CN113268888B - 一种工业自动化***中控制与信息模型融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业自动化***中控制与信息模型融合方法，涉及工业自动化领域，其设计基于IEC 61499控制模型与OPC UA信息模型间的映射规则集，具体包括，设计实体映射规则、设计关系映射规则、设计管理映射规则。本发明通过实现控制模型与信息模型的统一集成方法，有利于在统一的模型中通过一次修改实现控制模型和信息模型的同时更新，既降低了修改模型过程的工作量和难度，也增强了控制模型与信息模型间的互操作性。

Description

一种工业自动化***中控制与信息模型融合方法

技术领域

本发明涉及工业与自动化领域，尤其涉及一种工业自动化***中控制与信息模型融合方法。

背景技术

在目前的工业***中，控制模型与信息模型往往是分开运行的两种模型，两者之间基本不能实现互操作。往往在生产流程需要进行更改时，工程人员需要分别去修改控制模型中的代码逻辑和信息模型中的数据处理逻辑，工作繁琐且耗时，两种模型之间交互过程中的接口兼容性问题也大大增加了调整生产流程的工作量和难度。

现有的控制模型与信息模型的集成方法是一种弱相关的集成方法，是在控制模型编程环境中引入信息模型接口模块，通过接口模块实现与信息模型的互操作。其缺点为：(1)只有关联到接口模块的变量才参与了模型间的交互，模型间互操作性较低。

(2)使用不方便，对同一个变量的不同操作(读/写)要调用不同类型的模块。

(3)参与模型间交互的变量增多时，接口模块与控制模型其他模块间的连线也会大量增加，大大降低控制模型的可读性，修改控制模型的难度也将增加。

(4)通过接口模块处关联变量的方式不能体现信息模型内部的层次结构关系。

本发明所要解决的技术问题，是解决控制模型与信息模型之间交互过程的接口兼容性问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种工业自动化***中控制与信息模型融合方法，通过实现控制模型与信息模型的统一集成方法，有利于在统一的模型中通过一次修改实现控制模型和信息模型的同时更新，既降低了修改模型过程的工作量和难度，也增强了控制模型与信息模型间的互操作性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是实现控制模型与信息模型之间交互过程的接口兼容性问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种工业自动化***中控制与信息模型融合方法，其设计基于IEC 61499控制模型与OPC UA(OPC Unified Architecture，OPC统一架构，是OPC基金会应用在自动化技术方面的网络传输协议和信息建模方法)信息模型间的映射规则集，所述映射规则集包括实体映射规则、关系映射规则和管理映射规则，其包括以下步骤：

步骤1、实体映射，将IEC 61499控制模型中的***模型、设备模型、资源模型、应用模型、功能块模型所包含的实体映射到OPC UA信息模型或自定义的信息模型，得到IEC61499控制模型的实体在OPC UA信息模型或自定义的信息模型中的节点表述；

步骤2、关系映射，将IEC 61499控制模型中的***模型、设备模型、资源模型、应用模型、功能块模型所包含的实体间的层级关系和非层级关系映射到OPC UA引用集中，通过所述引用集中的引用类型表示OPC UA信息模型或自定义的信息模型中的节点与节点之间的关系；

步骤3、管理映射，将IEC 61499控制模型的实体的管理指令映射到OPC UA服务集中的特定服务，以OPC UA服务集中的服务为基础，定义出IEC 61499管理指令服务，在使用时可将定义的IEC 61499管理指令服务绑定到OPC UA方法节点，通过方法节点实现对所述管理指令服务的调用。

进一步地，所述步骤1中的实体映射，其规则为两种：

在IEC 61499实体与OPC UA信息模型中的实体存在相似性的情况下，则以OPC UA信息模型中的实体为基类，派生出IEC 61499-OPC UA实体类型；

在OPC UA信息模型中不存在IEC 61499相似实体的情况下，则以OPC UA基本对象类型为基础，根据IEC 61499实体的特征来定义相应的对象类型。

进一步地，所述步骤1中的实体映射，其规则可分为两部分，第一部分包含功能块层级之上的映射规则，包括***、设备、应用、资源映射规则，第二部分包含功能块层级的映射规则。

