本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，特別涉及應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中采集設(shè)備的數(shù)據(jù)的一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)智能控制的基礎(chǔ)。近期以來，大數(shù)據(jù)為工業(yè)生產(chǎn)效益的提高做出了貢獻(xiàn)，而底層自動(dòng)化設(shè)備數(shù)據(jù)的采集是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，如何解決底層自動(dòng)化設(shè)備海量數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)與分析成為亟待解決的問題。另外，工業(yè)設(shè)備不斷復(fù)雜化，設(shè)備使用的通訊協(xié)議種類繁多，增大了管理同一個(gè)工廠內(nèi)采用不同通訊協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)的難度?，F(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度不斷增加，并且對(duì)設(shè)備之間協(xié)同工作的要求也越來越高，有必要在不同的設(shè)備之間建立簡單的通訊方法。

OPC(OLE for Process Control)是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其已經(jīng)定義了大量軟件接口，用來標(biāo)準(zhǔn)化從過程層到管理層的信息流。但是，OPC具有兩個(gè)主要的缺點(diǎn)：一是依賴Windows平臺(tái)和COM口；二是使用OPC的遠(yuǎn)程通信時(shí)的DCOM難以配置，有很長的不可配置的超時(shí)時(shí)間，并且不能用于互聯(lián)網(wǎng)通信。

OPC統(tǒng)一框架(OPC Unified Architecture，簡稱OPC UA)是一種獨(dú)立于操作平臺(tái)的協(xié)議，具有可靠的數(shù)據(jù)通訊和安全機(jī)制，并將設(shè)備的各種數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)定義為對(duì)象以描述復(fù)雜的過程和系統(tǒng)，來支持設(shè)備復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。RFID又稱無線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。

文獻(xiàn)檢索查到相關(guān)專利：2015年6月3號(hào)公開的申請(qǐng)?zhí)枮?01510299253.8的發(fā)明專利《一種Modbus通訊協(xié)議的OPC UA轉(zhuǎn)換裝置及方法》，提供一種Modbus通訊協(xié)議的OPC UA轉(zhuǎn)換裝置，將多個(gè)基于串行通訊或TCP通訊的Modbus設(shè)備封裝成一個(gè)OPC UA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器，用支持OPC UA協(xié)議的客戶端對(duì)Modbus設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫和訂閱操作，而使用Modbus通訊協(xié)議的設(shè)備無需改變軟硬件即可在OPC UA協(xié)議中正常運(yùn)行。

但是上述專利存在缺陷：雖然此發(fā)明有效地將Modbus設(shè)備接入到OPCUA協(xié)議中，可以采集設(shè)備數(shù)據(jù)，并且不需要更改設(shè)備的軟硬件，但是該方法在OPC UA客戶端上的配置模塊過多，功能設(shè)置復(fù)雜，不夠清晰明確，并且該方法只提到了OPC UA客戶端連接Modbus設(shè)備，不具有通用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種配置簡單的，建?？焖俚幕贠PC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有這樣的特征，包括：底層適配器；OPC UA中間件；以及上層應(yīng)用，其中，底層適配器，具有：數(shù)據(jù)調(diào)制模塊，可以取出一種或多種通訊協(xié)議連接的設(shè)備的數(shù)據(jù)值；以及數(shù)據(jù)傳輸模塊，將數(shù)據(jù)調(diào)制模塊中取出的數(shù)據(jù)值以配置的速率傳輸?shù)絆PC UA中間件，OPC UA中間件，具有：數(shù)據(jù)服務(wù)中心；以及Modeling建模與配置模塊，數(shù)據(jù)服務(wù)中心，包含：數(shù)據(jù)采集模塊，接收來自數(shù)據(jù)傳輸模塊的數(shù)據(jù)值上傳；事件處理模塊，取出數(shù)據(jù)報(bào)警項(xiàng)的報(bào)警值上傳；OPCUA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器，即將數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)值和事件處理模塊中的報(bào)警值并傳到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲(chǔ)，并暴露實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口，讓軟件客戶端訪問到底層設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；以及歷史數(shù)據(jù)模塊，將數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的結(jié)果取出來以暴露歷史數(shù)據(jù)接口，讓軟件客戶端訪問到底層設(shè)備歷史數(shù)據(jù)，Modeling建模模塊采用面向?qū)ο蟮乃枷雽?duì)底層設(shè)備建立模型，Modeling配置模塊配置已建立模型中的數(shù)據(jù)值的地址和單位，Modeling建模與配置模塊，直接將設(shè)備進(jìn)行實(shí)例化，可以清晰、簡單地按照其所看到的實(shí)際設(shè)備進(jìn)行建模，然后按照Modeling配置中的模型生成相應(yīng)的設(shè)備樹狀圖和設(shè)備數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)圖表，上層應(yīng)用，調(diào)用OPC UA中間件的接口，構(gòu)成查看設(shè)備數(shù)據(jù)和狀態(tài)的功能。

