CN115190170A - 一种基于opc ua的设备管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于OPC UA的设备管理方法，包括：采集设备层的所有工业设备的设备参数信息，该设备参数信息包含有不同格式的参数信息；根据所采集的设备参数信息，对每个工业设备建立对应的信息模型；将所有工业设备的信息模型映射成OPC UA协议认可的设定格式文档；将设定格式文档上传到OPC UA服务器中；OPC UA服务器根据设定格式文档，构建设备层数据通信服务；OPC UA客户端通过设备层通信服务，查询每个工业设备的设备参数信息。能够采集到更多类型的设备参数信息，支持对设备参数进行多种类型的描述方式；还可以方便获取工业设备的单位、名称、类型等参数信息，从整体上对整个工业设备信息参数进行综合分析；方便离散车间设备综合参数信息的获取。

Description

一种基于OPC UA的设备管理方法
技术领域
本发明涉及智能制造技术领域，尤其涉及一种基于OPC UA的设备管理方法。
背景技术
车间异构设备的互操作是智能制造的基础，而设备的互操作必须要求其互联互通、数据共享。因此，设备之间的多源异构数据必须能够实现互通，而数据协议统一是数据互联的基础，目前，在工业设备建模和数据采集方面还没有一套完整的解决方案，传统OPC协议只能通过传感器对车间设备指定参数进行编程采集，采集的数据只包含特定数值数据，难以获取整个设备信息参数进行综合分析。
发明内容
本发明提供了一种基于OPC UA(Object Linking and Embedding(OLE)forProcess Control Unified Architecture，OPC统一架构)的设备管理方法，实现对工业设备状态的综合监控。
本发明提供了一种基于OPC UA的设备管理方法，该设备管理方法用于管理设备层的工业设备。该设备管理方法包括：采集设备层的所有工业设备的设备参数信息，其中，该设备参数信息包含有不同格式的参数信息；根据所采集的设备参数信息，对每个工业设备建立对应的信息模型；将所有工业设备的信息模型映射成OPC UA协议认可的设定格式文档；将设定格式文档上传到OPC UA服务器中；OPC UA服务器根据设定格式文档，构建设备层数据通信服务；OPC UA客户端通过设备层通信服务，查询每个工业设备的设备参数信息。
在上述的方案中，通过采集包含有不同格式的设备参数信息，并根据采集的设备参数信息，建立对应的信息模型；之后将所建立的信息模型统一映射成OPC UA协议认可的设定格式文档，由OPC UA服务器根据设定格式文档，构建设备层数据通信服务，以便于OPCUA客户端通过设备层通信服务，查询每个工业设备的设备参数信息，从而实现对工业设备状态的综合监控。与现有技术中通过传感器对车间设备进行指定参数的采集方式，之后直接查询指定参数的管理方式相比，本申请提供的方案由于不限定所采集的设备参数信息的格式，从而能够采集到更多类型的设备参数信息，能够支持对设备参数进行多种类型的描述方式；且还根据采集的设备参数信息，建立信息模型，可以方便获取工业设备的单位、名称、类型等参数信息，也可以从整体上对整个工业设备信息参数进行综合分析。且通过将信息模型映射为OPC UA协议认可的设定格式文档，极大方便离散车间设备综合参数信息的获取。
在一个具体的实施方式中，设备参数信息还包含有为满足不同的私有协议所形成的参数信息。通过将不同的私有协议形成的参数信息统一映射为设定格式文档，通过统一语义的数据标准实现数据互操作，便于工业设备的数据互联互通。
在一个具体的实施方式中，该设定格式文档为XML格式文档。
在一个具体的实施方中，根据所采集的设备参数信息，对每个工业设备建立对应的信息模型包括：对所采集的设备参数信息进行分类；对不同类别的设备参数信息建立数据项；通过数据项为每个工业设备建立对应的信息模型。通过对设备参数信息进行分类，并对不同类别的设备参数信息通过数据项为每个工业设备建立信息模型，以提高对整个工业设备信息参数进行综合分析的能力。
在一个具体的实施方式中，对所采集的设备参数信息进行分类包括：将所采集的设备参数信息分类为设备信息、基本参数信息、报警信息、轴速信息及其他信息。以便于监控工业设备的各种各样的运行信息。
