CN112583824A - 一种基于opc ua的协议转换配置***和方法 - Google Patents

一种基于opc ua的协议转换配置***和方法 Download PDF

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蒋宗敏
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陈梦娴
戴文博
蔡怡挺
孙望舒
王化
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Abstract

本发明提供了一种基于OPC UA的协议转换配置***，利用数据采集模块、内存管理模块和OPC UA服务器模块进行参数数据传输，并通过DriveWatch管理模块进行数据传输进程管理，参数数据的格式转换由嵌入式***来完成，OPC UA服务器模块和OPC UA客户端提供转化数据的上传和下发数据的传输。本发明还提供了一种基于OPC UA的协议转换配置方法，首先初始化模块和设备，初始化后采集数据，并对数据进行格式转换，得到OPC UA格式数据，OPC UA服务器模块上传数据，OPC UA客户端读取数据并上传至数据监测与管理***。本发明提供的协议转换***和方法使得多个异构电力设备可以统一进行数据采集，且采集的数据以同一格式数据输出，更加方便管理与调用。

Description

一种基于OPC UA的协议转换配置***和方法
技术领域
本发明涉及电力设备运行状态监测技术领域，尤其是指一种基于OPC UA的协议转换配置***和方法。
背景技术
集成和互联互通是智能制造、工业4.0、电力物联网的关键支撑。电力***中不同厂家的现场设备接口不同、采集的数据不同，有的甚至不开放接口，因此实际使用中这些现场设备可能是一个信息孤岛或者很难被集成到现有***中。随着MES等各类工业软件的使用，各类电力设备的运行大数据分析依赖的现场数据需要通过现场设备集成到上层信息和管理***。随着现场设备种类的不断更新和增加，集成和互联互通的要求也越来越高，现场数据采集设备应具有对多种不同接口和协议的支持，同时需要以标准的接口对外输出，这样设备和***集成才能做到高效和标准化。
当前电力装备普遍采用的Modbus RTU和各类PLC协议等为主要现场数据采集接口，而OPC UA协议的设计较为开放，可以兼容现场协议中的各种类型的数据，所以采用了OPC UA协议作为唯一输出接口，实现电力装备现场采集数据的集成和互联。虽然面向OPCUA协议的转换设计已经有较多成熟产品，但是针对具体的同时接入执行Modbus标准协议的Mod bus设备、采用S7协议的西门子PLC通信设备、采用HostLink协议的欧姆龙PLC通信设备、采用三菱协议的三菱FX系列PLC通信设备和采用私有协议的机器人并采集其参数数据的应用场景，并未有相关技术方案。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种基于OPC UA的协议转换配置***和方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种基于OPC UA(OPC Unified Architecture OPC统一架构)的协议转换配置***，包括数据采集模块、DriveWatch管理模块、内存管理模块、嵌入式***、OPC UA服务器模块和OPC UA客户端，所述数据采集模块通过嵌入式***与内存管理模块连接，所述内存管理模块与OPC UA服务器模块连接，用于传输异构电力设备参数数据，所述嵌入式***用于转换异构电力设备参数数据为OPC UA数据格式；所述数据采集模块、内存管理模块和OPCUA服务器模块均与DriveWatch管理模块相连接，所述DriveWatch管理模块用于数据传输的进程管理；所述所述OPC UA客户端与OPC UA服务器模块进行通信连接，所述OPC UA客户端用于读取内存管理模块内数据并发送读取到的数据至数据监测与管理***，所述OPC UA客户端还用于传输下发至内存管理模块的数据。
