CN114827207A - 一种基于opc ua的生产过程快速重构方法 - Google Patents

一种基于opc ua的生产过程快速重构方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于OPC UA的生产过程快速重构方法，包括以下步骤：S1、设备物理接入：S2、设备发现：S3、建立基本通信：S4、获取设备能力描述：设备管理服务器获取建立基本权限通信的新设备的能力描述信息；S5、设备配置：设备管理服务器根据获取的能力描述信息对新设备进行设备配置；S6、集成设备到生产过程：设备管理服务器通知生产过程监控系统新设备加入生产过程。本申请能够实现新设备接入生产过程时，通过设备注册、服务发现机制，自动完成网络配置，建立设备与生产过程相关系统的通信连接；现场设备替代旧的设备时可以导入原有旧设备的参数化配置信息，简化配置过程。

Description

一种基于OPC UA的生产过程快速重构方法
技术领域
本发明属于工业物联网技术领域，尤其涉及一种基于OPC UA的生产过程快速重构方法。
背景技术
随着市场需求和智能制造技术进步，要求企业对用户个性化需求订单能快速响应。目前制造企业广泛采用的制造技术主要还是适应大批量生产，其软硬件系统、生产工艺、信息系统等方面都是相对固化设计，难以支撑个性化定制等新型制造模式。
工业4.0的核心在于工业、产品和服务的全面交叉渗透，这种渗透借助于软件，通过在互联网和其他网络上实现产品及服务的网络化而实现。
车间动态重构技术围绕可重组的网络化制造系统的纵向集成，将各种不同层面的自动化与IT系统集成在一起(如传感器和执行器、控制、生产管理、制造执行、企业计划等各种不同层面)，强调生产信息流的集成，包括订单、生产调度、程序代码、工作指令、工艺和控制参数等信息的下行传递，以及生产现场的工况、设备状态、测量参数等信息的上行传递。通过制造装备、工艺布局、信息系统、生产管理等生产过程各要素的协同，实现生产组织的动态调整，以快速适应多品种、小批量、个性化定制等市场需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种基于OPC UA的生产过程快速重构方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种基于OPC UA的生产过程快速重构方法，包括以下步骤：
S1、设备物理接入：新设备物理接入网络系统；
S2、设备发现：为新设备分配IP地址，并接入到网络系统的网络；
S3、建立基本通信：网络系统的设备管理服务器扫描到新接入网络的新设备，并对新申进行身份验证，验证成功后，网络系统与新设备建立基本权限通信；
S4、获取设备能力描述：设备管理服务器获取建立基本权限通信的新设备的能力描述信息；
S5、设备配置：设备管理服务器根据获取的能力描述信息对新设备进行设备配置；
S6、集成设备到生产过程：设备管理服务器通知生产过程监控系统新设备加入生产过程。
优选地，当所述步骤S3中接入的新设备身份验证失败后，所述设备管理服务器删除接入的新设备。
优选地，所述步骤S5中还包括：设备管理服务器将旧设备的配重信息配置新设备，并通知新设备替代旧设备投入生产工作。
优选地，所述步骤S1还包括：新设备连接网线和电源；新设备上电启动。
优选地，所述步骤S2还包括：确定设备网络的物理连接已建立，网络系统为新设备分配网络地址；
网络系统通知设备管理服务器有新设备接入。
优选地，所述步骤S3还包括：设备管理服务器获取新设备的设备证书；
设备管理服务器解析获取的设备证书，确认新设备的身份是否合法；
若身份合法，则对新设备授权，并建立通信连接。
优选地，所述步骤S4还包括：设备管理服务器获取新设备的类型信息，并从新设备读取默认设备信息模型文件；
设备管理服务器根据读取的默认设备信息模型文件与工厂配置参数对比，确定与新设备相匹配的配置参数。
优选地，所述步骤S5还包括：设备管理服务器对新设备写入配置参数，并覆盖原有配置信息；
新设备加载新写入的配置信息；
激活新设备。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于OPC UA的生产过程快速重构方法，具有以下有益效果：
本申请面向数字化车间设备、单元、产线等对象，基于面向服务的架构(基于OPCUA)以及微服务技术，以单台物理设备接入生产过程为对象，定义了不同角色应具备的功能定义以及配置步骤。通过OPC UA技术的应用，可实现设备接入到现场网络后的自动注册、发现，并获取设备模型描述文件，通过信息模型重构工具实现设备数据在信息空间的重构。