在一个具体的实施方式中，将所有工业设备的信息模型映射为OPC UA协议认可的设定格式文档包括：采用元素表示不同的节点类别；采用XML格式文档中的元素属性表示不同节点的属性。
在一个具体的实施方式中，OPC UA服务器根据设定格式文档，构建设备层数据通信服务包括：OPC UA服务器根据设定格式文档，构建用户的地址空间模型、管理和维护地址空间节点数据、数据通信相关服务开发。
在一个具体的实施方式中，每个工业设备中均安装有设备驱动。在OPC UA服务器根据所接收的设定格式文档，构建设备层数据通信服务之后，该管理方法还包括：将每个工业设备的设备驱动与OPC UA服务器绑定；在每个工业设备的设备参数信息变化时，该工业设备对应的设备驱动将变化后的设备参数信息更新到存储在OPC UA服务器中的设定格式文档中。以便于在设备参数信息更新时，及时将更新后的信息同步到OPC UA服务器的设定格式文档中，从而便于监控到工业设备的最新状态信息。
在一个具体的实施方式中，OPC UA客户端通过设备层通信服务，查询每个工业设备的设备参数信息包括：OPC UA客户端与OPC UA服务器建立通信连接；OPC UA客户端通过HTTP协议配置出相应的功能查询指令；OPC UA客户端将功能查询指令发送给HTTP服务器；HTTP服务器将功能查询指令分发给OPC UA服务器；OPC UA服务器根据功能查询指令，获取对应地址空间中的数据信息，并将数据信息反馈给OPC UA客户端。便于通过OPC UA客户端查询每个工业设备的运行参数信息。
在一个具体的实施方式中，工业设备为具有数据处理能力的智能工业设备，便于监控智能工业设备的运行参数信息。
在一个具体的实施方式中，智能工业设备为数控机床或工业机器人。便于监控数控机床及工业机器人的运行参数信息。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于OPC UA的设备管理方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的另一种基于OPC UA的设备管理方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的另一种基于OPC UA的设备管理方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种设备管理方法所应用的系统的示意框图。
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。
为了方便理解本发明实施例提供的基于OPC UA的设备管理方法，下面首先说明一下本发明实施例提供的基于OPC UA的设备管理方法的应用场景，该基于OPC UA的设备管理方法用于管理设备层的工业设备，其中，该设备层中可以包含有至少一个车间，每个车间中均具有工业设备。需要解释的是，OPC UA是由OPC基金会推出的工业通信协议，用于不同操作系统和不同制造商设备之间进行数据交互。下面结合附图对该基于OPC UA的设备管理方法进行详细的叙述。
参考图1，本发明实施例提供的基于OPC UA的设备管理方法包括：
Step10：采集设备层的所有工业设备的设备参数信息，其中，该设备参数信息包含有不同格式的参数信息；
Step20：根据所采集的设备参数信息，对每个工业设备建立对应的信息模型；
Step30：将所有工业设备的信息模型映射成OPC UA协议认可的设定格式文档；
Step40：将设定格式文档上传到OPC UA服务器中；
Step50：OPC UA服务器根据设定格式文档，构建设备层数据通信服务；
Step60：OPC UA客户端通过设备层通信服务，查询每个工业设备的设备参数信息。