在进行现场数据采集时常常遇见需要同时监测管理多个异构电力设备的参数数据的情况，异构电力设备所采用的通信协议均不同，所采集的参数数据类型也不同，所以在实际运用场景中，很难将所有的异构电力设备的参数数据集成到数据监测与管理***中。而将采集到的异构电力设备的参数数据全部转换为统一的格式数据输出，再传输至数据监测与管理***中，就可以避免异构电力设备参数数据无法全部传输至数据监测与管理***中的问题。通过嵌入式***对采集到的异构电力设备参数数据进行数据格式转换，嵌入式***的可编程性保证了协议转换配置***可以适应多种现场应用场景。将转换的数据格式确定为OPC UA格式，OPC UA协议的设计较为开放，可以兼容现场数据采集过程中采集到的各种类型的数据，将异构电力设备参数数据转换成OPC UA格式数据较为简单方便。
进一步的，所述数据采集模块包括若干个采集单元，每个所述采集单元包括一种通信协议，每个所述采集单元与支持采集单元对应通信协议的异构电力设备为通信连接；所述采集单元和异构电力设备均包括RS485接口，所述采集单元和异构电力设备通过RS485接口进行通信连接。
通过设置多个采集单元来连接异构电力设备，每个采集单元对应一种通讯协议，在进行数据采集时，根据异构电力设备数据输出接口采用的通讯协议来选择采集单元，提高了数据转换的正确率。
进一步的，所述异构电力设备包括采用Modbus标准协议数据采集接口的Modbus设备，采用S7协议数据采集接口的西门子PLC通信设备，采用HostLink协议数据采集接口的欧姆龙PLC通信设备，采用三菱协议数据采集接口的三菱FX系列PLC通信设备。
适用于市面上常见的电力设备，可以满足大多数现场参数采集的需求。
进一步的，所述所述数据监测与管理***具体为SCADA***和MES***。
在进行现场数据采集后，采集到的数据需要进行处理应用，所以需要利用数据监测与管理***来接收并分配采集到的数据，SCADA***为数据采集与监控***，连接设备层和制造层，SCADA***通过接收到的数据来产生各种设备资料；而MES***为制造执行***，通过SCADA***产生的设备资料并结合现场生产情况来解决现场生产出现的问题。在一般化的应用场景中，SCADA***负责的是数据监测，而MES***则负责对数据进行管理两者配合时，可以很好的实现集成和互联。
进一步的，一种基于OPC UA的协议转换配置方法，适应于上述的一种基于OPC UA的协议转换配置***，包括以下步骤：
步骤一：DriveWatch管理模块进行网卡地址配置和数据采集模块配置，DriveWatch管理模块控制完成数据采集模块以及与数据采集模块连接的异构电力设备的初始化，并启动内存管理模块和OPC UA服务器模块；
步骤二：数据采集模块对异构电力设备进行参数数据采集，所述数据采集模块将异构电力设备参数数据上传至嵌入式***进行数据转换，所述嵌入式***将异构电力设备参数数据转换为OPC UA格式数据并送入内存管理模块内保存；
步骤三：通过所述OPC UA客户端设置执行数据通知的循环周期，每个循环周期内，所述内存管理模块每接收到一次嵌入式***传输的OPC UA格式数据，所述内存管理模块将此次收到的OPC UA格式数据打包成一个数据包并将所述数据包送入OPC UA服务器模块内进行保存；
步骤四：通过OPC UA客户端选择发布请求，若选择发布数据上传请求，则执行步骤五，若选择发布数据下发请求，则执行步骤六；
步骤五：OPC UA客户端向OPC UA服务器模块发送发布数据上传请求，OPC UA服务器模块确定发布数据上传请求所处循环周期，所述OPC UA服务器模块将该循环周期内保存的所有数据包上传至OPC UA客户端，OPC UA客户端对所有数据包进行读取，OPC UA客户端将读取后数据发送至数据监测与管理***，并返回执行步骤四；
步骤六：OPC UA客户端向OPC UA服务器模块发送发布数据下发请求，并同时发送下发的数据，所述OPC UA服务器模块将所述下发的数据写入内存管理模块，所述内存管理模块将所述下发的数据通过数据采集模块传输至异构电力设备内，返回执行步骤四。
