CN114691117B - 一种边缘控制器软件快速开发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了边缘控制器软件开发技术领域的一种边缘控制器软件快速开发方法，采用如下的技术方案：将所述的边缘控制器软件划分为基于组态软件的应用程序开发以及Runtime库文件创建与调用两部分，其中所述的基于组态软件的应用程序包括总线配置模块、逻辑控制程序模块、OPC UA信息模型创建模块以及人工智能算法调用模块四部分，所述的Runtime库文件创建与调用包括OPC UA加载器库文件创建与调用，人工智能算法库文件创建与调用。本发明提出的边缘控制器软件快速开发方法可有效提升边缘控制器软件开发效率，降低开发难度，增强软件的可维护性和可拓展性。

Description

一种边缘控制器软件快速开发方法
技术领域
本发明涉及边缘控制器软件开发的技术领域，尤其是涉及一种边缘控制器软件快速开发方法。
背景技术
相较于云计算，边缘计算处于工业互联网架构中距离工业设备更近的的网络边缘侧，实现了工业现场数据在网络边缘侧的采集、处理、分析，减轻云平台压力并提高了数据的安全性和传输实时性。边缘计算对控制器的本地数据处理能力提出了更高的要求，为满足这种新需求，边缘控制器应运而生。边缘控制器将数据采集逻辑、设备逻辑控制、现场总线协议、人工智能、OPCUA等多领域技术集成于一体，对于实现设备的智能化、数字化以及设备间互联互通具有重要意义。
边缘控制器软件开发除涉及传统的控制程序外，还包括人工智能、OPCUA等功能模块的开发，导致传统的工业控制软件开发人员很难在短时间内完成边缘控制器软件开发，研究针对边缘控制器的软件快速开发技术具有巨大应用价值。
现有的边缘控制器软件开发通常使用纯代码方式调用人工智能算法库和OPC UA功能模块，或者采用配置方式完成OPC UA信息模型的创建，但创建的信息模型格式固定，层次结构较简单。整体上看软件开发效率不高且不利于后期维护。
针对上述中的相关技术，本发明提供一种边缘控制器软件快速开发方法。
发明内容
本发明提供一种边缘控制器软件快速开发方法，可有效提升边缘控制器软件开发效率，降低开发难度，增强软件的可维护性和可拓展性。
本发明提供一种边缘控制器软件快速开发方法，采用如下的技术方案：将所述的边缘控制器软件划分为基于组态软件的应用程序开发以及Runtime库文件创建与调用两部分，其中所述的基于组态软件的应用程序包括总线配置模块、逻辑控制程序模块、OPC UA信息模型创建模块以及人工智能算法调用模块四部分，所述的Runtime库文件创建与调用包括OPC UA加载器库文件创建与调用，人工智能算法库文件创建与调用；
所述的方法具体步骤如下：
S1：总线配置：初始化总线接口，添加Modbus TCP、Modbus RTU、EtherCAT、EtherNet/IP等总线设备，采集外部数据；
S2：逻辑控制程序创建：设计逻辑控制程序实现对现场设备的控制，设计OPC UA信息模型创建模块调用程序及人工智能算法调用模块任务触发程序，实现对OPC UA信息模型创建模块及人工智能算法调用模块任务触发；
S3：OPC UA信息模型创建：利用结构体数据类型构建OPC UA信息模型框架，根据实际使用设备传输的数据内容填充结构体元素列表，完成信息模型创建，生成信息模型配置文件，并创建OPC UA加载器功能块；
S4：人工智能算法调用模块创建：根据人工智能算法输入、输出参数创建人工智能算法功能块；
S5：创建逻辑控制程序模块任务、OPC UA信息模型创建模块任务以及人工智能算法调用模块任务，将各模块挂载到对应任务下，根据各任务工作特点，将逻辑控制程序模块任务优先级设为最高，任务类型设置为周期任务；OPC UA信息模型创建模块任务优先级次之，任务类型设置为事件任务；人工智能算法调用模块任务优先级设置为最低，任务类型设置为事件任务；
S6：基于OPC UA服务器源代码和OPC UA信息模型配置文件格式要求，开发信息模型配置文件解析程序，编译生成OPC UA加载器库文件；
S7：基于人工智能算法源代码，开发人工智能算法调用接口，编译生成人工智能算法库文件；
S8：基于利用AnyControl的Runtime SDK开发包，添加OPC UA加载器库文件以及人工智能算法库文件，编译后生成Runtime可执行程序。
可选的，所述OPC UA信息模型创建模块以及人工智能算法调用模块被封装为可图形化调用的组件库。
可选的，所述的总线配置模块用于完成总线初始化及各总线设备添加。