本發(fā)明提供的一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，還具有這樣的特征：其中，底層適配器是基于java語言編寫的后臺(tái)程序。

本發(fā)明提供的一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，還具有這樣的特征：其中，底層適配器以通過手動(dòng)配置方式和自動(dòng)配置方式兩種方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置，手動(dòng)配置方式，在底層適配器的配置文件中手動(dòng)輸入設(shè)備軟件的地址和相關(guān)參數(shù)，取出數(shù)據(jù)讀入數(shù)據(jù)傳輸模塊中，自動(dòng)配置方式，利用掃描設(shè)備上的RFID電子信息，自動(dòng)將設(shè)備的地址和相關(guān)參數(shù)對(duì)應(yīng)地導(dǎo)入底層適配器的配置文件中。

本發(fā)明提供的一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，還具有這樣的特征：其中，數(shù)據(jù)報(bào)警項(xiàng)的數(shù)據(jù)報(bào)警條件通過數(shù)據(jù)庫的語句查詢報(bào)警的結(jié)果，可以在Modeling建模模塊中進(jìn)行配置報(bào)警的條件。

本發(fā)明提供的一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，還具有這樣的特征：其中，OPC UA中間件，任何客戶端、軟件都可以訪問數(shù)據(jù)接口來讀取設(shè)備數(shù)據(jù)，OPC UA中間件的軟件可以在windows、linux等平臺(tái)運(yùn)行。

本發(fā)明提供的一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，還具有這樣的特征：其中，Modeling建模模塊采用面向?qū)ο蟮乃枷搿?/p>

本發(fā)明提供的一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，還具有這樣的特征：其中，Modeling建模與配置模塊可以直接對(duì)設(shè)備的各種數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置，并且可以生成直觀的設(shè)備樹狀圖。

發(fā)明作用和效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的OPC協(xié)議，OPC UA協(xié)議更具有創(chuàng)新性和可塑性，使得數(shù)據(jù)傳輸更簡單、方便；OPC UA中間件可以快速的接入底層設(shè)備的數(shù)據(jù)，還能夠移植到多種平臺(tái)上運(yùn)行，可以用多種編程語言編寫開源的OPC UA中間件軟件；底層設(shè)備適配可以根據(jù)設(shè)備的需求進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)的工作量和難度不大，應(yīng)用的環(huán)境非常廣；Modeling建模與配置模塊可以快速地對(duì)復(fù)雜設(shè)備進(jìn)行建模，并且配置的難度低，方便設(shè)備數(shù)據(jù)軟件的維護(hù)和管理。

附圖說明

圖1是本發(fā)明在實(shí)施例中的一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明在實(shí)施例中的底層適配器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是本發(fā)明在實(shí)施例中的OPC UA中間件的結(jié)構(gòu)框圖；