通过DriveWatch管理模块启动整个***的工作，并进行了初始的配置，减少了工作人员初始化***和电力设备的工作量，且OPC UA格式数据均保存于内存管理模块内，且每上传一次数据就将该数据打包，将数据细化，方便OPC UA客户端读取，且还具备数据下发的功能，可以通过下发指令来直接改变异构电力设备，减少出现问题时，停止工作检修带来的损失。
进一步的，所述数据采集模块配置包括数据采集配置、数据解析配置和数据点参数配置。
由于每个异构电力设备所采集的参数数据类型也不同，所以需要在采集数据前先配置好数据采集模块，从而准确的获得所需要的参数数据。
进一步的，所述数据采集、数据解析以及数据点参数均通过异构电力设备支持的通信协议与OPC UA的映射关系进行配置。
本发明的有益效果是：
采用了多个数据采集单元，且每个数据采集单元数据接收接口所采用的通讯协议都不同，当现场采集数据时，异构电力设备接口通讯协议类型不同以及采集参数类型不同的问题得到解决，异构电力设备可以进行统一接入数据采集模块。虽然采集到了不同类型的参数数据，但是通过嵌入式***的转换后，可以统一数据格式，上传至数据监测于管理***，可以更加快捷方便的调用控制异构电力设备的参数数据。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的一种流程示意图；
图3是本发明实施例的一种协议转换场景；
图4是本发明实施例的一种嵌入式***硬件结构图；
其中：1、数据采集模块，1-1、采集单元，2、DriveWatch管理模块，3、内存管理模块，4、嵌入式***，4-1、嵌入式微处理器，4-2、Flash模块，4-3、SDRAM模块，4-4、JTAG模块，4-5、电源模块，4-6、时钟模块，4-7、UART模块，4-8、复位模块，4-9、以太网口模块，4-10RS232/485串口通讯模块，4-11***总线扩展模块，5、OPC UA服务器模块，6、OPC UA客户端，7、数据监测与管理***，7-1、SCADA***，7-2、MES***，8、异构电力设备。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例：
一种基于OPC UA的协议转换配置***，如图1所示，包括数据采集模块1、DriveWatch管理模块2、内存管理模块3、嵌入式***4、OPC UA服务器模块5和OPC UA客户端6，所述数据采集模块1通过嵌入式***4与内存管理模块3连接，所述内存管理模块3与OPCUA服务器模块5连接，用于传输异构电力设备参数数据，所述嵌入式***4用于转换异构电力设备参数数据为OPC UA数据格式；所述数据采集模块1、内存管理模块3和OPC UA服务器模块5均与DriveWatch管理模块2相连接，所述DriveWatch管理模块2用于数据传输的进程管理；所述所述OPC UA客户端6与OPC UA服务器模块5进行通信连接，所述OPC UA客户端6用于读取内存管理模块3内数据并发送读取到的数据至数据监测与管理***7，所述OPC UA客户端6还用于传输下发至内存管理模块3的数据。
嵌入式***4为了满足正常工作的需要，需要达到以下功能和性能指标：时钟(晶振)具有10MHz的频率；***掉电后能有效保存用户数据并进行ESD防护；采用UART模块实现短距离双向串行通信；具有串口隔离保护，支持多种通道配置；用户可以利用JTAG接口对***进行调试、编程，并能根据自身的特定需求利用***总线扩展***电路，进行二次开发。
如图4所示，嵌入式***4的硬件平台以ARM内核嵌入式微处理器4-1为中心，具有完全相配接的电路/模块，包括Flash模块4-2、SDRAM模块4-3、JTAG模块4-4、电源模块4-5、时钟模块4-6、UART模块4-7、复位模块4-8、以太网口模块4-9、RS232/485串口通讯模块4-10以及***总线扩展模块4-11，保证嵌入式微处理器正常运行的***。
