基于异构工业数据采集协议的通用模型抽象系统及方法技术方案

基于异构工业数据采集协议的通用模型抽象系统及方法，系统包括工业物联网平台、工业网关、PLC和工业设备；工业物联网平台包括设备物模型模块、工业通讯协议模型模块、物模型与通讯协议映射模块以及数采配置发布模块；设备物模型模块用于配置基于工业设备的设备物模型，获取工业设备的物模型实例；工业通讯协议模型模块用于配置工业通讯协议模型，获取工业设备的通讯协议参数；物模型与通讯协议映射模块用于建立从物模型实例到通讯协议参数的动态映射，即获得数采配置；数采配置发布模块用于发布数采配置至边缘端的工业网关；工业网关用于数采配置的自动接收，基于数采配置进行相关设备工业数据采集。关设备工业数据采集。关设备工业数据采集。

【技术实现步骤摘要】
基于异构工业数据采集协议的通用模型抽象系统及方法


[0001]本专利技术涉及工业互联网的物联网
，具体涉及一种基于异构工业数据采集协议的通用模型抽象系统及方法。

技术介绍

[0002]工业生产的过程中，源源不断的产生设备工艺的数据、环境的数据、物料与产品的数据。这些数据与时序相关，体现了工业产品生产流程的全生命周期；这些数据的采集和融合，是实现智能制造的基础。
[0003]工业设备生产数据的一般通过直连工业设备的PLC(可编程控制器)产生。根据生产状况，一个厂区内可能设有一个或多个PLC，每个PLC可以连接多个或多种工业设备。一个工业设备可能由多个组件构成，其生产数据包括各组件的运行数据。当前对工业数据采集的工作，主要是通过配置部署在工业现场的工业网关来完成。工业网关部署在边缘端，通过OPC UA等标准工业通讯协议，或厂商专有协议接入PLC或直连设备的方式获取工业设备数据，是一种充当转换重任的计算机系统或设备。工业网关着力于数据多态、协议多样的兼容性和数据的边缘处理，支持对工业数采的配置化部署和操作。
[0004]然而在对工业网关进行数采配置和实施时，由于面向的工业通讯协议多样，设备工艺流程多样，往往需要技术人员深厚的专业知识和经验沉淀。同时由于项目实施大部分情况下，数采的实施与业务应用开发由不同人员完成，数采的配置往往不能满足后续业务抽象的需要。
[0005]随着工业互联网的发展，工业物联网技术得到了越来越多的应用。工业物联网平台的核心功能是通过物联网通讯协议(如MQTT,OPC UA等)实现对工业数据的采集，并在此基础上通过物模型定义实现设备抽象与实时数据流处理、存储与转发。一方面，它接入边缘层工业网关或设备，实现对不同产线、厂区的工业现场数据的采集与融合。另一方面，它通过设备数采建模，提供了统一的抽象模式，使之更方便的实现数采数据的处理和利用，有利于后续一体化管控和优化需求的实现。
[0006]设备数采建模的工作，主要是从业务应用场景出发，将物联网空间中的实体设备数字化，并在云端构建该实体设备的数据模型，得到设备物模型。设备物模型是传感器传输设备数据的一种数据模型，可以以服务调用的形式提供给上层模块或应用。虽然提供了很大的业务和应用的便利，但由于整个建模的工作与工业网关数采配置的过程是割裂的，因此其数据模型与工业网关采集的数据往往存在数据类型、格式、采集周期等等方面的不一致。造成了后续数据转换的麻烦，甚至有数据不兼容不符合要求的情况发生。如果要通过人工配置来解决不兼容的问题，则需要同时掌握业务层模型与设备层协议，开发成本高。

