基于结构化数据库的OPC UA信息模型自动构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于结构化数据库的OPC UA信息模型自动构建方法，主要解决传统工厂互联互通升级改造时手动构建OPC UA信息模型对专业知识要求高且工作量大等问题，其实现步骤是：导入产线现有结构化数据库；解析包含设备及属性的数据库模式信息，映射为三元组集合；基于三元组生成OWL文件；映射生成XML文件；转换生成符合OPC UA规范的信息模型XML文件；生成.c文件和.h文件；创建OPC UA服务器，实例化信息模型。本发明专利技术从自动、高效构建OPC UA信息模型的需求出发，基于现有的结构化数据库，按照所定义的映射规则自动构建信息模型，极大地减少了进行OPC UA数据通信改造时需要人工逐个设备构建信息模型的繁琐操作，提高了改造效率，实用性强，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于结构化数据库的OPCUA信息模型自动构建方法
本专利技术属于工业自动化
，尤其涉及OPCUA信息模型的构建方法，具体是一种基于结构化数据库的OPCUA信息模型自动构建方法，可用于工厂传统生产线的智能化改造。
技术介绍
工业互联网是新一代信息通信技术与先进制造技术不断深度融合的产物。由于工业系统复杂度的日益提高和应用规模的不断扩大，产线内各仪表、PLC等设备来自于不同的生产商，采用不同的物理接口、不同的工业通信协议和数据格式，工业互联网海量异构设备间的互联互通仍然存在着大量的问题。目前OPCUA(OPCUnifiedArchitecture)被广泛认为是解决工业互联网互联互通问题最好的技术之一，是一套安全、可靠、并且独立于制造商和平台的数据交互规范，使得不同操作系统和不同制造商的设备之间可以进行数据交互，解决了互通性和标准化问题。OPCUA可以被应用到现场层、控制层等各类信息系统层面，适用于不同的运行环境和应用需求，实现工厂各个环节数据的横向与纵向透明交互，具有广阔的发展前景。互联互通不只是数据的通信，为了适应不同的应用需求，需要对信息进行建模。OPCUA在实现互联互通的基础上进一步促进了语义互操作性的实现，采用面向对象的技术来描述设备对象，定义设备的属性变量、操作方法以及与其他对象之间的关系，给出数据的组织结构，更有效地展示数据的语义。目前国内对于OPCUA的研究尚处于起步阶段，能为其设备、系统提供OPCUA信息模型的供应商相对较少，当使用这些设备的工厂要应用OPCUA技术实现数据采集时，就需要了解并分析设备，确定其属性、方法以及与其他设备之间的关系，并结合工厂需求筛选出待采集的有价值数据，进而通过人工手动的方式去构建OPCUA信息模型，费时费力。并且只有对产线、设备和生产流程等非常了解时，才能通过手动的方式构建出设备的信息模型以完成产线的OPCUA通信改造，专业知识要求高。另外，针对工厂内的每一类设备，都需要进行手动构建操作，工作量大且繁琐，工作效率低。因此，如何充分利用传统生产线的现有信息，实现OPCUA信息模型的自动化构建，降低专业门槛的同时减少人力投入，是当前亟待解决的一个重要问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提出一种基于结构化数据库的OPCUA信息模型自动构建方法，通过连接工厂传统生产线现有的MySQL数据库，解析包含产线设备实体及对应实体属性的数据库模式信息，并采用ApacheJena工具包将解析出的三元组数据结构按照映射规则写成OWL三元组文件；进而根据UA-ModelCompiler工具规定的输入格式，采用JavaDOM工具包生成信息模型XML文件，以通过UA-ModelCompiler工具转换生成符合OPCUANodesetXMLSchema规范的信息模型XML文件；最后采用open62541工具将信息模型XML文件转换为.c文件和.h文件，进而可实现信息模型在OPCUA服务器地址空间中的实例化，以供OPCUA客户端浏览并获取实时数据，为OPCUA在新一代工业自动化领域的应用提供技术支撑。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于结构化数据库的OPCUA信息模型自动构建方法，该方法包含以下步骤：(1)导入传统生产线现有的结构化数据库，结构化数据库格式清晰，数据规范，包含模式信息，即具体的数据库表结构信息，例如“风机”数据表包含“风机速度”、“风机加速度”等字段；(2)解析包含产线设备实体及对应实体属性的结构化数据库模式信息，处理映射为三元组数据结构集合，即构建形如“实体1-关系-属性1”或“实体1-关系-实体2”的属性关系三元组；(3)基于三元组信息生成OWL文件：利用Java工具箱ApacheJena，将步骤(2)中的三元组数据结构集合中的实体、关系和属性分别映射为OWL中的类、对象属性和数据属性，并写入OWL文件；(4)映射生成信息模型XML文件：利用Java工具箱ApacheJena解析步骤(3)中的OWL文件，将OWL中的类、对象属性和数据属性分别映射为OPCUA信息模型中的对象类型、引用类型和变量，利用JavaDOM工具包生成符合UA-ModelCompiler工具输入规范的信息模型XML文件；(5)利用UA-ModelCompiler工具将步骤(4)得到的信息模型XML文件转换生成符合OPC基金会官方语法规范的信息模型XML文件，作为建立OPCUA地址空间的基础；(6)利用open62541内置工具将步骤(5)得到的信息模型XML文件编译转换为.c文件和.h文件；(7)利用open62541开源库建立OPCUA服务器，并基于步骤(6)中的.c文件和.h文件，通过调用文件中的构造函数，使步骤(1)-(6)构建的信息模型在OPCUA服务器的地址空间中实例化，完成OPCUA信息模型自动构建。进一步地，步骤(1)中，对于工厂内的传统生产线，有价值的设备数据已通过RS232、RS485、以太网等通信接口和供应商特定的通信协议被采集并存储至结构化数据库中。