圖4本發(fā)明在實(shí)施例中的Modeling建模與配置模塊采用面向?qū)ο笏枷氲慕Ｊ纠?/p>

圖5是本發(fā)明在實(shí)施例中的上層應(yīng)用的結(jié)構(gòu)框圖；

圖6是本發(fā)明在實(shí)施例中的設(shè)備關(guān)系圖；

圖7是本發(fā)明在實(shí)施例中的登錄界面圖；

圖8是本發(fā)明在實(shí)施例中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的曲線圖；

圖9是本發(fā)明在實(shí)施例中的歷史數(shù)據(jù)的曲線圖；

圖10是本發(fā)明在實(shí)施例中的設(shè)備使用時(shí)間統(tǒng)計(jì)的曲線圖；以及

圖11是本發(fā)明在實(shí)施例中的Modeling配置的界面圖。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所涉及的一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作詳細(xì)的描述。

圖1是本發(fā)明在實(shí)施例中的一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

如圖1所示，一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有：底層適配器1、OPC UA中間件2和上層應(yīng)用3。

圖2是本發(fā)明在實(shí)施例中的底層適配器1的結(jié)構(gòu)框圖。

如圖2所示，底層適配器1是基于java語言編寫的后臺(tái)程序，具有：數(shù)據(jù)調(diào)制模塊1-1和數(shù)據(jù)傳輸模塊1-2。

數(shù)據(jù)調(diào)制模塊1-1取出用戶需要的底層設(shè)備數(shù)據(jù)值，通過配置可以取出一種或多種通訊協(xié)議連接的設(shè)備的數(shù)據(jù)值。

數(shù)據(jù)傳輸模塊1-2將所述數(shù)據(jù)調(diào)制模塊1-1中取出的所述數(shù)據(jù)值以配置的速率傳輸?shù)剿鯫PC UA中間件2。

底層適配器1以通過手動(dòng)配置方式和自動(dòng)配置方式兩種方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置。所述手動(dòng)配置方式為在所述底層適配器1的配置文件中手動(dòng)輸入設(shè)備軟件的地址和相關(guān)參數(shù)，取出數(shù)據(jù)讀入所述數(shù)據(jù)傳輸模塊中。所述自動(dòng)配置方式為利用掃描設(shè)備上的RFID電子信息，自動(dòng)將設(shè)備的地址和相關(guān)參數(shù)對(duì)應(yīng)地導(dǎo)入所述底層適配器1的配置文件中。

圖3是本發(fā)明在實(shí)施例中的OPC UA中間件的結(jié)構(gòu)框圖。

如圖3所示，所述OPC UA中間件2具有：數(shù)據(jù)服務(wù)中心2-1和Modeling建模與配置模塊2-2。

所述數(shù)據(jù)服務(wù)中心2-1包含：數(shù)據(jù)采集模塊2-1-1、事件處理模塊2-1-2、OPC UA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器2-1-3和歷史數(shù)據(jù)模塊2-1-4。

數(shù)據(jù)采集模塊2-1-1接收來自所述數(shù)據(jù)傳輸模塊1-2的所述數(shù)據(jù)值上傳。

事件處理模塊2-1-2取出數(shù)據(jù)報(bào)警項(xiàng)的報(bào)警值上傳。所述數(shù)據(jù)報(bào)警項(xiàng)的數(shù)據(jù)報(bào)警條件通過所述數(shù)據(jù)庫的語句查詢報(bào)警的結(jié)果，可以在Modeling中進(jìn)行配置報(bào)警的條件。

OPC UA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器2-1-3將所述數(shù)據(jù)采集模塊2-1-1的所述數(shù)據(jù)值和所述事件處理模塊2-1-2中的所述報(bào)警值并傳到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲(chǔ)，并暴露實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口，讓軟件客戶端訪問到底層設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

歷史數(shù)據(jù)模塊2-1-4將所述數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的結(jié)果取出來以暴露歷史數(shù)據(jù)接口，讓所述軟件客戶端訪問到底層設(shè)備歷史數(shù)據(jù)。