在上述的方案中，通过采集包含有不同格式的设备参数信息，并根据采集的设备参数信息，建立对应的信息模型；之后将所建立的信息模型统一映射成OPC UA协议认可的设定格式文档，由OPC UA服务器根据设定格式文档，构建设备层数据通信服务，以便于OPCUA客户端通过设备层通信服务，查询每个工业设备的设备参数信息，从而实现对工业设备状态的综合监控。与现有技术中通过传感器对车间设备进行指定参数的采集方式，之后直接查询指定参数的管理方式相比，本申请提供的方案由于不限定所采集的设备参数信息的格式，从而能够采集到更多类型的设备参数信息，能够支持对设备参数进行多种类型的描述方式；且还根据采集的设备参数信息，建立信息模型，可以方便获取工业设备的单位、名称、类型等参数信息，也可以从整体上对整个工业设备信息参数进行综合分析。且通过将信息模型映射为OPC UA协议认可的设定格式文档，极大方便离散车间设备综合参数信息的获取。下面结合附图对上述各个步骤进行详细的介绍。
参考图1及图2，首先采集设备层的所有工业设备的设备参数信息，其中，该设备参数信息包含有不同格式的参数信息。该工业设备可以为设备层中的各种用于工业制造的设备，具体的，该工业设备可以为具有数据处理能力的智能工业设备，便于监控智能工业设备的运行参数信息。该智能工业设备可以为诸如数控机床或工业机器人等的智能工业设备，便于监控数控机床及工业机器人的运行参数信息。该设备参数信息可以为描述工业设备的各种运行信息、状态信息等的各种信息。例如，可以为相应节点的节点编号、参数描述、初始值、数值类型等信息。另外，还可以对所采集的设备参数信息进行分类，例如，可以将所采集的设备参数信息分类为设备信息、基本参数信息、报警信息、轴速信息及其他信息。以便于监控工业设备的各种各样的运行信息。每个分类下面有具体的相关参数信息，包括机床运行状态、机床上电时间、机床运行时间等。参考图2，在具体采集时，首先需要确定设备对象，即所要监控的工业设备，之后再提取能够表征该工业设备属性的设备参数信息。
另外，设备参数信息还可以包含有为满足不同的私有协议所形成的参数信息。通过将不同的私有协议形成的参数信息统一映射为设定格式文档，通过统一语义的数据标准实现数据互操作，便于工业设备的数据互联互通。
接下来，参考图1及图2，根据所采集的设备参数信息，对每个工业设备建立对应的信息模型。具体的，可以先对所采集的设备参数信息进行分类，具体的分类方式参考前述的分类方式，在此不再赘述。之后，对不同类别的设备参数信息建立数据项，通过数据项为每个工业设备建立对应的信息模型。通过对设备参数信息进行分类，并对不同类别的设备参数信息通过数据项为每个工业设备建立信息模型，以提高对整个工业设备信息参数进行综合分析的能力。
接下来，参考图1及图2，将所有工业设备的信息模型映射成OPC UA协议认可的设定格式文档。在具体确定该设定格式文档的格式类型时，需要重点关注该文档格式是否能够被OPC UA协议认可，所选择的文档格式需要能够被OPC UA协议认可，以便于实现设备层的互联互通。该设定格式文档具体可以为XML格式文档。当然，设定格式文档的格式类型并不限于前述示出的XML格式文档，除此之外，还可以采用其他能够被OPC UA协议认可的格式文档类型。
另外，在将所有工业设备的信息模型映射为OPC UA协议认可的设定格式文档时，可以采用元素表示不同的节点类别，采用XML格式文档中的元素属性表示不同节点的属性。
接下来，参考图1，将设定格式文档上传到OPC UA服务器中，由OPC UA服务器对所接收的包含有设备参数信息的设定格式文档进行整合，并存储在服务器的存储空间中，便于后期用户通过OPC UA客户端进行查询。
接下来，参考图1，OPC UA服务器根据设定格式文档，构建设备层数据通信服务。在OPC UA服务器根据设定格式文档，构建设备层数据通信服务时，OPC UA服务器可以根据设定格式文档，构建用户的地址空间模型、管理和维护地址空间节点数据、数据通信相关服务开发，以便于后期用户进行查询。具体的，在开发OPC UA服务器时，主要工作集中在地址空间的构建、管理和维护，OPC UA服务器应用采用C/S服务架构，基于软件开发包SDK的开发方式。基于SDK开发OPC UA服务器时，业务功能主要包括：构建用户的地址空间模型、管理和维护地址空间节点数据、数据通信相关服务开发。