进一步地，，所述步骤2中的关系映射，其以OPC UA信息模型中的内置引用表述IEC61499控制模型中的实体的层级关系，将IEC 61499控制模型中的实体的非层级关系映射到自定义引用。

进一步地，所述步骤3中的管理映射，在实现其管理映射规则时，在使用时可将定义的IEC 61499管理指令服务绑定到OPC UA方法节点，通过方法节点实现对所述管理指令服务的调用。

进一步地，所述第一部分包含功能块层级之上的映射规则，其将IEC 61499控制模型中的***、设备、应用、资源实体映射到IEC 61499-OPC UA的***模型的节点。

进一步地，所述第二部分包含功能块层级的映射规则，其将IEC 61499控制模型中的功能块层级的实体映射到IEC 61499-OPC UA的FB(功能块)模型的节点。

进一步地，所述IEC 61499-OPC UA的***模型的节点，其以OPC UA信息模型中的实体为基类，由元模型基类直接派生出IEC 61499-OPC UA的实体类型，或由元模型基类派生出OPC UA设备模型，再由所述OPC UA设备模型派生出IEC 61499-OPC UA实体类型。

进一步地，所述IEC 61499-OPC UA的FB模型的节点，其以OPC UA信息模型中的实体为基类，由元模型基类直接派生出IEC 61499-OPC UA实体类型，或由元模型基类派生出OPC UA设备模型或条件模型或状态机模型，再由所派生出的OPC UA设备模型或条件模型或状态机模型派生出IEC 61499-OPC UA的实体类型。

进一步地，所述步骤3的所述IEC 61499控制模型的实体的管理指令包括：“创建”，“删除”，“启动/停止/终止/重置”，“查询”，“读”，“写”，“浏览”，所述管理指令中的“创建”可以结合三种对象节点：“功能块/事件”、“连接”、“监视”，所述管理指令中的“删除”可以结合三种对象节点：“功能块/事件”、“连接”、“监视”；

所述步骤3的所述管理映射关系，由管理指令结合相应的对象节点后映射到OPCUA服务集中的服务，具体为：

“创建”结合“功能块/事件”映射到“添加节点服务”，(根据组件类型对应不同的节点类型)，

“创建”结合“连接”映射到“添加引用服务”，(根据连接类型对应不同的引用类型)，

“创建”结合“监视”映射到“创建订阅/监视项服务”，

“删除”结合“功能块/事件”映射到“删除节点服务”，(根据组件类型对应不同的节点类型)，

“删除”结合“连接”映射到“删除引用服务”，(根据连接类型对应不同的引用类型)，

“删除”结合“监视”映射到“删除订阅/监视项服务”，

“启动/停止/终止/重置”映射到“调用(方法)服务”，

“查询”映射到“查询服务”，

“读”映射到“读/历史读服务”，

“写”映射到“写/历史更新服务”，

“浏览”映射到“浏览服务”；

OPC UA服务器中的所述“添加节点服务”与“删除节点服务”，根据“功能块/事件”组件类型对应不同的节点类型；

OPC UA服务器中的所述“添加引用服务”与“删除引用服务”，根据“连接”类型对应不同的引用类型。

在本发明的较佳实施方式中，可以实现基于IEC 61499控制模型与OPC UA信息模型间的映射规则集，解决控制模型与信息模型之间交互过程的接口兼容性问题。

本发明有利于在统一的模型中通过一次修改实现控制模型和信息模型的同时更新，既降低了修改模型过程的工作量和难度，也增强了控制模型与信息模型间的互操作性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的实体映射规则第1部分；

图2是本发明的一个较佳实施例的实体映射规则第2部分；

图3是本发明的一个较佳实施例的关系映射规则；

图4是本发明的一个较佳实施例的管理映射规则。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，实现了基于IEC 61499控制模型与OPC UA信息模型间的实体映射规则第1部分，包含了功能块层级之上(***、设备、应用、资源等)的映射规则。其以OPC UA信息模型中的实体为基类，由元模型基类直接派生出IEC 61499-OPC UA的实体类型，或由元模型基类派生出OPC UA设备模型，再由该OPC UA设备模型派生出IEC 61499-OPC UA实体类型。此部分实体映射实现了***、设备、应用、资源等实体由IEC 61499控制模型实体与OPCUA节点相对应，使IEC 61499控制模型的***、设备、应用、资源等实体在OPC UA信息模型中有了具体的节点表述。

