一种Modbus通讯协议的OPC UA转换装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机自动控制领域，特别涉及一种Modbus通讯协议的OPC UA转换装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着计算机技术的进一步发展，计算机在自动控制领域中日益发挥着重要的作用，工业控制中的各种仪器、仪表和单片机系统等都提供了与计算机的通讯协议，从而为计算机控制系统的设计提供了极大的方便.但是在OPC技术出现以前，计算机测控系统使用的智能仪表设备、分布式I/o模块、PLC等设备来自于不同的生产商，而各生产商为了各自的商业利益，没有遵循统一的接口规范，造成了设备之间的通信异常复杂，难以实现现场设备与上层控制软件间的信息交互和各现场设备间的直接互联与互操作，因此限制了计算机测控系统开放性、通用性的提高。工业控制领域用到大量的现场设备，都存在着上层软件和下层硬件的不一致性，对于不同的设备都要开发不同的驱动程序，这样就造成了硬件生产商和软件开发商之间产品的兼容性问题，并且用户对于硬件设备和软件的选用都受到了很大的限制，只能局限于专用的硬件设备厂商和软件厂商，为了满足实际工作需要，硬件生产商和软件开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性和互操作性的即插即用的设备驱动程序，在这种形式的要求下，OPC基金会的OPC标准的出现解决了上述问题，但传统的OPC技术有很多缺点，如平台依赖微软、安全性差、数据信息单一等，目前已推出了新一代的OPC标准OPC UA (0PC统一构架)。OPC UA标准是OPC基金会2006年推出的一个新的工业软件应用接口规范，是企业软件架构的一个全新方向，主要目标是建立更丰富的数据模型与平台的独立性，以及提高工厂底层和企业系统之间的集成支持，实现了跨平台、跨网络传输数据，具有广阔的发展前景。
[0003]Modbus通讯协议是应用于工业设备层最广泛的通讯标准，国内外大多数PLC、DCS、数据采集模块和控制设备都使用Modbus通讯协议。目前已有将基于PC的Modbus协议的OPC服务器，但没有专门将OPC UA技术和Modbus技术紧密结合组成一个装置的技术和方法；为了使这些使用Modbus通讯协议的设备适用于新一代OPC UA技术，本发明将使用Modus通讯协议的设备(以下简称Modbus设备)通过专门设计的转换装置将其封装成一个OPC UA服务器，为其它厂商的OPC UA客户机提供数据服务，任何使用OPC UA标准的客户端程序无需改动即可采用统一的方式访问Modbus设备的数据信息，大大提高了控制系统的互操作性和适应性。
【发明内容】
[0004]为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种Modbus通讯协议的OPC UA转换装置及其方法。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案为:
[0006]一种Modbus通讯协议的OPC UA转换装置，包括:0PC UA地址空间管理模块、地址空间浏览模块、数据读写模块、数据订阅模块、OPC UA通讯模块、参数配置模块、Modbus串口通讯处理模块、Modbus/TCP通讯处理模块；
[0007]Modbus/TCP通讯处理模块连接RJ45网络接口，并与OPC UA地址空间相连，OPC UA地址空间分别连接配置文件、参数配置模块、地址空间浏览模块、数据读写模块、数据订阅模块、OPC UA地址空间管理模块和Modbus串口通讯处理模块，Modbus串口通讯处理模块分别连接RS-232串口和RS-485串口，参数配置模块连接触摸屏，地址空间浏览模块、数据读写模块、数据订阅模块和OPC UA地址空间管理模块分别连接OPC UA通讯模块，OPC UA通讯模块经RJ45网络接口与OPC UA地址空间配置模块连接；
[0008]其中OPC UA地址空间管理模块以所连接的Modbus设备为基础建立和管理OPC UA地址空间，形成OPC UA信息模型；
[0009]地址空间浏览模块用来实现OPC UA客户端根据地址空间中各节点的关系浏览空间中的各个节点信息；
[0010]数据读写模块用来实现客户端读写地址空间节点的功能；
[0011]数据订阅模块用来实现客户端对地址空间节点的数据变化进行通知、报警功能；
[0012]OPC UA通讯模块由OPC UA协议栈构成，完成OPC UA服务器和客户端数据序列化、签名、加密、传输功能；
[0013]参数配置模块对各种参数包括对所连接Modbus设备的接口参数、设备作为OPCUA服务器的各种参数进行配置；
[0014]Modbus串口通讯处理模块用来建立OPC UA节点和基于串口相连的Modbus设备寄存器建立对应关系，构造命令数据帧通过串口发送给设备，并处理设备返回的数据帧；
[0015]Modbus/TCP通讯处理模块用来建立OPC UA节点和网口相连的使用Modbus/TCP协议的设备寄存器建立对应关系，构造命令数据帧通过网络接口发送给设备，并处理设备返回的数据帧。
[0016]进一步的，本转换装置通过串口与基于串行通讯的Modbus设备进行了连接，通过RS232接口连接一个基于RS232通讯方式的Modbus设备相连，通过RS485接口和多个基于RS485通讯方式的Modbus设备相连。通过网口和基于TCP通讯协议的Modus设备相连，若有多个设备，将它们先连接到一个交换机，再将交换机与转换装置通过网口相连。
[0017]一种Modbus通讯协议的OPC UA的数据转换方法，将Modbus通讯协议转换为OPCUA协议，将多个基于串行通讯或TCP通讯的Modbus设备封装成一个OPC UA服务器，符合OPC UA协议的OPC UA客户端程序均按照OPC UA规范对这些Modbus设备的数据进行读、写、订阅操作。
[0018]相对于现有技术，本发明的有益效果为:将新的技术标准OPC UA技术引入Modbus通讯协议的设备，使Modbus设备可以直接按照OPC UA标准采集、修改Modbus设备的数据，使用Modbus通讯协议的设备无需进行软硬件的改变，就能在新的标准中正常运行。
[0019]由于OPC UA的平台无关性，本发明将OPC UA技术移植到嵌入式系统中，嵌入式
OPC UA的通讯模式省去了在控制层之上基于PC的与现场层数据--对应的OPC UA Sever,
在操作层或更高的管理层，可以通过一台支持OPC UA的客户端实时地、直接访问本发明的装置，即可得到支持Modbus协议的现场设备的数据了，期间没有任何数据的格式变化与损失。同时本发明设计实现了图形化界面的OPC UA地址空间编辑器，根据系统配置自动按照OPC UA规范生成OPC UA地址空间，建立OPC UA信息模型，并可在图形化界面下，对OPCUA地址空间进行操作，利用键盘输入、鼠标拖拉等操作，可以方便地对OPC UA地址空间的节点、节点之间的关系进行建立、修改、删除等操作。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的外部接口示意图；
[0021]图2为本发明的内部结构示意图；
[0022]图3为本发明连接不同类型的Modbus设备，封装为OPC UA服务器的系统逻辑结构图。
[0023]图4为本发明作为OPC UA服务器建立的OPC UA信息模型的结构示意图
[0024]图中:1-RJ45 网络接口，2-RJ45 网络接口，3-RS-232 串 P，4-RS-485 串 P，5-0PCUA地址空间浏览模块，6-数据读写模块，7-数据订阅模块，8-0PC UA地址空间，9_Modbus/TCP通讯处理模块组成，1-Modbus串口通讯处理模块，11-配置模块，12-触摸屏，13-配置文件，14-OPC UA通讯模块，15-0PC UA地址空间管理模块，16-0PC UA地址空间配置模块。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【