OPC UA中間件的優(yōu)勢(shì)在于任何客戶端或者軟件都可以訪問數(shù)據(jù)接口來讀取設(shè)備數(shù)據(jù)。OPC UA中間件的軟件可以在windows、linux和其他平臺(tái)運(yùn)行，并且編寫OPC UA中間件的軟件可以使用多種編程語言。

所述Modeling建模與配置模塊2-2直接將設(shè)備進(jìn)行實(shí)例化，可以清晰、簡單地按照其所看到的實(shí)際設(shè)備進(jìn)行建模，然后按照Modeling配置中的模型生成相應(yīng)的設(shè)備樹狀圖和設(shè)備數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)圖表。

圖4本發(fā)明在實(shí)施例中的Modeling建模模塊采用面向?qū)ο笏枷氲慕Ｊ纠?/p>

Modeling建模與配置模塊2-2采用面向?qū)ο蟮乃枷?，例如，將一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的車間以及其具有的屬性用框圖來表示，如圖4所示，用戶可以通過拖拽框圖的方式來給車間添加設(shè)備、參數(shù)等等車間內(nèi)的屬性，它們之間通過線連接的關(guān)系可以自動(dòng)生成。

OPC UA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器2-1-3將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和事件處理數(shù)據(jù)放在不同的模塊里，編程人員需在不同的模塊里單獨(dú)調(diào)用設(shè)備的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，相比于OPC UA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器2-1-3的配置模式，本次設(shè)計(jì)Modeling建模與配置模塊2-2可以直接讓用戶對(duì)上述的底層設(shè)備和其數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模與配置，并且可以生成直觀的設(shè)備樹狀圖，方便軟件客戶端查看與管理數(shù)據(jù)。

圖5是本發(fā)明在實(shí)施例中的上層應(yīng)用的結(jié)構(gòu)框圖。

如圖5所示，所述上層應(yīng)用3調(diào)用OPC UA中間件2的接口，構(gòu)成查看設(shè)備數(shù)據(jù)和狀態(tài)的功能。

圖6是本發(fā)明在實(shí)施例中的設(shè)備關(guān)系圖。

以武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院的故障診斷臺(tái)、電機(jī)傳動(dòng)設(shè)備和風(fēng)機(jī)模擬設(shè)備為底層設(shè)備，OPC UA中間件2作為服務(wù)器，用OPC UA中間件2暴露出的數(shù)據(jù)接口開發(fā)設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖6所示。

圖7是本發(fā)明在實(shí)施例中的登錄界面圖。

圖8是本發(fā)明在實(shí)施例中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的曲線圖。

圖9是本發(fā)明在實(shí)施例中的歷史數(shù)據(jù)的曲線圖。

圖10是本發(fā)明在實(shí)施例中的設(shè)備使用時(shí)間統(tǒng)計(jì)的曲線圖。

如圖7、圖8、圖9和圖10所示，信息學(xué)院下有3個(gè)實(shí)驗(yàn)室：微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室、故障診斷實(shí)驗(yàn)室和電機(jī)拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，并授權(quán)Admin用戶查看信息學(xué)院下的實(shí)驗(yàn)室。微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室中有風(fēng)機(jī)模擬設(shè)備，故障診斷實(shí)驗(yàn)室中有振動(dòng)臺(tái)設(shè)備，電機(jī)拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)室下有西門子PLC設(shè)備，PLC設(shè)備下配置了設(shè)定速度、實(shí)時(shí)速度和速度過高的報(bào)警條件。同理，風(fēng)機(jī)模擬設(shè)備和振動(dòng)臺(tái)設(shè)備也配置有對(duì)應(yīng)的變量和報(bào)警條件。

在服務(wù)器電腦上部署java運(yùn)行環(huán)境，安裝Mysql數(shù)據(jù)庫并啟動(dòng)。打開OPC UA中間件服務(wù)器和Modeling建模與配置模塊2和web客戶端界面服務(wù)器(可以在多種操作系統(tǒng)中運(yùn)行，例如Linux和Windows)，在瀏覽器中輸入網(wǎng)址localhost:8080/wustweb即可進(jìn)入web客戶端。