如图2所示，实现了基于IEC 61499控制模型与OPC UA信息模型间的实体映射规则第2部分功能块层级的映射。

ECC(Execution Control Chart)执行控制表，是IEC 61499中的一种有限状态机模型。

其以OPC UA信息模型中的实体为基类，由元模型基类直接派生出IEC 61499-OPCUA实体类型，或由元模型基类派生出OPC UA设备模型或条件模型或状态机模型，再由所派生出的OPC UA设备模型或条件模型或状态机模型派生出IEC 61499-OPC UA的实体类型。此部分实体映射实现了功能块实体由IEC 61499控制模型实体与OPC UA节点相对应，使IEC61499控制模型的功能块实体在OPC UA信息模型中有了具体的节点表述。

通过图1和图2的实体映射，IEC 61499控制模型的全部实体在OPC UA信息模型中有了具体的节点表述。

如图3所示，实现了基于IEC 61499控制模型与OPC UA信息模型间的关系映射。关系映射规则将各层模型中的实体间的层级关系和非层级关系映射到OPC UA引用集中。OPCUA的内置引用类型足以表示实体间的层级关系，只需要将实体间非层级关系转换成映射类型，并添加到引用集中。

通过图1和图2的实体映射规则和图3关系映射规则，IEC 61499控制模型实现了与OPC UA信息模型的关联，控制模型的变化会通过映射规则直接反映在信息模型中，实现了从IEC 61499控制模型到OPC UA信息模型的操作。

如图4所示，实现了基于IEC 61499控制模型与OPC UA信息模型间的管理映射。管理映射规则借助了OPC UA服务集，通过实体映射规则和关系映射规则的分析，将不同的管理指令映射到特定的OPC UA服务。例如，实体映射规则中功能块映射为功能块对象节点，则调用添加(功能块)节点服务就是IEC 61499中添加功能块的管理指令，就会在在信息模型中添加一个功能块对象节点，在控制模型中添加一个功能块。在实现管理映射规则时，以OPC UA服务集中的服务为基础，定义出IEC 61499管理指令服务，在使用时将服务绑定到方法节点，通过方法节点实现对管理服务的调用。

图4在信息模型中引入IEC 61499管理指令，实现了OPC UA信息模型对IEC 61499控制模型的操作。

以上图1、图2、图3、图4完成了基于IEC 61499控制模型与OPC UA信息模型间的映射规则集，解决了控制模型与信息模型之间交互过程的接口兼容性问题。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种工业自动化***中控制与信息模型融合方法，其特征在于，设计基于IEC61499控制模型与OPC UA信息模型间的映射规则集，所述映射规则集包括实体映射规则、关系映射规则和管理映射规则，包括以下步骤：

步骤1、实体映射，将IEC 61499控制模型中的***模型、设备模型、资源模型、应用模型、功能块模型所包含的实体映射到OPC UA信息模型，得到IEC 61499控制模型的实体在OPC UA信息模型中的节点表述；

步骤2、关系映射，将IEC 61499控制模型中的***模型、设备模型、资源模型、应用模型、功能块模型所包含的实体间的层级关系和非层级关系映射到OPC UA引用集中，通过所述引用集中的引用类型表示OPC UA信息模型中的节点与节点之间的关系；

步骤3、管理映射，将IEC 61499控制模型的实体的管理指令映射到OPC UA服务集中的特定服务，以OPC UA服务集中的服务为基础，定义出IEC 61499管理指令服务，在使用时可将定义的IEC 61499管理指令服务绑定到OPC UA方法节点，通过方法节点实现对所述管理指令服务的调用。