所述嵌入式***4利用Linux***进行开发编写。
所述数据采集模块1包括若干个采集单元，每个所述采集单元1-1包括一种通信协议，每个所述采集单元1-1与支持采集单元1-1对应通信协议的异构电力设备为通信连接；所述采集单元1-1和异构电力设备8均包括RS485接口，所述采集单元1-1和异构电力设备8通过RS485接口进行通信连接。
如图3所示，所述异构电力设备8包括采用Modbus标准协议数据采集接口的Modbus设备，采用S7协议数据采集接口的西门子PLC通信设备，采用HostLink协议数据采集接口的欧姆龙PLC通信设备，采用三菱协议数据采集接口的三菱FX系列PLC通信设备，还包括数据传输接口不对外开放，需要使用专用协议的ABB机器人。
所述所述数据监测与管理***7具体为SCADA***7-1和MES***7-2。
一种基于OPC UA的协议转换配置方法，适应于上述的一种基于OPC UA的协议转换配置***，如图2所示，包括以下步骤：
步骤一：DriveWatch管理模块2进行网卡地址配置和数据采集模块1配置，DriveWatch管理模块2控制完成数据采集模块1以及与数据采集模块1连接的异构电力设备8的初始化，并启动内存管理模块3和OPC UA服务器模块5；
步骤二：数据采集模块1对异构电力设备8进行参数数据采集，所述数据采集模块1将异构电力设备8参数数据上传至嵌入式***4进行数据转换，所述嵌入式***4将异构电力设备8参数数据转换为OPC UA格式数据并送入内存管理模块3内保存；
步骤三：通过所述OPC UA客户端6设置执行数据通知的循环周期，每个循环周期内，所述内存管理模块3每接收到一次嵌入式***4传输的OPC UA格式数据，所述内存管理模块3将此次收到的OPC UA格式数据打包成一个数据包并将所述数据包送入OPC UA服务器模块5内进行保存；
步骤四：通过OPC UA客户端6选择发布请求，若选择发布数据上传请求，则执行步骤五，若选择发布数据下发请求，则执行步骤六；
步骤五：OPC UA客户端6向OPC UA服务器模块5发送发布数据上传请求，OPC UA服务器模块5确定发布数据上传请求所处循环周期，所述OPC UA服务器模块5将该循环周期内保存的所有数据包上传至OPC UA客户端6，OPC UA客户端6对所有数据包进行读取，OPC UA客户端6将读取后数据发送至数据监测与管理***7，并返回执行步骤四；
步骤六：OPC UA客户端6向OPC UA服务器模块5发送发布数据下发请求，并同时发送下发的数据，下发的数据通过配置软件写入OPC UA客户端，所述配置软件数据传输接口使用专用协议与OPC UA客户端进行通信。所述OPC UA服务器模块5将所述下发的数据写入内存管理模块3，所述内存管理模块3将所述下发的数据通过数据采集模块1传输至异构电力设备8内，返回执行步骤四。
所述数据采集模块1配置包括数据采集配置、数据解析配置和数据点参数配置。
所述数据采集、数据解析以及数据点参数均通过异构电力设备8支持的通信协议与OPC UA的映射关系进行配置。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种基于OPC UA的协议转换配置***，其特征在于，包括数据采集模块(1)、DriveWatch管理模块(2)、内存管理模块(3)、嵌入式***(4)、OPC UA服务器模块(5)和OPCUA客户端(6)，所述数据采集模块(1)通过嵌入式***(4)与内存管理模块(3)连接，所述内存管理模块(3)与OPC UA服务器模块(5)连接，用于传输异构电力设备(8)参数数据，所述嵌入式***(4)用于转换异构电力设备(8)参数数据为OPC UA数据格式；所述数据采集模块(1)、内存管理模块(3)和OPC UA服务器模块(5)均与DriveWatch管理模块(2)相连接，所述DriveWatch管理模块(2)用于数据传输的进程管理；所述所述OPC UA客户端(6)与OPC UA服务器模块(5)进行通信连接，所述OPC