可选的，所述的人工智能算法调用模块，创建人工智能算法功能块，对现场设备数据进行处理与计算并返回结果。
可选的，所述的OPC UA加载器功能块和人工智能算法功能块的创建方法包括以下步骤：
①将OPC UA加载器和人工智能算法C/C++语言源代码分别编译为库文件，并提供调用接口，调用接口函数形参为为OPC UA加载器启动返回值以及人工智能算法输入、输出参数；
②利用AnyControl的Runtime SDK开发包提EXLIB_CFG_ELEMENT_ITEM宏定义调用OPC UA加载器和和人工智能算法接口函数；
③在AnyControl中创建外部库工程文件，创建函数类型程序组织单元，变量区中设置输入、输出参数，参数类型与OPC UA加载器和人工智能算法接口函数形参保持一致；
④编译上述外部库工程文件生成OPC UA加载器和人工智能算法固件库，在AnyControl中创建应用工程文件，在库管理中加载固件库，形成OPC UA加载器和人工智能算法图形化功能块。
可选的，所述OPC UA信息模型创建方法包括以下步骤：
①在AnyControl数据类型区依次创建设备类型结构体、属性集结构体、属性描述结构体，其中设备类型结构体中嵌套属性集结构体，属性集结构体中嵌套属性描述结构体；
②根据采集的设备数据在OPC UA信息模型创建模块中对设备类型结构体进行初始化，完成设备OPC UA信息模型创建；
③编译工程文件，将设备类型结构体转换为OPC UA信息模型XML配置文件，将XML配置文件下装到控制器，OPC UA信息模型创建模块启动后解析XML配置文件，生成设备OPCUA地址空间。
可选的，所述OPC UA信息模型中属性值与采集的设备数据关联方法包括以下步骤：
①属性描述结构体元素Value表示OPC UA信息模型中属性值，创建OPCUA地址空间后，在总线配置模块中将Value与设备数据进行绑定，生成信息模型XML配置文件时将Value的内存地址传入，
②配置文件下装到控制器，OPC UA信息模型创建模块启动后解析XML配置文件，读取属性值的内存地址处的数据，实现OPC UA信息模型的属性值的实时更新。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益效果：
该边缘控制器软件快速开发方法将边缘控制器软件划分为总线配置模块、逻辑控制程序模块、OPC UA信息模型创建模块、人工智能算法调用模块、以及OPC UA服务器与人工智能算法库调用模块，其中OPC UA信息模型以及人工智能算法模块被封装为为可图形化调用的组件库，实现了仪表信息模型的可视化创建，使不具备OPC UA与人工智能算法相关知识的传统工业控制程序开发人员也可快速完成边缘控制器软件的开发，明显提升边缘控制器软件开发效率，降低软件开发难度。
该边缘控制器软件快速开发方法具备低代码的优点，支持各功能模块的图形化调用，具备不同经验水平的开发人员都能够通过图形用户界面，使用拖放式组件完成边缘控制器软件开发，极大提升软件开发效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明软件架构示意图；
图2为本发明OPC UA信息模型创建所需结构体示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
OPC UA加载器，OPC UA(OPC Unified Architecture)是为了在工业自动化等行业安全可靠地进行数据交换而制定的开放式国际标准通信协议，可跨越设备的种类、操作系统、制造商的壁垒，安全地进行高可靠性的数据交换。OPC UA加载器是集成信息模型配置文件解析功能的OPC UA服务器。
AnyControl开发工具，AnyControl是遵循IEC61131-3国际标准的可编程系统。AnyControl由上层组态软件开发工具(集成开发环境IDE)和底层运行时软件(Runtime)两部分组成，上层组态软件开发工具可以组态方式完成各功能模块开发，底层运行时软件可集成C/C++库文件。
以下结合附图1-2对本发明作进一步详细说明。
参照图1，本发明公开一种边缘控制器软件快速开发方法，将边缘控制器软件划分为基于组态软件的应用程序开发以及Runtime库文件创建与调用两部分，其中基于组态软件的应用程序包括总线配置模块、逻辑控制程序模块、OPC UA信息模型创建模块以及人工智能算法调用模块四部分，Runtime库文件创建与调用包括OPC UA加载器库文件创建与调用，人工智能算法库文件创建与调用；