2.如权利要求1所述的工业自动化***中控制与信息模型融合方法，其特征在于，所述步骤1中的所述实体映射，其规则为：

在IEC 61499实体与OPC UA信息模型中的实体存在相似性的情况下，则以OPC UA信息模型中的实体为基类，派生出IEC 61499-OPC UA实体类型；

在OPC UA信息模型中不存在IEC 61499相似实体的情况下，则以OPC UA基本对象类型为基础，根据IEC 61499实体的特征来定义相应的对象类型。

3.如权利要求1所述的工业自动化***中控制与信息模型融合方法，其特征在于，所述步骤1中的所述实体映射，其规则可分为两部分，第一部分包含功能块层级之上的映射规则，包括***、设备、应用、资源映射规则，第二部分包含功能块层级的映射规则。

4.如权利要求1所述的工业自动化***中控制与信息模型融合方法，其特征在于，所述步骤2中的所述关系映射，以OPC UA信息模型中的内置引用表述IEC 61499控制模型中的实体的层级关系。

5.如权利要求1所述的工业自动化***中控制与信息模型融合方法，其特征在于，所述步骤3中的所述管理映射，在使用时将定义的IEC 61499管理指令服务绑定到OPC UA方法节点，通过方法节点实现对所述管理指令服务的调用。

6.如权利要求3所述的工业自动化***中控制与信息模型融合方法，其特征在于，所述第一部分包含功能块层级之上的映射规则，将IEC 61499控制模型中的***、设备、应用、资源实体映射到IEC 61499-OPC UA的***模型的节点。

7.如权利要求3所述的工业自动化***中控制与信息模型融合方法，其特征在于，所述第二部分包含功能块层级的映射规则，将IEC 61499控制模型中的功能块层级的实体映射到IEC 61499-OPC UA的FB模型的节点。

8.如权利要求6所述的工业自动化***中控制与信息模型融合方法，其特征在于，所述IEC 61499-OPC UA的***模型的节点，以OPC UA信息模型中的实体为基类，由元模型基类直接派生出IEC 61499-OPC UA的实体类型，或由元模型基类派生出OPC UA设备模型，再由所述OPC UA设备模型派生出IEC 61499-OPC UA实体类型。

9.如权利要求7所述的工业自动化***中控制与信息模型融合方法，其特征在于，所述IEC 61499-OPC UA的FB模型的节点，以OPC UA信息模型中的实体为基类，由元模型基类直接派生出IEC 61499-OPC UA实体类型，或由元模型基类派生出OPC UA设备模型或条件模型或状态机模型，再由所派生出的OPC UA设备模型或条件模型或状态机模型派生出IEC61499-OPC UA的实体类型。

10.如权利要求1所述的工业自动化***中控制与信息模型融合方法，其特征在于，所述步骤3的所述IEC 61499控制模型的实体的管理指令包括：“创建”，“删除”，“启动/停止/终止/重置”，“查询”，“读”，“写”，“浏览”，所述管理指令中的“创建”可以结合三种对象节点：“功能块/事件”、“连接”、“监视”，所述管理指令中的“删除”可以结合三种对象节点：“功能块/事件”、“连接”、“监视”；

所述步骤3的所述管理映射关系，由管理指令结合相应的对象节点后映射到OPC UA服务集中的服务，具体为：

“创建”结合“功能块/事件”映射到“添加节点服务”，

“创建”结合“连接”映射到“添加引用服务”，

“创建”结合“监视”映射到“创建订阅/监视项服务”，

“删除”结合“功能块/事件”映射到“删除节点服务”，

“删除”结合“连接”映射到“删除引用服务”，

“删除”结合“监视”映射到“删除订阅/监视项服务”，

“启动/停止/终止/重置”映射到“调用服务”，

“查询”映射到“查询服务”，

“读”映射到“读/历史读服务”，

“写”映射到“写/历史更新服务”，

“浏览”映射到“浏览服务”；

OPC UA服务器中的所述“添加节点服务”与“删除节点服务”，根据“功能块/事件”组件类型对应不同的节点类型；

OPC UA服务器中的所述“添加引用服务”与“删除引用服务”，根据“连接”类型对应不同的引用类型。

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