务器；人机界面工控机中安装有OPC UA客户端及人机界面程序；OPC UA客户端包括OPC UA活动客户端、OPC UA备份客户端、初始化单元、监测单元、启动备份单元；初始化单元用于完成OPC UA活动客户端与OPC UA备份客户端的初始化，使OPC UA活动客户端同OPC UA服务器建立正常通信；监测单元用于监测OPC UA活动客户端是否与OPC UA服务器正常通信；启动备份单元用于在OPC UA活动客户端与OPC UA服务器不能正常通信时启动OPC UA备份客户端与OPC UA服务器建立通信连接。本发明的电控系统，在OPC UA客户端突然无效时能继续获得服务器端的数据，避免监控变量数据丢失，保证人机界面的数据显示和记录的完整性。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术，特别涉及一种电控系统。
背景技术
在烟盒包装机电控领域，PLC(可编程逻辑控制器)、伺服控制器、人机界面构成一个完整的电控系统。其中人机界面通过PLC获得伺服控制器的数据，伺服控制器首先将数据传输给PLC，然后人机界面通过访问PLC获得伺服数据。
为增强与外界的数据交互能力，很多伺服控制器都内置有OPC UA服务器。OPC UA(OPC Unified Architecture，OPC统一架构)协议是OPC基金会(OPC Foundation)创建的，提供安全、可靠并独立于厂商的，实现原始数据从制造现场到MES和ERP层级传输的新一代通信协议，为制造现场到生产计划或企业资源计划(ERP)系统传输原始数据和预处理信息。使用OPC UA技术，所有需要的信息可随时随地到达每个授权应用和每个授权人员。人机界面通过OPC UA客户端就能直接访问伺服系统，在传输速度、数据量等方面均比通过PLC中转的方式更具优势，如附图1所示。
在电控系统中，OPC UA服务器(Server)正常工作，物理连接正常，但是OPC UA客户端(Client)发生异常，无法继续获得服务器(Server)端的数据，影响到人机界面的数据显示和记录。通常，OPC UA协议提供两种方法应对这一常见问题。
方法一是为已送达的数据提供时间戳和质量戳。时间戳用于记录数据到达的时间，质量戳用于区分数据是准确、错误还是未知。应用软件可依据这些标签对数据做相应处理，但是仍无法避免数据丢失。
方法二是在OPC UA服务器(Server)创建历史数据服务器(OPC HDA Server)，根据客户端的预先设定，自行存储指定时间段内服务器端产生的数据。这个方法可以解决数据丢失的问题。但并不是每一个OPC UA服务器(Server)都会提供历史数据记录的功能。
对于伺服系统的转速、电流等变量，保证一段时间的连续监控尤为重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电控系统，在OPC UA客户端突然无效时能继续获得服务器端的数据，避免监控变量数据丢失，保证人机界面的数据显示和记录的完整性。
为解决上述技术问题，本发明提供的电控系统，其包括人机界面工控机、OPC UA服务器；
所述人机界面工控机中安装有OPC UA客户端及人机界面程序；
所述OPC UA客户端包括OPC UA活动客户端、OPC UA备份客户端、初始化单元、监测单元、启动备份单元；
所述初始化单元，用于完成OPC UA活动客户端与OPC UA备份客户端的初始化，使OPC UA活动客户端同OPC UA服务器建立正常通信；
所述监测单元，用于监测OPC UA活动客户端是否与OPC UA服务器正常通信；
所述启动备份单元，用于在OPC UA活动客户端与OPC UA服务器不能正常通信时启动OPC UA备份客户端与OPC UA服务器建立通信连接。
较佳的，所述OPC UA服务器，不能根据OPC UA客户端的预先设定自行存储指定时间段内服务器端产生的数据。
较佳的，所述OPC UA服务器内置于伺服控制器中；
OPC UA活动客户端，在正常状态下，通过数据订阅获得电控系统的变量值，并传递给人机界面程序。
较佳的，所述伺服控制器为烟盒包装机的伺服控制器。
较佳的，所述监测单元，在监测到OPC UA活动客户端与OPC UA服务器不能正常通信时，并控制所述人机界面工控机输出警告信息。
较佳的，所述初始化单元完成OPC UA活动客户端的初始化的过程为：在OPC UA活动客户端程序中，首先调用创建(CreateSession)服务创建同OPC UA服务器的会话1，得到会话1的标识符(SessionID)，然后调用订阅(Subscription)服务在会话1中创建多个订阅，获得需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表，使OPC UA活动客户端同OPC UA服务器建立正常通信；
