一种工业工控一体机系统下的数据处理系统的制作方法

1.本发明涉及工业系统技术领域，尤其是一种工业工控一体机系统下的数据处理系统。


背景技术：

2.众所周知，工控一体机是一款功能十分强大的产品，其结构上内置强大的处理模块并加装触摸屏作为人机交互界面，通过有线或者无线与工位设备进行数据连接，进而来满足当工控一体机控制单台或者多台设备的正常产品加工工作。但是针对设备加工处理，往往不能直接进行操控，在产品加工过程中，还需要对设备工作参数进行实时监控和反馈，特别是针对无线连接各个设备的工控一体机，这一类操控人员往往距离加工设备较远，不易方便直接查看产品的加工情况，因此不需要更加完善的数据预处理，来满足将各个设备的工作情况反馈给工控一体机，因此便需要进行各项设备数据的有效采集。但是工业设备品牌多样，各设备厂家独立采用不同的通信协议和规范，这使得工厂获取设备数据的成本大大提高。
3.目前，为了解决多设备协议带来的设备兼容性以及成本问题，则需要统一设备协议，opc ua规范由此而生。但是国内对于opc ua的研究大多集中在基础的功能模块，应用方面则大多采用国外成熟的sdk进行开发，并且只是针对特定的工业设备，不具备通用性。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种可解决工厂设备和协议多样带来的数据采集和上位机开发难题的工业工控一体机系统下的数据处理系统。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种工业工控一体机系统下的数据处理系统，包括由多种车间加工设备构成的工业设备网络、集成于工控一体机内部且用于实现协议转换的监控数据服务单元、对采集数据存储并处理的云端服务器,所述监控数据通过以太网与工业设备网络连接，所述监控数据服务单元通过网络路由与云端服务器连接；所述监控数据服务单元包括：opc ua服务器，所述opc ua服务器sdk进行搭建，建立opcuaserver类，在该类构造函数opcuaserver中通过sdk给出的api接口对opc ua服务器进行初始化并创建地址空间，在opc ua服务器启动时，通过建立opcuaserver对象开启服务器；数据采集驱动，所述数据采集驱动包括设备连接和数据请求，所述设备连接通过工业设备的ip地址和端口号信息进行初始化，使其建立与设备的socket连接，所述数据请求为在于设备构成连接后并获取一次数据或系统存储一次后，主动向工业设备进行数据获取请求；数据解析单元，将每次数据请求获取的原始字节码数据流分割为独立的数据，再将每个独立数据进行一对一数据类型转换，利用对应的数据转换规则将工业设备所反馈的
原始数据转为标准的可直观理解数据；交互模块，基于工控一体机的系统配置，用于完成工作配置和监控系统。
6.优选地，所述交互模块进行系统的节点配置和解析配置，分别生成两个 xml文件保存配置信息，节点配置xml文件保存工业设备分类节点树，解析配 置xml文件保存所有数据请求的解析规则，所述数据采集部分读取节点配置xml文件获来取工业设备连接信息和数据请求信息，调用相应的数据采集驱动实现对工业设备的数据采集；所述数据解析部分读取解析配置xml文件，使其形成所述可直观理解数据，达到对每个工业设备都采用独立的线程进行数据采集和数据解析。
7.优选地，所述opc ua服务器加载节点配置和解析配置xml文件，将工厂树节点模型映射为自己的地址空间，建立opc ua设备节点和值节点，解析后的数据填入建立好的opu ua地址空间，完成opc ua数据采集服务器的搭建，同时解析后的数据通过存储模块上传到云端服务器实现持久化，便于进一步数据处理，此外解析后的数据不断更新到本地端交互模块的工控一体机的界面进行显示，实现本地对数据的实时监控。
8.优选地，所述解析规则为请求数据的信息，请求数据的信息包括数据类型、语义、长度、索引，并根据不同的数据类型、语义、长度、索引分析出对应的标准的可直观理解数据。
9.优选地，所述标准的可直观理解数据为电流、电压、时间节点、开关动作、温度。
10.优选地，所述数据采集驱动还包括设备接口和解析接口，所述设备接口主要实现设备连接和数据读取方法，所述解析接口则实现数据类型转换方法，不同的工业设备独立实现接口方法。
11.优选地，所述交互模块利用xmal语言和ｃ＃语言设计纯图形界面和建立后台事件，采用mvvm框架实时获取解析后的数据，使其最大限度降低界面xmal文件与后台cs文件的耦合度，使得界面的大幅修改不会对逻辑代码产生较大影响。
12.优选地，所述云端服务器包括数据存储单元和数据分析单元，所述存储单元为选用适配的数据库选型和存储结构搭建，将工业设备运行数据结构化并存储，所述数据分析单元利用云服务器的计算能力，结合机器学习算法对大量的历史数据和实时数据计算分析，实现初步故障预测，减少突然停机带来的风险和损失。
13.由于采用了上述方案，本发明基于opc ua的数据采集系统，旨在为所有未提供opc ua协议功能的工业设备建立通用的opc ua转换机制，实现不同工业设备通信协议到opc ua协议的转换。通过针对不同的工业设备设计标准的数据采集驱动，将工业设备采集的数据进一步分解加工为含有语义信息的 opc ua格式信息，从而映射建立opc ua地址空间，为不具备opc ua功能的工业设备建立opc ua服务器，实现设备协议标准化，建立设备的互通信，降低工厂设备和协议多样带来的上位机统一监控难题。
附图说明
14.图1是本发明实施例的结构原理示意图。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