輸入用戶名和密碼進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)界面，可以看到系統(tǒng)的功能：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警和設(shè)備使用時(shí)間統(tǒng)計(jì)。

報(bào)警的事件項(xiàng)出現(xiàn)左側(cè)樹狀圖下的模塊4-1內(nèi)，報(bào)警的事件會(huì)根據(jù)設(shè)置的報(bào)警條件實(shí)時(shí)彈到模塊4-1內(nèi)。

點(diǎn)擊界面中的系統(tǒng)配置可以進(jìn)入Modeling配置界面。

圖11是本發(fā)明在實(shí)施例中的Modeling配置的界面圖。

如圖11中所示，在左側(cè)一欄中的是本次配置武漢科技大學(xué)信息學(xué)院設(shè)備所需要的節(jié)點(diǎn)模塊，所述的模塊可以在后臺(tái)進(jìn)行配置增加新的模塊來對(duì)其他的設(shè)備進(jìn)行建模，模塊5-1代表學(xué)院、實(shí)驗(yàn)室和自定義模塊，模塊5-2代表西門子PLC、故障振動(dòng)、風(fēng)機(jī)模擬設(shè)備和自定義設(shè)備模塊，模塊5-3代表各設(shè)備的數(shù)據(jù)點(diǎn)模塊和自定義數(shù)據(jù)點(diǎn)模塊，模塊5-4代表報(bào)警事件模塊和自定義報(bào)警模塊，模塊5-5代表管理員模塊、用戶模塊、自定義管理員模塊和自定義用戶模塊，上述的所有模塊可以通過線相連并自動(dòng)顯示模塊之間的關(guān)系，模塊內(nèi)的內(nèi)容可以輸入任意內(nèi)容，模塊可以通過拖拽的方式拉到右邊的框內(nèi)對(duì)設(shè)備建模，點(diǎn)擊保存即可在網(wǎng)頁的主界面生成如圖8左側(cè)一欄的結(jié)構(gòu)樹狀圖。

PLC設(shè)備通過OPC協(xié)議將數(shù)據(jù)取到kepware軟件中，數(shù)據(jù)調(diào)制模塊1-1通過配置和連接kepware軟件，將PLC中的數(shù)據(jù)通過kepware取出。

許多第三方軟件或程序可以將設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)果存為.txt文件的數(shù)據(jù)格式，適配器可以將文件的內(nèi)容以固定的格式和形式取出，也可以將文件名中的內(nèi)容按照要求以固定的格式和形式取出，本例中故障振動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)是從.txt文件取出來的。

用Modbus協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備，可以通過數(shù)據(jù)調(diào)制模塊1-1取出設(shè)備的數(shù)據(jù)值。

數(shù)據(jù)傳輸模塊1-2將以上數(shù)據(jù)調(diào)制模塊1-1取出的數(shù)據(jù)值傳輸?shù)絆PCUA中間件2中。

實(shí)施例的作用與效果

根據(jù)本實(shí)施例所涉及一種基于OPC UA協(xié)議的設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的OPC協(xié)議，OPC UA協(xié)議更具有創(chuàng)新性和可塑性，使得數(shù)據(jù)傳輸更簡單、方便；OPC UA中間件可以快速的接入底層設(shè)備的數(shù)據(jù)，還能夠移植到多種平臺(tái)上運(yùn)行，可以用多種編程語言編寫開源的OPC UA中間件軟件；底層設(shè)備適配可以根據(jù)設(shè)備的需求進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)的工作量和難度不大，應(yīng)用的環(huán)境非常廣；Modeling建模與配置模塊可以快速地對(duì)復(fù)雜設(shè)備進(jìn)行建模，并且配置的難度低，方便設(shè)備數(shù)據(jù)軟件的維護(hù)和管理。

上述實(shí)施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。