其中，所述OPC UA信息模型创建模块以及人工智能算法调用模块被封装为可图形化调用的组件库。总线配置模块用于完成总线初始化及各总线设备添加。人工智能算法调用模块，创建人工智能算法功能块，对现场设备数据进行处理与计算并返回结果。OPC UA加载器库、人工智能算法库与Runtime为集成模块，实现Runtime对OPC UA加载器库和人工智能算法库的创建与调用。
方法具体步骤如下：
S1：总线配置：初始化总线接口，添加Modbus TCP、Modbus RTU、EtherCAT、EtherNet/IP等总线设备，采集外部数据；
S2：逻辑控制程序创建：设计逻辑控制程序实现对现场设备的控制，设计OPC UA信息模型创建模块调用程序及人工智能算法调用模块任务触发程序，实现对OPC UA信息模型创建模块及人工智能算法调用模块任务触发；
S3：OPC UA信息模型创建：利用结构体数据类型构建OPC UA信息模型框架，根据实际使用设备传输的数据内容填充结构体元素列表，完成信息模型创建，生成信息模型配置文件，创建OPC UA加载器功能块；
S4：人工智能算法调用创建，根据人工智能算法输入、输出参数创建人工智能算法功能块；
S5：创建逻辑控制程序模块、OPC UA信息模型创建模块以及人工智能算法调用模块的任务，将各模块挂载到对应任务下，根据各任务工作特点，将逻辑控制程序模块任务优先级设为最高，任务类型设置为周期任务；OPCUA信息模型创建模块创建任务优先级次之，任务类型设置为事件任务；人工智能算法调用模块任务优先级设置为最低，任务类型设置为事件任务；
S6：基于OPC UA服务器源代码和OPC UA信息模型配置文件格式要求，开发信息模型配置文件解析程序，编译生成OPC UA加载器库文件；
S7：基于人工智能算法源代码，开发人工智能算法调用接口，编译生成人工智能算法库文件；
S8：基于利用AnyControl的Runtime SDK开发包，添加OPC UA加载器库文件以及人工智能算法库文件，编译后生成Runtime可执行程序。
其中，OPC UA加载器功能块和人工智能算法功能块的创建方法包括以下步骤：①将OPC UA加载器和人工智能算法C/C++语言源代码分别编译为库文件，并提供调用接口，调用接口函数形参为为OPC UA加载器启动返回值以及人工智能算法输入、输出参数；
②利用AnyControl的Runtime SDK开发包提EXLIB_CFG_ELEMENT_ITEM宏定义调用OPC UA加载器和和人工智能算法接口函数；
③在AnyControl中创建外部库工程文件，创建函数类型程序组织单元，变量区中设置输入、输出参数，参数类型与OPC UA加载器和人工智能算法接口函数形参保持一致；
④编译上述外部库工程文件生成OPC UA加载器和人工智能算法固件库，在AnyControl中创建应用工程文件，在库管理中加载固件库，形成OPC UA加载器和人工智能算法图形化功能块。
参照图2，OPC UA信息模型创建方法包括以下步骤：
①在AnyControl数据类型区依次创建设备类型结构体、属性集结构体、属性描述结构体，其中设备类型结构体中嵌套属性集结构体，属性集结构体中嵌套属性描述结构体；
②根据采集的设备数据在OPC UA信息模型创建模块中对设备类型结构体进行初始化，完成设备OPC UA信息模型创建；
③编译工程文件，将设备类型结构体转换为OPC UA信息模型XML配置文件，将XML配置文件下装到控制器，OPC UA信息模型创建模块启动后解析XML配置文件，生成设备OPCUA地址空间。
OPC UA信息模型中属性值与采集的设备数据关联方法包括以下步骤：
①属性描述结构体元素Value表示OPC UA信息模型中属性值，创建OPCUA地址空间后，在总线配置模块中将Value与设备数据进行绑定，生成信息模型XML配置文件时将Value的内存地址传入，
②配置文件下装到控制器，OPC UA信息模型创建模块启动后解析XML配置文件，读取属性值的内存地址处的数据，实现OPC UA信息模型的属性值的实时更新。
本发明的一种边缘控制器软件快速开发方法的实施工作原理为：
以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种边缘控制器软件快速开发方法，其特征在于：将所述的边缘控制器软件划分为基于组态软件的应用程序开发以及Runtime库文件创建与调用两部分，其中所述的基于组态软件的应用程序包括总线配置模块、逻辑控制程序模块、OPC UA信息模型创建模块以及人工智能算法调用模块四部分，所述的Runtime库文件创建与调用包括OPC UA加载器库文件创建与调用，人工智能算法库文件创建与调用；
