CN114637250A - 基于opcua的plc与hmi控件间数据通信系统 - Google Patents

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陈喜成
孟凡朋
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Abstract

本发明公开了一种基于OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统，PLC控制器集成有与各数据采集器通讯连接的数据收集模块和CPU单元A；HMI控件集成有CPU单元B、数据订阅模块、数据轮询模块和界面显示模块，数据订阅模块和数据轮询模块各通过OPCUA通讯协议对应向CPU单元A发送数据订阅请求和数据轮询请求，CPU单元A接收到该数据订阅请求或数据轮询请求后，控制数据收集模块通过OPCUA通讯协议与CPU单元B进行数据信息交互；CPU单元B对接收到的数据信息进行处理、分析后，传输给界面显示模块进行显示。该数据通信系统可实现一台HMI控件对多台PLC控制器的数据进行操作及显示，即有效减少了HMI控件的设计周期及操作重复性，又便于技术人员直接观察设备状态，避免发生操作事故。

Description

基于OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统
技术领域
本发明涉及PLC通信系统技术领域，具体提供一种基于 OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统。
背景技术
目前，普遍使用的HMI设计方式主要为：将PLC数据区与 HMI地址关联，在HMI上触发的事件对应操作PLC地址，实现对PLC的控制及数据显示；且采用的通讯方式主要为串口通讯。然而，传统的通讯方式存在有以下问题：
1)、PLC数据区中需要操作的数据地址需要一一对应的连接到HMI控件，且目前大多使用的HMI控件均为单数据地址关联，当需要关联的变量较多时，就需要添加大量的连接关系，重复操作较多，使得HMI开发过程较长。
2)、串口通讯方式需要通讯线连接PLC控制器和HMI控件，但当需要操作的设备与HMI距离较远时，就会使技术人员不便于直接观察设备状态，容易发生操作事故。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种基于OPCUA的PLC 与HMI控件间数据通信系统，其可实现一台HMI控件对多台 PLC控制器的数据进行操作及显示，不仅有效的减少了HMI控件的设计周期、及操作的重复性，还便于技术人员直接观察设备状态，避免发生操作事故。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统，包括PLC控制器和HMI控件，所述PLC控制器集成有数据收集模块和CPU单元 A，所述数据收集模块用以与工站中的各个数据采集器通讯连接，且所述数据收集模块还与所述CPU单元A电性连接；所述 HMI控件集成有CPU单元B、以及分别与所述CPU单元B电性连接的数据订阅模块、数据轮询模块和界面显示模块，其中，所述数据订阅模块通过OPCUA通讯协议向所述CPU单元A发送数据订阅请求，所述数据轮询模块通过OPCUA通讯协议向所述 CPU单元A发送数据轮询请求，所述CPU单元A接收到该数据订阅请求或者该数据轮询请求后，控制所述数据收集模块通过 OPCUA通讯协议与所述CPU单元B进行数据信息交互；随后，所述CPU单元B对接收到的数据信息进行处理、分析后，传输给所述界面显示模块进行显示。
作为本发明的进一步改进，所述数据收集模块通过 TCP/IP协议与工站中的各个数据采集器通讯连接。
作为本发明的进一步改进，所述PLC控制器为多个，多个所述PLC控制器相互独立工作，且多个所述PLC控制器中的 CPU单元A皆通过OPCUA通讯协议与所述数据订阅模块及所述数据轮询模块进行信息交互；多个所述PLC控制器中的数据收集模块皆通过OPCUA通讯协议与所述CPU单元B进行数据信息交互。
作为本发明的进一步改进，所述HMI控件还集成有一管理模块，所述管理模块用以管理当前与所述HMI控件通讯连接的 PLC控制器的IP地址，且所述管理模块亦电性连接于所述CPU 单元B。
作为本发明的进一步改进，所述HMI控件安装于平板电脑中。
本发明的有益效果是：①相较于现有技术，本发明通过采用OPCUA协议，可实现一台HMI控件对多台PLC控制器的数据进行操作及显示，有效的减少了HMI控件的设计周期、及操作的重复性，大大提升了HMI操控的集中性和便捷性。②本发明所述HMI控件可安装于支持Win10操作系统的平板电脑中，从而很好的解决了传统方式中通讯连接线的问题，便于技术人员直接观察设备状态，避免发生操作事故。③本发明所述HMI 控件中集成有数据订阅模块和数据轮询模块，一方面，PLC控制器的数据变化可直接通过订阅方式刷新HMI控件，提高了 PLC数据变化时、HMI界面状态刷新的即时性；另一方面，对实时性要求不高的数据可采用轮询方式来减少订阅的数据包大小，有效减少了PLC数据压力，即当界面切换至后台时、停止界面刷新，减少HMI控件与PLC之间的交互，减少PLC的性能损耗。
附图说明
图1为本发明所述基于OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统的工作原理方框图。
结合附图，作以下说明：
1—PLC控制器；10—数据收集模块；11—CPU单元A；2 —HMI控件；20—CPU单元B；21—数据订阅模块；22—数据轮询模块；23—界面显示模块；24—管理模块。
具体实施方式