本申请能够实现新设备接入生产过程时，通过设备注册、服务发现机制，自动完成网络配置，建立设备与生产过程相关系统的通信连接；现场设备替代旧的设备时可以导入原有旧设备的参数化配置信息，简化配置过程。当生产设备改动时，相关的控制程序也能够检测到设备的变化，并将设备的更改通知关联系统，并根据生产设备的变化，在MES系统中生成新的可视化视图。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于OPC UA的生产过程快速重构方法中的方法流程示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示：本实施例中提供了一种基于OPC UA的生产过程快速重构方法，包括以下步骤：
S1、设备物理接入：新设备物理接入网络系统；
S2、设备发现：为新设备分配IP地址，并接入到网络系统的网络；
S3、建立基本通信：网络系统的设备管理服务器扫描到新接入网络的新设备，并对新申进行身份验证，验证成功后，网络系统与新设备建立基本权限通信；
S4、获取设备能力描述：设备管理服务器获取建立基本权限通信的新设备的能力描述信息；
S5、设备配置：设备管理服务器根据获取的能力描述信息对新设备进行设备配置；
S6、集成设备到生产过程：设备管理服务器通知生产过程监控系统新设备加入生产过程。
本实施例重构方法中各角色的总体描述如表1所示：
表1角色描述
Figure BDA0003619410650000041
Figure BDA0003619410650000051
本实施例中的方法能够实现新设备自动接收网络连接配置信息，并在网络中进行广播。现场设备替代旧的设备时可以导入原有旧设备的参数化配置信息，简化配置过程。当生产设备改动时，相关的控制程序也能够检测到设备的变化，并将设备的更改通知关联系统，并根据生产设备的变化，在MES系统中生成新的可视化视图。具体的场景分析如表2所示：
表2场景分析
Figure BDA0003619410650000052
Figure BDA0003619410650000061
本实施例中所述的步骤S1还包括：新设备连接网线和电源；新设备上电启动。详细地，当设备到位时，由工程实施人员进行设备组装、接线、上电，并将设备至于休眠状态，具体流程如表3所示。
表3设备接入场景分析
Figure BDA0003619410650000062
本实施例中所述的步骤S2还包括：确定设备网络的物理连接已建立，网络系统为新设备分配网络地址；网络系统通知设备管理服务器有新设备接入。具体地，对新设备的网络配置，如网线连接、IP配置及路由表等；配置完成后，便可启动设备内程序，该程序会负责向网络中发送广播，从而寻找到网络的设备管理服务器；当设备管理服务器应答时，该设备便成功注册到设备管理服务中。具体流程如表4所示。
表4设备发现场景分析
Figure BDA0003619410650000071
本实施例中所述的步骤S3还包括：设备管理服务器获取新设备的设备证书；设备管理服务器解析获取的设备证书，确认新设备的身份是否合法；若身份合法，则对新设备授权，并建立通信连接。具体地，新接入设备完成设备接入和设备发现后，需要向设备管理服务器发送设备就绪消息，设备管理服务器获取新接入设备的证书，身份验证服务器需要根据新接入设备的证书进行身份验证，通过后身份验证的现场设备需要进一步向鉴权服务器请求所需操作设备的读取、写入操作权限。设备建立基本通信的流程如表5所示。
表5通信建立场景分析
Figure BDA0003619410650000072
Figure BDA0003619410650000081
本实施例中所述的步骤S4还包括：设备管理服务器获取新设备的类型信息，并从新设备读取默认设备信息模型文件；设备管理服务器根据读取的默认设备信息模型文件与工厂配置参数对比，确定与新设备相匹配的配置参数。具体地，由用户或设备管理服务的预制程序(半自动/全自动模式)对设备创建连接，并通过设备的自描述功能确认其功能范围及服务能力。每个接入设备需要包含自描述信息(设备静态属性、配置参数)，以便于产线重构时可以对设备进行快速的重新配置。具体流程如表6所示。
表6获取设备能力场景分析
Figure BDA0003619410650000082
Figure BDA0003619410650000091
本实施例中所述的步骤S5还包括：设备管理服务器对新设备写入配置参数，并覆盖原有配置信息；新设备加载新写入的配置信息；激活新设备。