UA客户端(6)用于读取内存管理模块(3)内数据并发送读取到的数据至数据监测与管理***(7)，所述OPC UA客户端(6)还用于传输下发至内存管理模块(3)的数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于OPC UA的协议转换配置***，其特征在于，所述数据采集模块(1)包括若干个采集单元(1-1)，每个所述采集单元(1-1)包括一种通信协议，每个所述采集单元(1-1)与支持采集单元(1-1)对应通信协议的异构电力设备(8)为通信连接；所述采集单元(1-1)和异构电力设备(8)均包括RS485接口，所述采集单元(1-1)和异构电力设备(8)通过RS485接口进行通信连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于OPC UA的协议转换配置***，其特征在于，所述异构电力设备(8)包括采用Modbus标准协议数据采集接口的Modbus设备，采用S7协议数据采集接口的西门子PLC通信设备，采用HostLink协议数据采集接口的欧姆龙PLC通信设备，采用三菱协议数据采集接口的三菱FX系列PLC通信设备。
4.根据权利要求1所述的一种基于OPC UA的协议转换配置***，其特征在于，所述所述数据监测与管理***(7)具体为SCADA***(7-1)和MES***(7-2)。
5.根据权利要求1所述的一种基于OPC UA的协议转换配置方法，适用于权利要求1-4所述的一种基于OPC UA的协议转换配置***，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：DriveWatch管理模块(2)进行网卡地址配置和数据采集模块(1)配置，DriveWatch管理模块(2)控制完成数据采集模块(1)以及与数据采集模块(1)连接的异构电力设备(8)的初始化，并启动内存管理模块(3)和OPC UA服务器模块(5)；
步骤二：数据采集模块(1)对异构电力设备(8)进行参数数据采集，所述数据采集模块(1)将异构电力设备(8)参数数据上传至嵌入式***(4)进行数据转换，所述嵌入式***(4)将异构电力设备(8)参数数据转换为OPC UA格式数据并送入内存管理模块(3)内保存；
步骤三：通过所述OPC UA客户端(6)设置执行数据通知的循环周期，每个循环周期内，所述内存管理模块(3)每接收到一次嵌入式***(4)传输的OPC UA格式数据，所述内存管理模块(3)将此次收到的OPC UA格式数据打包成一个数据包并将所述数据包送入OPC UA服务器模块(5)内进行保存；
步骤四：通过OPC UA客户端(6)选择发布请求，若选择发布数据上传请求，则执行步骤五，若选择发布数据下发请求，则执行步骤六；
步骤五：OPC UA客户端(6)向OPC UA服务器模块(5)发送发布数据上传请求，OPC UA服务器模块(5)确定发布数据上传请求所处循环周期，所述OPC UA服务器模块(5)将该循环周期内保存的所有数据包上传至OPC UA客户端(6)，OPC UA客户端(6)对所有数据包进行读取，OPC UA客户端(6)将读取后数据发送至数据监测与管理***(7)，并返回执行步骤四；
步骤六：OPC UA客户端(6)向OPC UA服务器模块(5)发送发布数据下发请求，并同时发送下发的数据，所述OPC UA服务器模块(5)将所述下发的数据写入内存管理模块(3)，所述内存管理模块(3)将所述下发的数据通过数据采集模块(1)传输至异构电力设备(8)内，返回执行步骤四。
6.根据权利要求5所述的一种基于OPC UA的协议转换配置方法，其特征在于，所述数据采集模块(1)配置包括数据采集配置、数据解析配置和数据点参数配置。
7.根据权利要求6所述的一种基于OPC UA的协议转换配置方法，其特征在于，所述数据采集、数据解析以及数据点参数均通过异构电力设备(8)支持的通信协议与OPC UA的映射关系进行配置。
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