以下借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。于本说明书中所述的“A”、“B”等仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例：
请参阅附图1所示，其为本发明所述基于OPCUA的PLC 与HMI控件间数据通信系统的工作原理方框图。
本发明所提供的基于OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统包括PLC控制器1和HMI控件2，所述PLC控制器1集成有数据收集模块10和CPU单元A11，所述数据收集模块10用以与工站中的各个数据采集器(即安装于机床上的各种传感器等)通讯连接，且所述数据收集模块10还与所述CPU单元A11 电性连接；所述HMI控件2集成有CPU单元B20、以及分别与所述CPU单元B20电性连接的数据订阅模块21、数据轮询模块22和界面显示模块23，其中，所述数据订阅模块21通过 OPCUA通讯协议向所述CPU单元A11发送数据订阅请求，所述数据轮询模块22通过OPCUA通讯协议向所述CPU单元A11发送数据轮询请求，所述CPU单元A11接收到该数据订阅请求或者该数据轮询请求后，控制所述数据收集模块10通过OPCUA 通讯协议与所述CPU单元B20进行数据信息交互；随后，所述 CPU单元B20对接收到的数据信息进行处理、分析后，传输给所述界面显示模块23进行显示。
在本实施例中，优选的，所述数据收集模块10通过TCP/IP 协议与工站中的各个数据采集器通讯连接。
优选的，所述PLC控制器1为多个、均可采用西门子 S1200，多个所述PLC控制器1相互独立工作，且多个所述PLC 控制器1中的CPU单元A11皆通过OPCUA通讯协议与所述数据订阅模块21及所述数据轮询模块22进行信息交互；多个所述 PLC控制器1中的数据收集模块10皆通过OPCUA通讯协议与所述CPU单元B20进行数据信息交互；即该数据通信系统可实现一台HMI控件与多台PLC控制器配合工作。
优选的，所述HMI控件2还集成有一管理模块24，所述管理模块24用以管理当前与所述HMI控件通讯连接的PLC控制器的IP地址，且所述管理模块24亦电性连接于所述CPU 单元B20；即所述管理模块可协助所述CPU单元B向多个PLC 控制器发送请求和接收信息，使得信息交互更便捷化、精确化。
优选的，所述HMI控件2安装于支持Win10操作系统的平板电脑中，可很好的解决传统方式中通讯连接线的问题，便于技术人员直接观察设备状态，避免发生操作事故。
优选的，本发明所提供的HMI控件中还包含实体执行模块的状态数据和设定数据，完整显示执行模块的状态，包含常用的气缸、轴、电机、RFID、报警列表、输入输出显示、设备状态显示三色灯，实现自动化设备HMI中的大部分执行模块的显示和设置功能。
综上所述，本发明所述的基于OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统，可实现一台HMI控件对多台PLC控制器的数据进行操作及显示，不仅有效的减少了HMI控件的设计周期、及操作的重复性，还便于技术人员直接观察设备状态，避免发生操作事故。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，但并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统，其特征在于：包括PLC控制器(1)和HMI控件(2)，所述PLC控制器(1)集成有数据收集模块(10)和CPU单元A(11)，所述数据收集模块(10)用以与工站中的各个数据采集器通讯连接，且所述数据收集模块(10)还与所述CPU单元A(11)电性连接；所述HMI控件(2)集成有CPU单元B(20)、以及分别与所述CPU单元B(20)电性连接的数据订阅模块(21)、数据轮询模块(22)和界面显示模块(23)，其中，所述数据订阅模块(21)通过OPCUA通讯协议向所述CPU单元A(11)发送数据订阅请求，所述数据轮询模块(22)通过OPCUA通讯协议向所述CPU单元A(11)发送数据轮询请求，所述CPU单元A(11)接收到该数据订阅请求或者该数据轮询请求后，控制所述数据收集模块(10)通过OPCUA通讯协议与所述CPU单元B(20)进行数据信息交互；随后，所述CPU单元B(20)对接收到的数据信息进行处理、分析后，传输给所述界面显示模块(23)进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统，其特征在于：所述数据收集模块(10)通过TCP/IP协议与工站中的各个数据采集器通讯连接。
3.根据权利要求1所述的基于OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统，其特征在于：所述PLC控制器(1)为多个，多个所述PLC控制器(1)相互独立工作，且多个所述PLC控制器(1)中的CPU单元A(11)皆通过OPCUA通讯协议与所述数据订阅模块(21)及所述数据轮询模块(22)进行信息交互；多个所述PLC控制器(1)中的数据收集模块(10)皆通过OPCUA通讯协议与所述CPU单元B(20)进行数据信息交互。
4.根据权利要求1所述的基于OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统，其特征在于：所述HMI控件(2)还集成有一管理模块(24)，所述管理模块(24)用以管理当前与所述HMI控件通讯连接的PLC控制器的IP地址，且所述管理模块(24)亦电性连接于所述CPU单元B(20)。
5.根据权利要求1所述的基于OPCUA的PLC与HMI控件间数据通信系统，其特征在于：所述HMI控件(2)安装于平板电脑中。
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