所述初始化单元完成OPC UA备份客户端的初始化的过程为：在人机界面程序中，首先调用创建(CreateSession)服务创建OPC UA备份客户端同OPC UA服务器的会话2，然后调用订阅(Subscription)服务在会话2中创建对需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表的订阅，根据所述需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表对OPC UA活动客户端是否与OPC UA服务器正常通信进行监测。
较佳的，所述OPC UA活动客户端根据需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表，调用读取(Read)服务，不断从OPC UA服务器中获得需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)的变量值；
所述OPC UA备份客户端根据所述需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表，同样调用读取(Read)，不断从OPC UA服务器中获得需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)的变量值；
所述监测单元，根据需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)的变量值，判断会话1是否依然有效，即OPC UA活动客户端是否与OPC UA服务器正常通信；
所述监测单元，如果会话1是无效，即OPC UA活动客户端与OPC UA服务器不能正常通信，则输出启动备份信号到所述启动备份单元；如果会话1是有效，则继续监测；
所述启动备份单元，当接收到启动备份信号，启动OPC UA备份客户端与OPC UA服务器建立通信连接。
较佳的，所述启动备份单元启动OPC UA备份客户端与OPC UA服务器建立通信连接的过程为：
首先，调用转移订阅(TransferSubscription)服务，将会话1的标识符(SessionID)对应的订阅列表(SubscriptionIds)从OPC UA活动客户端转移到OPC UA备份客户端；会话1的标识符(SessionID)对应的订阅列表(SubscriptionIds)的数组变量列表即为需要监控的OPC UA活动客户端的连接状态变量(NodeId)列表，从而完成了OPC UA备份客户端对于监控OPC UA活动客户端的连接状态变量(NodeId)的任务的接管；
然后，调用重新发布(Republish)服务，将转移订阅(TransferSubscription)服务返回的一组变量(AvaiableSequenceNumbers)(即订阅中还没有被客户端确认的变量列表)重新发出到OPC UA备份客户端。
本发明的电控系统，OPC UA活动客户端与OPC UA备份客户端分别运行于两个程序进程中，OPC UA活动客户端负责正常数据通信，监测单元监测OPC UA活动客户端是否与OPCUA服务器正常通信，一旦OPC UA活动客户端无效(OPC UA活动客户端不能与OPC UA服务器正常通信)，那么另一个进程中的OPC UA备份客户端能接管与OPC UA服务器的通信。该电控系统，针对部分OPC UA服务器无法创建历史数据的问题，调用OPC UA服务器的基本功能，实现了对OPC UA客户端的冗余设置，在OPC UA客户端突然无效时能继续获得服务器(Server)端的数据，避免监控变量数据丢失，保证人机界面的数据显示和记录的完整性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是人机界面通过OPC UA访问伺服控制器示意图；
图2是本发明的电控系统一实施例OPC UA活动客户端有效时示意图；
图3是本发明的电控系统一实施例OPC UA活动客户端无效时示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图2所示，一种电控系统包括人机界面工控机、OPC UA OPC UA(OPC UnifiedArchitecture，OPC统一架构)服务器；
所述人机界面工控机中安装有OPC UA客户端及人机界面程序；
所述OPC UA客户端包括OPC UA活动客户端、OPC UA备份客户端、初始化单元、监测单元、启动备份单元；
所述初始化单元，用于完成OPC UA活动客户端与OPC UA备份客户端的初始化，使OPC UA活动客户端同OPC UA服务器建立正常通信；
所述监测单元，用于监测OPC UA活动客户端是否与OPC UA服务器正常通信；
所述启动备份单元，用于在OPC UA活动客户端与OPC UA服务器不能正常通信时启动OPC UA备份客户端与OPC UA服务器建立通信连接。
较佳的，所述OPC UA服务器，不能根据OPC UA客户端的预先设定自行存储指定时间段内服务器端产生的数据。
