一种基于OPCUA嵌入式服务器的PLC控制系统及控制方法与流程

一种基于opcua嵌入式服务器的plc控制系统及控制方法
技术领域
1.本发明属于工业互联网技术领域，尤其涉及一种基于opc ua嵌入式服务器的plc控制系统、控制方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.随着工业互联网的发展，作为跨越ot(operations technology，运营技术)与it(information technology，信息技术)的桥梁，plc的作用不容小觑。plc连接与控制多种设备，将数据分析、处理，并传递到上层的信息系统，成为工厂与车间的控制中枢。
3.针对plc设备的工业控制领域需要采集多种多元异构设备的现场数据，需要使用opcua技术实现数据集成和数据格式统一以便管理系统对设备数据进行统一分析处理。当前主要采用基于pc端的opcua服务器或opcua服务器网关，模块集成度较差，网络通信较复杂，其环境适应性、实时性以及安全性都有待提高。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明的目的是提供一种一种基于opc ua嵌入式服务器的plc控制系统、控制方法、设备及存储介质，该控制系统、控制方法、设备及存储介质能够实现数据的高效集成、存储和读取，实现管理系统对多元异构设备大量数据的集成和统一分析处理。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于opc ua嵌入式服务器的plc控制系统，包括：内置opcua嵌入式服务器和ddr3内存芯片的龙芯2k1000处理器，所述ddr3内存芯片用于存储龙芯2k1000处理器获取的多种多元异构设备数据，所述ddr3内存芯片与所述opcua嵌入式服务器进行数据交互实现信息映射，opcua客户端调用已定义的方法通过以太网访问所述opcua嵌入式服务器地址空间中的数据。
6.在本发明的一个实施例中，所述opcua嵌入式服务器包括应用程序、软件开发工具sdk和通用栈，其中，所述应用程序用于实现opc ua嵌入式服务器和opcua客户端之间的相互定义，所述软件开发工具sdk用于管理连接与处理服务信息，所述通用栈用于实现编码、签名加密、传输消息。
7.在本发明的一个实施例中，所述应用程序包括基础系统和专用功能，所述基础系统用于实现人机交互，所述专用功能用于调用所述软件开发工具sdk中的方法以实现定义的功能。
8.在本发明的一个实施例中，所述软件开发工具sdk包括api接口服务层、ua专用功能层、ua通用功能层，所述api接口服务层用于发送请求、接收响应，所述ua专用功能用于实现opcua规范定义的概念和服务，所述ua通用功能层用于实现创建安全连接、应用程序配置、日志。
9.在本发明的一个实施例中，所述通用栈包括api接口服务层、编码层、安全层、传输层和平台层，所述api接口服务层用于提供方法以完成如配置栈、管理连接的建立、发送
opcua服务消息以及在收到消息时通知上层的功能；所述编码层用于对消息服务进行加解密、序列化或反序列化；所述安全层用于对消息进行安全处理、签名或加密；所述传输层用于收发消息以及处理安全层的错误；所述平台层用于提供平台专用代码，以整合socket管理、线程或加密操作特殊库。
10.在本发明的一个实施例中，所述opc ua嵌入式服务器平台为锐华操作系统，所述opc ua嵌入式服务器协议栈中的平台层转化为适应锐华操作系统的平台代码。
11.基于相同的发明构思，本发明还提供一种基于opc ua嵌入式服务器的plc控制方法，包括以下步骤：实时获取多元异构设备的数据，并将这些数据存储到内存模块中；opcua嵌入式服务器实时获取所述多元异构设备的数据，在龙芯2k1000处理器对应的地址空间中建立节点进行信息建模和存储，同时opcua嵌入式服务器管理地址空间节点；opc ua客户端调用已定义的方法实现对opcua嵌入式服务器的访问，浏览opcua嵌入式服务器地址空间中存储的数据；其中，所述opcua客户端与所述opcua服务器之间的通讯协议为opcua协议标准。
12.本发明的一个实施例中，所述基于opc ua嵌入式服务器的plc控制方法还包括：对opc ua协议标准中不是必须支持的服务功能进行删除以减少plc内存资源的占用。