另外，还可以将工业设备的信息源与信息模型进行绑定，便于后期更新OPC UA服务器中存储的设定格式文档。具体实现时，参考图3，在每个工业设备中均安装有设备驱动。在OPC UA服务器根据所接收的设定格式文档，构建设备层数据通信服务，可以将每个工业设备的设备驱动与OPC UA服务器绑定。之后，在每个工业设备的设备参数信息变化时，该工业设备对应的设备驱动将变化后的设备参数信息更新到存储在OPC UA服务器中的设定格式文档中。以便于在设备参数信息更新时，及时将更新后的信息同步到OPC UA服务器的设定格式文档中，从而便于监控到工业设备的最新状态信息。具体实现时，参考图3，可以将包含有信息模型的设定格式文档配置到OPC UA服务器中的共享内存中，之后接入设备驱动，在后期产生数据源的工业设备的设备参数信息变化时，由设备驱动对存储在共享内存中的设定格式文档进行更新，使OPC UA服务器中存储的设定格式文档始终包含有最新的设备参数信息。
具体的，在获得工业设备的信息模型后，对信息模型向OPC UA服务器进行映射或转换，得到工业设备的OPC UA信息模型，最后使用SDK编译设备OPC UA信息模型，生成含有设备信息模型的地址空间并更新到OPC UA服务器中。
接下来，OPC UA客户端通过设备层通信服务，查询每个工业设备的设备参数信息。具体，首先需要OPC UA客户端与OPC UA服务器建立通信连接。之后，OPC UA客户端通过HTTP协议配置出相应的功能查询指令。然后，OPC UA客户端将功能查询指令发送给HTTP服务器。接下来，HTTP服务器将功能查询指令分发给OPC UA服务器。再后来，OPC UA服务器根据功能查询指令，获取对应地址空间中的数据信息，并将数据信息反馈给OPC UA客户端。便于通过OPC UA客户端查询每个工业设备的运行参数信息。另外，在开发OPC UA客户端时，业务功能可以主要包括：访问服务器地址空间节点数据、管理配置用户访问服务器的哪些数据和访问方式等功能服务。另外，需要说明的是，还可以由OPC UA服务器根据功能查询指令，查询到的数据信息先上传到云端系统，由云端系统对工业设备的数据信息进行融合，之后，使OPC UA客户端通过云端系统查询相关的数据信息。
在具体应用时，参考图3，首先启动OPC UA服务器，将采用设定格式文档记录的信息模型文件导入，生成对应的模型对象，根据返回值判断模型对象是否成功建立。在判断模型对象成功建立之后，将工业设备的设备驱动与OPC UA服务器绑定。之后，可以通过多线程技术实现对数据节点的更新。然后启动OPC UA客户端，输入对应OPC UA服务器地址和接口，与OPC UA服务器建立连接。最后，OPC UA客户端可以通过HTTP协议完成相应的功能查询指令，由HTTP服务器通过响应对应的功能查询指令，并分发给分布的OPC-UA服务器，由对应的OPC-UA服务器响应OPC UA客户端的OPC-UA功能查询指令，获取地址空间中的数据信息反馈给客户端或云端，实现对数控设备的数据采集及相关数据展示和分析处理。
参考图3及图4，下面以工业设备为数控机床和工业机器人作为监控对象进行说明，该设备管理方法的数据采集和监控流程为：先基于数控机床和工业机器人标准的设备描述模型和数据字典使用建模工具构建机床和工业机器人OPC-UA信息模型XML格式文档。之后，基于数控机床和工业机器人信息模型XML格式文档使用合适的SDK将机床和机器人信息模型编译至OPC UA地址空间。接下来，在数据采集平台程序内部实例化含有自定义机床和机器人信息模型的地址空间的OPC UA服务器。然后，将OPC UA服务器中的机床和机器人各数据节点导出，完成节点信息与系统数据变量的映射，并储存至节点信息XML格式文档中。接下来，数据采集平台获取机床和机器人数据后，通过查询节点信息XML格式文档得到数据变量相匹配的节点，再将数据更新至OPC UA服务器节点中。最后，OPC UA客户端通过访问OPC UA服务器中的节点数据，从而得到机床和工业机器人的运行状态数据。
需要说明的是，本发明实施例提供的基于OPC UA的设备管理方法在实行时，可以是基于PC(Personal Computer，个人计算机)的可独立执行程序或可独立执行程序的一部分，如MES、ERP、SCADA等。也可以嵌入到PLC、DCS控制器等可编程控制设备、及数控机床、工业机器人等现场设备，实现控制层以上的数据通信的一致性。此外，设备层的现场设备与现场设备之间、现场设备与可编程控制设备之间、工程工具与MES/ERP之间、MES与ERP之间的集成和信息交换均可以通过本发明实施例提供的基于OPC UA的设备管理方法实现，实现车间内的工业设备的智能管理和远程运维。