实施例一的电控系统，OPC UA活动客户端与OPC UA备份客户端分别运行于两个程序进程中，OPC UA活动客户端负责正常数据通信，监测单元监测OPC UA活动客户端是否与OPC UA服务器正常通信，一旦OPC UA活动客户端无效(OPC UA活动客户端不能与OPC UA服务器正常通信)，那么另一个进程中的OPC UA备份客户端能接管与OPC UA服务器的通信。实施例一的电控系统，针对部分OPC UA服务器无法创建历史数据的问题，调用OPC UA服务器的基本功能，实现了对OPC UA客户端的冗余设置，在OPC UA客户端突然无效时能继续获得服务器(Server)端的数据，避免监控变量数据丢失，保证人机界面的数据显示和记录的完整性。
实施例二
基于实施一的电控系统，所述OPC UA服务器内置于伺服控制器中；
OPC UA活动客户端，在正常状态下，通过数据订阅从伺服控制器获得变量值，并传递给人机界面程序。
较佳的，所述伺服控制器为烟盒包装机的伺服控制器。
较佳的，所述监测单元，在监测到OPC UA活动客户端与OPC UA服务器不能正常通信时，并控制所述人机界面工控机输出警告信息，提示用户OPC UA活动客户端已无效，需做进一步处理。
实施例三
基于实施一的电控系统，所述初始化单元完成OPC UA活动客户端的初始化的过程为：在OPC UA活动客户端程序中，首先调用创建(CreateSession)服务创建同OPC UA服务器的会话1，得到会话1的标识符(SessionID)，然后调用订阅(Subscription)服务在会话1中创建多个订阅，获得需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表，使OPC UA活动客户端同OPC UA服务器建立正常通信；
所述初始化单元完成OPC UA备份客户端的初始化的过程为：在人机界面程序中，首先调用创建(CreateSession)服务创建OPC UA备份客户端同OPC UA服务器的会话2，然后调用订阅(Subscription)服务在会话2中创建对需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表的订阅，根据所述需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表对OPC UA活动客户端是否与OPC UA服务器正常通信进行监测。
实施例四
基于实施三的电控系统，所述OPC UA活动客户端根据需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表，调用读取(Read)服务，不断从OPC UA服务器中获得需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)的变量值；
所述OPC UA备份客户端根据所述需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表，同样调用读取(Read)，不断从OPC UA服务器中获得需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)的变量值；
所述监测单元，根据需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)的变量值，判断会话1是否依然有效，即OPC UA活动客户端是否与OPC UA服务器正常通信；
所述监测单元，如果会话1是无效，即OPC UA活动客户端与OPC UA服务器不能正常通信，则输出启动备份信号到所述启动备份单元；如果会话1是有效，则继续监测；
所述启动备份单元，当接收到启动备份信号，启动OPC UA备份客户端与OPC UA服务器建立通信连接。
实施例五
基于实施三的电控系统，所述启动备份单元启动OPC UA备份客户端与OPC UA服务器建立通信连接的过程为：
首先，调用转移订阅(TransferSubscription)服务，将会话1的标识符(SessionID)对应的订阅列表(SubscriptionIds)从OPC UA活动客户端转移到OPC UA备份客户端；会话1的标识符(SessionID)对应的订阅列表(SubscriptionIds)的数组变量列表即为需要监控的OPC UA活动客户端的连接状态变量(NodeId)列表，从而完成了OPC UA备份客户端对于监控OPC UA活动客户端的连接状态变量(NodeId)的任务的接管；
然后，调用重新发布(Republish)服务，将转移订阅(TransferSubscription)服务返回的一组变量(AvaiableSequenceNumbers)(即订阅中还没有被客户端确认的变量列表)重新发出到OPC UA备份客户端。
因为转移订阅(TransferSubscription)服务会返回一组变量(AvaiableSequenceNumbers)，表示订阅中还没有被客户端确认的变量列表，也就是在OPCUA活动客户端无效的过程中，OPC UA服务器端发出的但没有被客户端接收的变量值。OPCUA客户端的启动备份单元可调用OPC UA服务器端的重新发布(Republish)服务，将这些未接收的变量值重新发出，由OPC UA备份客户端接收，这样就不会有监控信息在OPC UA备份客户端取代OPC UA活动客户端的过程中发生丢失。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种电控系统，其特征在于，其包括人机界面工控机、OPC UA服务器；