13.基于相同的发明构思，本发明还提供一种计算机设备，包括：存储器，所述存储器用于存储处理程序；处理器，所述处理器执行所述处理程序时实现所述的基于opc ua嵌入式服务器的plc控制方法。
14.基于相同的发明构思，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有处理程序，所述处理程序被处理器执行时实现所述的基于opc ua嵌入式服务器的plc控制方法。
15.本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
16.1、本发明通过在龙芯2k1000处理器内置opcua嵌入式服务器和ddr3内存芯片，实现对数据的高效集成并存储于ddr3内存芯片中，基于pc端的opcua客户端通过以太网方式访问opcua嵌入式服务器，即可实现对地址空间中数据的读取，从而实现管理系统对多元异构设备大量数据的集成和统一分析处理，实现信息高效集成、存储和读写。
17.2、本发明基于国产化自主可控的龙芯2k1000处理器平台设计，opcua嵌入式服务器的平台为锐华操作系统，协议栈中的平台层转化为适应锐华操作系统的平台代码，具有国产化程度高、自主可控性强的优点，实现数据的高效集成、存储和读取，实现管理系统对多元异构设备大量数据的集成和统一分析处理。
18.3、本发明采用龙芯2k1000处理器，支持多种实时协议，具有丰富的工业接口和高速接口，可以接收需要面对的多种类型的协议数据，提供了丰富的配置灵活的接口，具有低功耗、高可靠等特点；内置opcua嵌入式服务器和ddr3内存芯片，模块集成化设计，以适应工业控制领域的恶劣环境。
附图说明
19.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
20.图1为本发明基于opcua嵌入式服务器的plc控制系统硬件架构图；
21.图2为opcua服务器/客户端的软件架构图；
22.图3为本发明opcua服务器数据传输的软件架构图。
具体实施方式
23.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
24.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
25.嵌入式系统是当前最热门最有发展前途的it应用领域之一，目前，龙芯2k1000嵌入式系统具有国产化程度高、自主可控性强、可靠性高、组网方便等特点，适合于国防控制系统、电力控制系统、信息安全通信系统等，有着广泛的应用。基于国产化龙芯处理器实现opcua嵌入式服务器，可以使安全性更高，更自主可控；通过使opcua服务器集成到龙芯处理器的锐华系统中，可直接获取plc数据表中数据并映射到地址空间实现数据集成。
26.龙芯2k1000处理器主要面向于网络应用，兼顾平板应用及工控领域应用。采用40nm工艺，片内集成2个gs264处理器核，主频1ghz，64位ddr3控制器，以及各种系统io接口。所述的内存模块采用板载内存颗粒的方式进行扩展。通过处理器集成的控制器连接到各个颗粒，每个控制器连接4片500mb的ddr3 16位的ddr3内存颗粒，共计4片，总容量2gb。处理器具有支持多种实时协议的可编程实时控制单元，且具有丰富的工业接口和高速接口，可以接收需要面对的多种类型的协议数据。
27.实施例一
28.如图1所示，一种基于opc ua嵌入式服务器的plc控制系统，包括：内置opcua嵌入式服务器和ddr3内存芯片的龙芯2k1000处理器，所述ddr3内存芯片用于存储龙芯2k1000处理器获取的多种多元异构设备数据，所述ddr3内存芯片与所述opcua嵌入式服务器进行数据交互实现信息映射，opcua客户端调用已定义的方法通过以太网访问所述opcua嵌入式服务器地址空间中的数据。
29.通过在龙芯2k1000处理器内置opcua嵌入式服务器和ddr3内存芯片，实现对数据的高效集成并存储于ddr3内存芯片中，基于pc端的opcua客户端通过以太网方式访问opcua嵌入式服务器，即可实现对地址空间中数据的读取，从而实现管理系统对多元异构设备大量数据的集成和统一分析处理，实现信息高效集成、存储和读写。
