一种基于OPCUA的信息集成系统及方法与流程

本发明涉及信息集成技术领域，尤其涉及一种基于opcua的信息集成系统及方法。

背景技术：

目前，我国在推进智能工厂建设方面存在的诸多技术上的不足，其中一项关键技术是车间设备和工厂设备的软件的信息集成技术。我国制造2025关于智能制造的顶层设计中唯一推荐了opcua作为信息集成的技术标准，国外研究人员竞相研究将opcua技术应用于智能工厂多元异构信息集成，且技术已经趋于成熟，而我国在该方面的研究尚处于起步阶段。并针对opcua标准在车间多元异构信息集成方面的理论和应用研究太少，无法满足目前国内的智能工厂建设对这方面理论和技术的需要。

智能工厂的构建基础在于设备联网和信息集成，只有解决了多元异构信息集成的应用基础研究，包括将数据转化为信息、设备之间合作和信息共享、信息转化为知识和决策反馈这些智能工厂上层建筑才有可能实现。智能工厂中重要的管控设备为主要为plc设备，现在还没有一种方法能够使工厂车间管理软件采用opcua标准对plc设备的信息集成方法和系统。

名词解释：

信息集成：是指系统中各子系统和用户的信息采用统一的标准，规范和编码，实现全系统信息共享，进而可实现相关用户软件间的交互和有序工作。

opc：(oleforprocesscontrol)是用于工业控制领域一个通讯接口标准，它为过程控制提供了一套标准的接口、属性和方法。opc的出现使得不同厂商的设备和驱动程序可以灵活地进行连接和信息交互，但传统的opc服务器访问仍很复杂，针对不同类型的数据访问，需要开发不同的访问程序，包括数据访问(da)、报警和事件(ae)，以及历史数据访问(hda)等等。比如，要获得一个温度传感器的当前值、一个高温度事件和温度的历史平均值，要分别开发三种不同的opc服务器程序，这大大增加了数据采集装置的复杂性。opcua(unifiedarchitecture)是opc的最新标准，为从dcs采集数据到mes提供了一种统一的接口方法，大幅降低了软件开发的复杂度。此外，opcua不依赖特定的操作系统，支持跨平台运行，为简化数据采集装置的软硬件结构提供了可能。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于opcua标准对生产设备上的plc控制器的信息集成系统。

本发明的另一目的是提供一种基于opcua标准对生产设备上的plc控制器的信息集成方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于opcua的信息集成系统，包括设备层、opcua服务器和车间控制层，所述设备层包括多个用于控制生产设备的plc控制器，所述opcua服务器分别与车间控制层和多个plc控制器连接；

所述plc控制器用于获取生产设备的状态信息和控制信息，并将获取到的信息发送至opcua服务器；

opcua服务器用于接收各plc控制器传输的信息，并将接收到的信息按照预设的方式进行存储；

所述车间控制层用于按照opcua协议标准与opcua服务器进行通讯，并读取和存储opcua服务器内的信息，实现对设备层的信息集成。

进一步，所述车间控制层包括opcua客户端和数据库，所述opcua客户端分别与opcua服务器和数据库连接；

所述opcua客户端用于按照opcua协议标准访问opcua服务器，并将读取到的信息存储在数据库内。

进一步，所述数据库采用sqlserver数据库。

进一步，所述opcua服务器采用kepserverex服务器，且车间控制层通过无线连接方式与opcua服务器连接。

进一步，所述车间控制层采用ethernettcp/ip的通讯方式对opcua服务器进行访问。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种基于opcua的信息集成方法，包括以下步骤：

s1、各plc控制器获取并存储生产设备的状态信息和控制信息，并将获取到的信息发送至opcua服务器；

s2、opcua服务器将接收到的信息按照预设的方式进行存储；

s3、车间控制层按照opcua通讯标准与opcua服务器进行通讯，并读取和存储opcua服务器内的信息，实现对设备层的信息集成。

进一步，还包括以下步骤：

opcua服务器与各plc控制器连接后，opcua服务器添加且配置各plc控制器的通讯信道，并在opcua服务器上建立与各plc控制器相对应的地址空间。

进一步，所述步骤s2，具体为：

opcua服务器将接收到各plc控制器的信息分别存储在与各plc控制器对应的地址空间内。

进一步，所述车间控制层包括opcua客户端和数据库，所述步骤s3，具体为：

opcua客户端按照opcua通讯标准访问opcua服务器，并读取opcua服务器内的信息后，将读取到的信息存储到数据库内。

进一步，所述数据库采用sqlserver数据库。

本发明的有益效果是：本发明通过opcua服务器对各plc设备信息的存储，车间控制层采用opcua标准对opcua服务器进行访问，从而有效地实现对多元异构设备的信息集成，为后续智能工厂大数据分析提供了基础，加快工厂管控的数字化和智能化发展进程。

附图说明

图1是一种基于opcua的信息集成系统的结构框图；

图2是一种基于opcua的信息集成方法的步骤流程图；

图3是具体实施例一的结构框图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种基于opcua的信息集成系统，包括设备层、opcua服务器和车间控制层，所述设备层包括多个用于控制生产设备的plc控制器，所述opcua服务器分别与车间控制层和多个plc控制器连接；