技术实现思路

[0007]鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本专利技术实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于异构工业数据采集协议的通用模型抽象系统，具体
方案如下：
[0008]作为本专利技术的第一方面，提供一种基于异构工业数据采集协议的通用模型抽象系统，其特征在于，所述系统包括工业物联网平台、工业网关、PLC和工业设备，所述工业物联网平台和工业网关通过以太网连接，所述工业网关通过PLC与工业设备连接；所述工业物联网平台包括设备物模型模块、工业通讯协议模型模块、物模型与通讯协议映射模块以及数采配置发布模块；
[0009]所述设备物模型模块用于配置基于工业设备的设备物模型，获取工业设备的物模型实例；
[0010]所述工业通讯协议模型模块用于配置工业通讯协议模型，获取工业设备的通讯协议参数；
[0011]所述物模型与通讯协议映射模块用于建立从物模型实例到通讯协议参数的动态映射，即获得数采配置；
[0012]所述数采配置发布模块用于发布数采配置至边缘端的工业网关；
[0013]所述工业网关用于数采配置的自动接收，基于所述数采配置进行相关设备工业数据采集。
[0014]进一步地，物模型实例包括包含如下相关模型概念：
[0015]产品，是设备的一个抽象集合，由唯一的产品标识标定。
[0016]设备，是产品的一个具体实例，一个设备必须对应唯一一个产品。
[0017]属性，即设备的功能测点，包括开关量，度量量等，是产品/设备具备的最细粒度的能力或用途。一个产品可以包含多个属性，属性定义的关键信息有：
[0018]A)属性标识，如temperature,pressure等。
[0019]B)数据类型，包括布尔型，整形，浮点型，字符串等。
[0020]C)度量单位，如摄氏度、千帕等。
[0021]D)通讯参数，即对该功能测点的数据采集做的参数配置，如物理地址address，是否可读写rw，扫描周期scan_interval等。
[0022]进一步地，对工业通讯协议进行建模管理，包含如下相关模型概念：
[0023]通讯协议，指边缘端工业网关与工业设备或PLC连接通讯的协议；包含如下关键信息：
[0024]协议标识，代表具体通讯协议类型，常用如OPC UA,Siemens S7
‑
200,Modbus RTU Seria等。
[0025]协议参数标识，指在配置通讯协议所需参数，如设备扫描周期DEVICE_SCAN_MODE_RATE_MS等。
[0026]协议参数类型，指对协议参数的分类，通常以参与通讯的概念实体分类，有数据通道，设备，功能测点类型。边缘工业网关的数采配置通常需要围绕工业通讯协议对数据通道、设备、功能测点进行配置，因此协议参数同样以此为分类依据，包括。
[0027]A)数据通道类型参数，如通道名称，协议类型，通道服务器地址，会话超时时间，等等。
[0028]B)设备或PLC类型参数，如设备名称，扫描模式，扫描周期，等等。
[0029]C)功能测点类型参数，如测点名称，数据地址，是否可读写，等等。
[0030]协议参数值模板，指为了实现从设备物模型到通讯协议参数的动态映射而定义的参数值表达式。其功能特点如下：
[0031]A)以脚本语言如groovy实现。
[0032]B)类型包括groovy表达式，如scan_interval*1000。
[0033]C)groovy模板，如s＝${channel}.${device}.${tag}。
[0034]D)模板中的变量如scan_interval，可在设备物模型参数、属性、通讯参数，或协议扩展参数中定义。
[0035]数据通道，对应一个物理通讯链路如串口、以太网，一个数据通道对应一种通讯协议。
[0036]进一步地，从物模型实例到通讯协议参数的动态映射，它包含如下子功能：
[0037]A)协议参数值模板动态求值引擎，通常利用脚本引擎如Groovy Script Engine,Groovy Template Engine等。
[0038]B)物模型至协议参数转化服务，根据协议类型与协议参数类型，对相应的物模型进行通讯协议参数求值，如通过设备实例求值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于异构工业数据采集协议的通用模型抽象系统，其特征在于，所述系统包括工业物联网平台、工业网关、PLC和工业设备，所述工业物联网平台和工业网关通过以太网连接，所述工业网关通过PLC与工业设备连接；所述工业物联网平台包括设备物模型模块、工业通讯协议模型模块、物模型与通讯协议映射模块以及数采配置发布模块；所述设备物模型模块用于配置基于工业设备的设备物模型，获取工业设备的物模型实例；所述工业通讯协议模型模块用于配置工业通讯协议模型，获取工业设备的通讯协议参数；所述物模型与通讯协议映射模块用于建立从物模型实例到通讯协议参数的动态映射，即获得数采配置；所述数采配置发布模块用于发布数采配置至边缘端的工业网关；所述工业网关用于数采配置的自动接收，基于所述数采配置进行相关设备工业数据采集。2.根据权利要求1所述的基于异构工业数据采集协议的通用模型抽象系统，其特征在于，物模型实例包括产品、设备和属性，其中：产品为设备的一个抽象集合，由唯一的产品标识标定；设备为产品的一个具体实例，一个设备必须对应唯一一个产品。属性即设备的功能测点，包括开关量和度量，是产品/设备具备的最细粒度的能力或用途，一个产品包含多个属性，属性定义的关键信息包括属性标识、数据类型、度量单位和通讯参数，其中，数据类型包括布尔型，整形，浮点型和字符串，度量单位包括摄氏度和千帕，通讯参数即对所述功能测点的数据采集做的参数配置。3.根据权利要求1所述的基于异构工业数据采集协议的通用模型抽象系统，其特征在于，通讯协议参数包括：通讯协议：即边缘端工业网关与工业设备或PLC连接通讯的协议，所述通讯协议包含如下关键信息：协议标识：代表具体通讯协议类型；协议参数标识：指在配置通讯协议所需参数；协议参数类型：指对协议参数的分类，包括数据通道类型参数、设备或PLC类型参数和功能测点类型参数。协议参数值模板：指为了实现从设备物模型到通讯协议参数的动态映射而定义的参数值表达式；数据通道：对应一个物理通讯链路，一个数据通道对应一种通讯协议。4.根据权利要求1所述的基于异构工业数据采集协议的通用模型抽象系统，物模型实例到通讯协议参数的动态映射包括：根据协议参数类型，对相应的物模型进行通讯协议参数求值。5.根据权利要求1所述的基于异构工业数据采集协议的通用模型抽象系统，其特征在于，所述工业网关包括数采配置接收模块和数采控制与解析模块；所述数采配置接收模块用于获取数采配置，所述数采控制与解析模块用于基于所述数采...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯继敏，杨亚雄，林萍，王平，冯莉，彭浩，戴文，曹宇轩，黄哲，王翀，杨怡静，许庆学，叶理德，
申请(专利权)人：中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：