所述的方法具体步骤如下：
S1：总线配置：初始化总线接口，添加Modbus TCP、Modbus RTU、EtherCAT、EtherNet/IP总线设备，采集外部数据；
S2：逻辑控制程序创建：设计逻辑控制程序实现对现场设备的控制，设计OPC UA信息模型创建模块调用程序及人工智能算法调用模块任务触发程序，实现对OPC UA信息模型创建模块及人工智能算法调用模块任务触发；
S3：OPC UA信息模型创建：利用结构体数据类型构建OPC UA信息模型框架，根据实际使用设备传输的数据内容填充结构体元素列表，完成信息模型创建，生成信息模型配置文件，并创建OPC UA加载器功能块；
S4：人工智能算法调用模块创建：根据人工智能算法输入、输出参数创建人工智能算法功能块；
S5：创建逻辑控制程序模块任务、OPC UA信息模型创建模块任务以及人工智能算法调用模块任务，将各模块挂载到对应任务下，根据各任务工作特点，将逻辑控制程序模块任务优先级设为最高，任务类型设置为周期任务；OPC UA信息模型创建模块任务优先级次之，任务类型设置为事件任务；人工智能算法调用模块任务优先级设置为最低，任务类型设置为事件任务；
S6：基于OPC UA服务器源代码和OPC UA信息模型配置文件格式要求，开发信息模型配置文件解析程序，编译生成OPC UA加载器库文件；
S7：基于人工智能算法源代码，开发人工智能算法调用接口，编译生成人工智能算法库文件；
S8：基于利用AnyControl的Runtime SDK开发包，添加OPC UA加载器库文件以及人工智能算法库文件，编译后生成Runtime可执行程序；
所述的OPC UA信息模型创建方法包括以下步骤：
①在AnyControl数据类型区依次创建设备类型结构体、属性集结构体、属性描述结构体，其中设备类型结构体中嵌套属性集结构体，属性集结构体中嵌套属性描述结构体；
②根据采集的设备数据在OPC UA信息模型创建模块中对设备类型结构体进行初始化，完成设备OPC UA信息模型创建；
③编译工程文件，将设备类型结构体转换为OPC UA信息模型XML配置文件，将XML配置文件下装到控制器，OPC UA信息模型创建模块启动后解析XML配置文件，生成设备OPC UA地址空间。
2.根据权利要求1所述的一种边缘控制器软件快速开发方法，其特征在于：所述OPC UA信息模型创建模块以及人工智能算法模块被封装为可图形化调用的组件库。
3.根据权利要求1所述的一种边缘控制器软件快速开发方法，其特征在于：所述的总线配置模块用于完成总线初始化及各总线设备添加。
4.根据权利要求1所述的一种边缘控制器软件快速开发方法，其特征在于：所述的人工智能算法调用模块，创建人工智能算法功能块，对现场设备数据进行处理与计算并返回结果。
5.根据权利要求1所述的一种边缘控制器软件快速开发方法，其特征在于：所述的OPCUA加载器功能块和人工智能算法功能块的创建方法包括以下步骤：
①将OPC UA加载器和人工智能算法C/C++语言源代码分别编译为库文件，并提供调用接口，调用接口函数形参为为OPC UA加载器启动返回值以及人工智能算法输入、输出参数；
②利用AnyControl的Runtime SDK开发包提供的EXLIB_CFG_ELEMENT_ITEM宏定义调用OPC UA加载器和和人工智能算法接口函数；
③在AnyControl中创建外部库工程文件，创建函数类型程序组织单元，变量区中设置输入、输出参数，参数类型与OPC UA加载器和人工智能算法接口函数形参保持一致；
④编译上述外部库工程文件生成OPC UA加载器和人工智能算法固件库，在AnyControl中创建应用工程文件，在库管理中加载固件库，形成OPC UA加载器和人工智能算法功能块。
6.根据权利要求1所述的一种边缘控制器软件快速开发方法，其特征在于：所述的OPCUA信息模型中属性值与采集的设备数据关联方法包括以下步骤：
①属性描述结构体元素Value表示OPC UA信息模型中属性值，创建OPC UA地址空间后，在总线配置模块中将Value与设备数据进行绑定，生成信息模型XML配置文件时将Value的内存地址传入，
②配置文件下装到控制器，OPC UA信息模型创建模块启动后解析XML配置文件，读取属性值的内存地址处的数据，实现OPC UA信息模型的属性值的实时更新。
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