通过采集包含有不同格式的设备参数信息，并根据采集的设备参数信息，建立对应的信息模型；之后将所建立的信息模型统一映射成OPC UA协议认可的设定格式文档，由OPC UA服务器根据设定格式文档，构建设备层数据通信服务，以便于OPC UA客户端通过设备层通信服务，查询每个工业设备的设备参数信息，从而实现对工业设备状态的综合监控。与现有技术中通过传感器对车间设备进行指定参数的采集方式，之后直接查询指定参数的管理方式相比，本申请提供的方案由于不限定所采集的设备参数信息的格式，从而能够采集到更多类型的设备参数信息，能够支持对设备参数进行多种类型的描述方式；且还根据采集的设备参数信息，建立信息模型，可以方便获取工业设备的单位、名称、类型等参数信息，也可以从整体上对整个工业设备信息参数进行综合分析。且通过将信息模型映射为OPCUA协议认可的设定格式文档，极大方便离散车间设备综合参数信息的获取。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于OPC UA的设备管理方法，用于管理设备层的工业设备，其特征在于，包括：
采集所述设备层的所有工业设备的设备参数信息，其中，所述设备参数信息包含有不同格式的参数信息；
根据所采集的所述设备参数信息，对每个工业设备建立对应的信息模型；
将所有工业设备的所述信息模型映射成OPC UA协议认可的设定格式文档；
将所述设定格式文档上传到OPC UA服务器中；
所述OPC UA服务器根据所述设定格式文档，构建设备层数据通信服务；
OPC UA客户端通过所述设备层通信服务，查询每个工业设备的所述设备参数信息。
2.如权利要求1所述的设备管理方法，其特征在于，所述设备参数信息还包含为满足不同的私有协议所形成的参数信息。
3.如权利要求2所述的设备管理方法，其特征在于，所述设定格式文档为XML格式文档。
4.如权利要求3所述的设备管理方法，其特征在于，所述根据所采集的所述设备参数信息，对每个工业设备建立对应的信息模型包括：
对所采集的所述设备参数信息进行分类；
对不同类别的设备参数信息建立数据项；
通过所述数据项为每个工业设备建立对应的信息模型。
5.如权利要求4所述的设备管理方法，其特征在于，所述对所采集的所述设备参数信息进行分类包括：将所采集的所述设备参数信息分类为设备信息、基本参数信息、报警信息、轴速信息及其他信息。
6.如权利要求3所述的设备管理方法，其特征在于，所述将所有工业设备的所述信息模型映射成OPC UA协议认可的设定格式文档包括：
采用元素表示不同的节点类别；
采用XML格式文档中的元素属性表示不同节点的属性。
7.如权利要求3所述的设备管理方法，其特征在于，所述OPC UA服务器根据所述设定格式文档，构建设备层数据通信服务包括：
所述OPC UA服务器根据所述设定格式文档，构建用户的地址空间模型、管理和维护地址空间节点数据、数据通信相关服务开发。
8.如权利要求7所述的设备管理方法，其特征在于，每个工业设备中均安装有设备驱动；
在所述OPC UA服务器根据所接收的所述设定格式文档，构建设备层数据通信服务之后，所述管理方法还包括：
将每个工业设备的设备驱动与所述OPC UA服务器绑定；
在每个工业设备的设备参数信息变化时，该工业设备对应的设备驱动将变化后的设备参数信息更新到存储在所述OPC UA服务器中的所述设定格式文档中。
9.如权利要求7所述的设备管理方法，其特征在于，所述OPC UA客户端通过所述设备层通信服务，查询每个工业设备的所述设备参数信息包括：
所述OPC UA客户端与所述OPC UA服务器建立通信连接；
所述OPC UA客户端通过HTTP协议配置出相应的功能查询指令；
所述OPC UA客户端将所述功能查询指令发送给HTTP服务器；
所述HTTP服务器将所述功能查询指令分发给所述OPC UA服务器；
所述OPC UA服务器根据所述功能查询指令，获取对应地址空间中的数据信息，并将所述数据信息反馈给所述OPC UA客户端。
10.如权利要求1所述的设备管理方法，其特征在于，所述工业设备为具有数据处理能力的智能工业设备。
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