16.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
17.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
18.如图1所示，本实施例提供的一种工业工控一体机系统下的数据处理系统，包括由多种车间加工设备构成的工业设备网络、集成于工控一体机内部且用于实现协议转换的监控数据服务单元、对采集数据存储并处理的云端服务器,所述监控数据通过以太网与工业设备网络连接，所述监控数据服务单元通过网络路由与云端服务器连接；所述监控数据服务单元包括：opc ua服务器，所述opc ua服务器sdk进行搭建，建立opcuaserver类，在该类构造函数opcuaserver中通过sdk给出的api接口对opc ua服务器进行初始化并创建地址空间，在opc ua服务器启动时，通过建立opcuaserver对象开启服务器，服务器初始化主要使用sdk中的接口applicationln-stance,applicationconfiguration和standard server。首先通过applicationln-stance建立应用实例application；接着对应用实例进行基础配置，即 对applicationconfiguration进行初始化赋值，利用生成的xml节点文件 和standard server生成服务器的地址空间，从而建立服务器对象server；最后利用应用实例开启服务器对象运行服务器application.stance（server）。 通过配置界面生成的xml文件结合sdk接口实现地址空间的建立是服务器构建的关键，在设备配置和解析配置界面建立的节点模型会存储为xml文件，通过加载该xml节点模型文件，遍历每个节点，使用sdk提供的接口将节点模型映射为opc ua节点，并对每一个节点建立对应的no-deid和description，从而完成地址空间的建立。通过数据采集解析后的数据根据opc ua节点名称一一存入opc ua地址空间的值节点中构成完整的opc ua服务 器，opc ua客户端可以通过浏览服务器端的地址空间直接查看对应数据；数据采集驱动，所述数据采集驱动包括设备连接和数据请求，所述设备连接通过工业设备的ip地址和端口号信息进行初始化，使其建立与设备的socket连接，所述数据请求为在于设备构成连接后并获取一次数据或系统存储一次后，主动向工业设备进行数据获取请求；数据解析单元，将每次数据请求获取的原始字节码数据流分割为独立的数据，再
将每个独立数据进行一对一数据类型转换，利用对应的数据转换规则将工业设备所反馈的原始数据转为标准的可直观理解数据；交互模块，基于工控一体机的系统配置，用于完成工作配置和监控系统。
19.优选地，所述交互模块进行系统的节点配置和解析配置，分别生成两个 xml文件保存配置信息，节点配置xml文件保存工业设备分类节点树，解析配 置xml文件保存所有数据请求的解析规则，所述数据采集部分读取节点配置xml文件获来取工业设备连接信息和数据请求信息，调用相应的数据采集驱动实现对工业设备的数据采集；所述数据解析部分读取解析配置xml文件，使其形成所述可直观理解数据，达到对每个工业设备都采用独立的线程进行数据采集和数据解析。
20.优选地，所述opc ua服务器加载节点配置和解析配置xml文件，将工厂树节点模型映射为自己的地址空间，建立opc ua设备节点和值节点，解析后的数据填入建立好的opu ua地址空间，完成opc ua数据采集服务器的搭建，同时解析后的数据通过存储模块上传到云端服务器实现持久化，便于进一步数据处理，此外解析后的数据不断更新到本地端交互模块的工控一体机的界面进行显示，实现本地对数据的实时监控。
21.优选地，所述解析规则为请求数据的信息，请求数据的信息包括数据类型、语义、长度、索引，并根据不同的数据类型、语义、长度、索引分析出对应的标准的可直观理解数据。
22.优选地，所述标准的可直观理解数据为电流、电压、时间节点、开关动作、温度等,但需要说明的是，标准的可直观理解数据并不仅仅限定为所阐述出来的这些，根据不用运用场景，其都将进行适当的调整。
23.优选地，所述数据采集驱动还包括设备接口和解析接口，所述设备接口主要实现设备连接和数据读取方法，所述解析接口则实现数据类型转换方法，不同的工业设备独立实现接口方法。
24.优选地，所述交互模块利用xmal语言和ｃ＃语言设计纯图形界面和建立后台事件，采用mvvm框架实时获取解析后的数据，使其最大限度降低界面xmal文件与后台cs文件的耦合度，使得界面的大幅修改不会对逻辑代码产生较大影响。
25.优选地，所述云端服务器包括数据存储单元和数据分析单元，所述存储单元为选用适配的数据库选型和存储结构搭建，将工业设备运行数据结构化并存储，所述数据分析单元利用云服务器的计算能力，结合机器学习算法对大量的历史数据和实时数据计算分析，实现初步故障预测，减少突然停机带来的风险和损失。除此之外，成本和使用便捷性也在考虑之列，结合实际需求，本实施例综合考虑elasticsearch,redis,mysql,mongodbdd等数据库的优缺点进行数据存储系统选型。由于本实施例采用mysql作为系统的主体数据存储数据库。除了使用mysql存储工业设备大量的运行数据外，本系统还采用了非关系型数据库redis作为系统的外部缓存，以提高系统热点数据的读取速度。redis数据库能够自动执行持久化操作，避免了服务器崩溃带来的热数据丢失，同时可以在服务器重启后自行恢复数据。
26.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。