具体地，由用户或设备管理服务的预制程序(半自动/全自动模式)对设备的工艺参数及通讯参数进行配置，从而确保该设备模块能够与产线控制系统无缝整合，具体流程如表7所示。
表7设备配置场景分析
Figure BDA0003619410650000092
本实施例中完成步骤S5的配置后，接下来需要集成到生产过程，并向相关系统发送设备可用通知，并订阅后续新接入设备的相关信息，开始按照自身的功能描述在生产过程中与其它系统相互协作，并产生效能。集成设备到生产过程场景具体流程如表8集成设备到生产过程场景分析。
表8集成设备到生产过程场景分析
Figure BDA0003619410650000093
Figure BDA0003619410650000101
本实施例中当所述步骤S3中接入的新设备身份验证失败后，所述设备管理服务器删除接入的新设备。具体地，新设备完成设备接入、设备发现，设备管理服务器获取新接入设备的证书，如果新接入设备的证书未能通过身份验证，设备管理服务器将会终端与新接入设备的会话连接，标记此设备为不可信，并通知其它系统。身份验证失败场景具体流程如表9身份验证失败场景分析所示。
表9身份验证失败场景分析
Figure BDA0003619410650000102
本实施例中所述的步骤S5中还包括：设备管理服务器将旧设备的配重信息配置新设备，并通知新设备替代旧设备投入生产工作。具体地，当新接入的设备是为了替换原有相同型号的设备，产线的功能没有发生任何变化，可以简化响应的配置过程。替换设备具体流程如表10替换设备场景分析所示。
表10替换设备场景分析
Figure BDA0003619410650000103
Figure BDA0003619410650000111
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于OPC UA的生产过程快速重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设备物理接入：新设备物理接入网络系统；
S2、设备发现：为新设备分配IP地址，并接入到网络系统的网络；
S3、建立基本通信：网络系统的设备管理服务器扫描到新接入网络的新设备，并对新申进行身份验证，验证成功后，网络系统与新设备建立基本权限通信；
S4、获取设备能力描述：设备管理服务器获取建立基本权限通信的新设备的能力描述信息；
S5、设备配置：设备管理服务器根据获取的能力描述信息对新设备进行设备配置；
S6、集成设备到生产过程：设备管理服务器通知生产过程监控系统新设备加入生产过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
当所述步骤S3中接入的新设备身份验证失败后，所述设备管理服务器删除接入的新设备。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述步骤S5中还包括：设备管理服务器将旧设备的配重信息配置新设备，并通知新设备替代旧设备投入生产工作。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：新设备连接网线和电源；
新设备上电启动。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述步骤S2还包括：确定设备网络的物理连接已建立，网络系统为新设备分配网络地址；
网络系统通知设备管理服务器有新设备接入。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述步骤S3还包括：设备管理服务器获取新设备的设备证书；
设备管理服务器解析获取的设备证书，确认新设备的身份是否合法；
若身份合法，则对新设备授权，并建立通信连接。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述步骤S4还包括：设备管理服务器获取新设备的类型信息，并从新设备读取默认设备信息模型文件；
设备管理服务器根据读取的设备信息模型文件与工厂配置参数对比，确定与新设备相匹配的连接参数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述步骤S5还包括：设备管理服务器对新设备写入配置参数，并覆盖原有配置信息；
新设备加载新写入的配置信息；
激活新设备。
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