所述plc控制器用于获取生产设备的状态信息和控制信息，并将获取到的信息发送至opcua服务器；

opcua服务器用于接收各plc控制器传输的信息，并将接收到的信息按照预设的方式进行存储；

所述车间控制层用于按照opcua协议标准与opcua服务器进行通讯，并读取和存储opcua服务器内的信息，实现对设备层的信息集成。

上述系统的工作原理为：工厂上有很多异构的生产设备，这些生产设备上设有若干个plc硬件，这些plc硬件通过工业以太网方式或者现场总线方式与opcua服务器连接，plc控制器获取生产设备的状态信息和控制信息，并将获取到的信息发送至opcua服务器，opcua服务器接收plc控制器发送过来的信息按照预设方式进行存储。车间控制层通过opcua协议标准访问opcua服务器，并读取和存储opcua服务器内的数据，从而实现对plc控制器信息集成。其中，dcs是分布式控制系统的英文缩写(distributedcontrolsystem)，在国内自控行业又称之为集散控制系统；plc即可编程逻辑控制器；dnc是分布式数控；cnc是一种装有程序控制系统的自动化机床；rtu是remoteterminalunit的简称，中文名称为远程测控终端，用于监视、控制与数据采集的应用，具有遥测、遥信、遥调、遥控功能。

进一步作为优选的实施方式，所述车间控制层包括opcua客户端和数据库，所述opcua客户端分别与opcua服务器和数据库连接；

车间控制层上设有mes系统，所述mes系统内集成了opcua客户端。所述opcua客户端用于按照opcua协议标准访问opcua服务器，可以读取设备的状态信息、报警信息，查看设备的历史数据，或者调用设备的操作方法从而向设备传送控制指令等操作等，从而实现智能工厂mes系统对车间设备的信息集成。另外，opcua客户端将读取到的信息存储在数据库内。

进一步作为优选的实施方式，所述数据库采用sqlserver数据库。

所述opcua客户端采用c#.net作为程序开发语言，且与以开源代码库opcuahelper作为开发基础，所述数据库采用sqlserver数据库，并在sqlserver中构建smartfactory数据库来记录plc控制器获取的数据。

进一步作为优选的实施方式，所述opcua服务器采用kepserverex服务器，且车间控制层通过无线连接方式与opcua服务器连接。

车间控制层可通过web网页访问opcua服务器，可以通过ethernettcp/ip的通讯方式进行访问。

进一步作为优选的实施方式，所述车间控制层采用ethernettcp/ip的通讯方式对opcua服务器进行访问。

通过上述的系统，可以有效方便地实现智能工厂管理软件对多元异构设备的信息集成，实现对多元异构底层硬件设备的运行状态数据的实时获取和存储，形成智能工厂大数据，为后续智能工厂大数据分析提供了基础，是数据转化为信息、设备之间合作和信息共享、信息转化为知识和决策反馈的基础，可加速智能工厂数字化智能化透明化管控进程。

实施例二

如图2所示，一种基于opcua的信息集成方法，包括以下步骤：

a1、opcua服务器与各plc控制器连接后，opcua服务器添加且配置各plc控制器的通讯信道，并在opcua服务器上建立与各plc控制器相对应的地址空间。

a2、各plc控制器获取并存储生产设备的状态信息和控制信息，并将获取到的信息发送至opcua服务器。

a3、opcua服务器将接收到的信息按照预设的方式进行存储。

其中，步骤a3具体为：opcua服务器将接收到各plc控制器的信息分别存储在与各plc控制器对应的地址空间内。

a4、车间控制层按照opcua通讯标准与opcua服务器进行通讯，并读取和存储opcua服务器内的信息，实现对设备层的信息集成。

所述车间控制层包括opcua客户端和数据库，步骤a4具体为：层包括opcua客户端和数据库，所述步骤s3，具体为：

opcua客户端按照opcua通讯标准访问opcua服务器，并读取opcua服务器内的信息后，将读取到的信息存储到数据库内。其中，所述数据库采用sqlserver数据库。

通过上述方法，可以有效方便地实现智能工厂管理软件对多元异构设备的信息集成，实现对多元异构底层硬件设备的运行状态数据的实时获取和存储，形成智能工厂大数据，为后续智能工厂大数据分析提供了基础，是数据转化为信息、设备之间合作和信息共享、信息转化为知识和决策反馈的基础，可加速智能工厂数字化智能化透明化管控进程。

具体实施例一

参照图3，以下结合车间控制层实时读取电机的转速的例子进行详细解释，所述电机上设有相应的电机plc控制器。

(1)以kepserverex作为opcua服务器，添加和配置支持该电机plc控制器的通讯协议的信道，且添加驱动接口，然后在该设备下添加与plc寄存器地址相对应地址空间。

(2)plc控制器实时获取电机的转速信息，且将转速信息存储到寄存器d1002地址后，将转速信息发送至opcua服务器。

(3)opcua服务器接收到转速信息后，在该电机plc控制器对应的地址空间进行存储，比如记录于数据标签d1002。

(4)opcua客户端通过ethernettcp/ip的方式实现对opcua服务器的访问，并读取opcua服务器内存储的转速信息，opcua客户端与opcua服务器的通讯协议为opcua协议标准。所述opcua客户端采用c#.net作为程序开发语言，且与以开源代码库opcuahelper作为开发基础。

(5)在sqlserver数据库中构建一个smartfactory数据库，并在smartfactory数据库内建立电机转速的数据表，opcua客户端通过调用system.data.sqlclient和system.data提供的类和方法，实现对sqlserver数据库的访问，并将从opcua服务器读取到的电机转速和相应的时间标签写入电机转速表中。

上述例子只是对电机的plc控制器进行了详解，其他硬件设备的plc控制器的信息集成方法相类似，在此不一一赘述。通过上述技术途径实现了智能工厂管理软件对plc管控的电机设备的信息集成，而kepserver服务器集成了100多种不同协议多元异构设备的驱动，因此通过本发明所述的技术途径，可以有效方便地实现智能工厂管理软件对多元异构设备的信息集成，可加速智能工厂数字化智能化管控进程。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。