所述人机界面工控机中安装有OPC UA客户端及人机界面程序；
所述OPC UA客户端包括OPC UA活动客户端、OPC UA备份客户端、初始化单元、监测单元、启动备份单元；
所述初始化单元，用于完成OPC UA活动客户端与OPC UA备份客户端的初始化，使OPCUA活动客户端同OPC UA服务器建立正常通信；
所述监测单元，用于监测OPC UA活动客户端是否与OPC UA服务器正常通信；
所述启动备份单元，用于在OPC UA活动客户端与OPC UA服务器不能正常通信时启动OPC UA备份客户端与OPC UA服务器建立通信连接。
2.根据权利要求1所述的电控系统，其特征在于，
所述OPC UA服务器，不能根据OPC UA客户端的预先设定自行存储指定时间段内服务器端产生的数据。
3.根据权利要求1所述的电控系统，其特征在于，
所述OPC UA服务器内置于伺服控制器中；
OPC UA活动客户端，在正常状态下，通过数据订阅获得电控系统的变量值，并传递给人机界面程序。
4.根据权利要求3所述的电控系统，其特征在于，
所述伺服控制器为烟盒包装机的伺服控制器。
5.根据权利要求1所述的电控系统，其特征在于，
所述监测单元，在监测到OPC UA活动客户端与OPC UA服务器不能正常通信时，并控制所述人机界面工控机输出警告信息。
6.根据权利要求1所述的电控系统，其特征在于，
所述初始化单元完成OPC UA活动客户端的初始化的过程为：在OPC UA活动客户端程序中，首先调用创建(CreateSession)服务创建同OPC UA服务器的会话1，得到会话1的标识符(SessionID)，然后调用订阅(Subscription)服务在会话1中创建多个订阅，获得需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表，使OPC UA活动客户端同OPC UA服务器建立正常通信；
所述初始化单元完成OPC UA备份客户端的初始化的过程为：在人机界面程序中，首先调用创建(CreateSession)服务创建OPC UA备份客户端同OPC UA服务器的会话2，然后调用订阅(Subscription)服务在会话2中创建对需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表的订阅，根据所述需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表对OPC UA活动客户端是否与OPC UA服务器正常通信进行监测。
7.根据权利要求6所述的电控系统，其特征在于，
所述OPC UA活动客户端根据需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表，调用读取(Read)服务，不断从OPC UA服务器中获得需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)的变量值；
所述OPC UA备份客户端根据所述需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)列表，同样调用读取(Read)，不断从OPC UA服务器中获得需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)的变量值；
所述监测单元，根据需要监控的OPC UA活动客户端连接状态变量(NodeId)的变量值，判断会话1是否依然有效，即OPC UA活动客户端是否与OPC UA服务器正常通信；
所述监测单元，如果会话1是无效，即OPC UA活动客户端与OPC UA服务器不能正常通信，则输出启动备份信号到所述启动备份单元；如果会话1是有效，则继续监测；
所述启动备份单元，当接收到启动备份信号，启动OPC UA备份客户端与OPC UA服务器建立通信连接。
8.根据权利要求6所述的电控系统，其特征在于，
所述启动备份单元启动OPC UA备份客户端与OPC UA服务器建立通信连接的过程为：
首先，调用转移订阅(TransferSubscription)服务，将会话1的标识符(SessionID)对应的订阅列表(SubscriptionIds)从OPC UA活动客户端转移到OPC UA备份客户端；会话1的标识符(SessionID)对应的订阅列表(SubscriptionIds)的数组变量列表即为需要监控的OPC UA活动客户端的连接状态变量(NodeId)列表，从而完成了OPC UA备份客户端对于监控OPC UA活动客户端的连接状态变量(NodeId)的任务的接管；
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