30.本发明采用龙芯2k1000处理器，提供了丰富的配置灵活的接口，具有低功耗、高可靠等特点；模块集成化设计，以适应工业控制领域的恶劣环境。设备集成度高，便于配置和维护；提升实时性，使用户高效获取数据；方便引入简单数据处理等功能，为边缘智能网关提供基础。
31.如图2所示，为本发明opcua服务器/客户端的软件架构图，所述opcua嵌入式服务器包括应用程序、软件开发工具sdk和通用栈，其中，所述应用程序用于实现opc ua嵌入式服务器和opcua客户端之间的相互定义，所述软件开发工具sdk用于管理连接与处理服务信息，所述通用栈用于实现编码、签名加密、传输消息。
32.进一步的，所述应用程序包括基础系统和专用功能，所述基础系统用于实现人机交互，所述专用功能用于调用所述软件开发工具sdk中的方法以实现定义的功能。
33.进一步的，所述软件开发工具sdk包括api接口服务层、ua专用功能层、ua通用功能层，所述api接口服务层用于发送请求、接收响应，所述ua专用功能用于实现opcua规范定义的概念和服务，所述ua通用功能层用于实现创建安全连接、应用程序配置、日志。所述软件开发工具sdk主要管理连接与处理服务信息。
34.进一步的，所述通用栈包括api接口服务层、编码层、安全层、传输层和平台层，所述api接口服务层用于提供方法以完成如配置栈、管理连接的建立、发送opcua服务消息以及在收到消息时通知上层的功能；所述编码层用于对消息服务进行加解密、序列化或反序列化；所述安全层用于对消息进行安全处理、签名或加密；所述传输层用于收发消息以及处理安全层的错误；所述平台层用于提供平台专用代码，以整合socket管理、线程或加密操作特殊库。所述通用栈主要负责编码、签名加密、传输消息，包括五层。本实施例的通用栈能够实现数据的安全、高效传输。
35.优选的，所述opc ua嵌入式服务器平台为锐华操作系统，所述opc ua嵌入式服务器协议栈中的平台层转化为适应锐华操作系统的平台代码。可以实现与采用锐华操作系统的opc ua客户端高效对接，提高数据获取的效率。
36.实施例二
37.参见图3，opcua服务器数据传输的软件架构图。具体的，龙芯2k1000处理器实时获取多元异构设备的数据，并将这些数据存储到内存模块中；opcua嵌入式服务器实时获取所述多元异构设备的数据，在龙芯2k1000处理器对应的地址空间中建立节点进行信息建模和存储，同时opcua嵌入式服务器管理地址空间节点；opc ua客户端调用已定义的方法实现对opcua嵌入式服务器的访问，浏览opcua嵌入式服务器地址空间中存储的数据；其中，所述opcua客户端与所述opcua服务器之间的通讯协议为opcua协议标准。
38.通过在龙芯2k1000处理器内置opcua嵌入式服务器和ddr3内存芯片，实现对数据的高效集成并存储于ddr3内存芯片中，基于pc端的opcua客户端通过以太网方式访问opcua嵌入式服务器，即可实现对地址空间中数据的读取，从而实现管理系统对多元异构设备大量数据的集成和统一分析处理，实现信息高效集成、存储和读写。
39.优选的，所述的基于opc ua嵌入式服务器的plc控制方法还包括：对opc ua协议标准中不是必须支持的服务功能进行删除以减少plc内存资源的占用。即通过对opcua通用栈和sdk进行裁剪，保留opcua核心功能的情况下适配底层操作系统，实现简单经济有效地访问设备和获取数据。
40.实施例三
41.本实施例提供一种计算机设备，包括：存储器，所述存储器用于存储处理程序；处理器，所述处理器执行所述处理程序时实现所述的基于opc ua嵌入式服务器的plc控制方法。
42.本实施例提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有处理程序，所述处理程序被处理器执行时实现所述的基于opc ua嵌入式服务器的plc控制方法。
43.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
44.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
45.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。