进一步地，经步骤(2)和步骤(3)生成的OWL文件可通过如下方式由结构化数据库映射而来，转换过程如下：①数据库中的表(Table)映射为OWL中的类(Class)；②数据库中的列(Column)映射为OWL中的数据属性(DatatypeProperty)；③数据库中列的数据类型(DataType)映射为OWL中的属性约束(PropertyRestriction)；④数据库中的外键(ForeignKey)映射为OWL中的对象属性(ObjectProperty)。进一步地，步骤(4)所述的信息模型XML文件可通过如下方式由OWL文件映射而来，转换过程如下：①OWL中的类(Class)映射为OPCUA信息模型中的BaseObjectType下的对象类型(ObjectType)节点；②OWL中的数据属性(DatatypeProperty)映射为OPCUA信息模型中的变量(Variable)节点，变量(Variable)通过HasProperty关系组织在对象类型(ObjectType)下，对应于设备实体的属性；③OWL中的属性约束(PropertyRestriction)映射为OPCUA信息模型中的数据类型(DataType)节点；④OWL中的对象属性(ObjectProperty)映射为OPCUA信息模型中的引用类型(ReferenceType)节点。进一步地，步骤(7)中实现的OPCUA信息模型和OPCUA服务器的地址空间，可供任何使用OPCUA标准的客户端程序采用统一的方式访问产线设备的数据信息，以将新的技术标准OPCUA引入产线，提高控制系统的互操作性和可扩展性。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1)本专利技术充分利用了工厂传统生产线的现有信息，将结构化数据库的模式信息映射为OWL三元组，再进一步映射为OPCUA信息模型，实现了OPCU本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于结构化数据库的OPC UA信息模型自动构建方法，其特征在于，包含以下步骤：/n(1)导入传统生产线现有的结构化数据库，结构化数据库包含模式信息，即具体的数据库表结构信息；/n(2)解析包含产线设备实体及对应实体属性的结构化数据库模式信息，处理映射为三元组数据结构集合，即构建形如“实体1-关系-属性1”或“实体1-关系-实体2”的属性关系三元组；/n(3)基于三元组信息生成OWL文件：利用Java工具箱Apache Jena，将步骤(2)中的三元组数据结构集合中的实体、关系和属性分别映射为OWL中的类、对象属性和数据属性，并写入OWL文件；/n(4)映射生成信息模型XML文件：利用Java工具箱Apache Jena解析步骤(3)中的OWL文件，将OWL中的类、对象属性和数据属性分别映射为OPC UA信息模型中的对象类型、引用类型和变量，利用Java DOM工具包生成符合UA-ModelCompiler工具输入规范的信息模型XML文件；/n(5)利用UA-ModelCompiler工具将步骤(4)得到的信息模型XML文件转换生成符合OPC基金会官方语法规范的信息模型XML文件，作为建立OPC UA地址空间的基础；/n(6)利用open62541内置工具将步骤(5)得到的信息模型XML文件编译转换为.c文件和.h文件；/n(7)利用open62541开源库建立OPC UA服务器，并基于步骤(6)中的.c文件和.h文件，通过调用文件中的构造函数，使步骤(1)-(6)构建的信息模型在OPC UA服务器的地址空间中实例化，完成OPC UA信息模型自动构建。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于结构化数据库的OPCUA信息模型自动构建方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)导入传统生产线现有的结构化数据库，结构化数据库包含模式信息，即具体的数据库表结构信息；
(2)解析包含产线设备实体及对应实体属性的结构化数据库模式信息，处理映射为三元组数据结构集合，即构建形如“实体1-关系-属性1”或“实体1-关系-实体2”的属性关系三元组；
(3)基于三元组信息生成OWL文件：利用Java工具箱ApacheJena，将步骤(2)中的三元组数据结构集合中的实体、关系和属性分别映射为OWL中的类、对象属性和数据属性，并写入OWL文件；
(4)映射生成信息模型XML文件：利用Java工具箱ApacheJena解析步骤(3)中的OWL文件，将OWL中的类、对象属性和数据属性分别映射为OPCUA信息模型中的对象类型、引用类型和变量，利用JavaDOM工具包生成符合UA-ModelCompiler工具输入规范的信息模型XML文件；
(5)利用UA-ModelCompiler工具将步骤(4)得到的信息模型XML文件转换生成符合OPC基金会官方语法规范的信息模型XML文件，作为建立OPCUA地址空间的基础；
(6)利用open62541内置工具将步骤(5)得到的信息模型XML文件编译转换为.c文件和.h文件；
(7)利用open62541开源库建立OPCUA服务器，并基于步骤(6)中的.c文件和.h文件，通过调用文件中的构造函数，使步骤(1)-(6)构建的信息模型在OPCUA服务器的地址空间中实例化，完成OPCUA信息模型自动构建。


2.根据权利要求1所述的一种基于结构化数据库的OPCUA信息模型自动构建方法，其特征在于，步骤(1)中，对于工厂内的传统生产线，有价值的设备数据已通过RS232、RS485、以太网等通信接口和供应商特定的通信协议被采集并存储至结构化数据库中。


3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：任彤，翁其艳，陈积明，史治国，贺诗波，王荣凯，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33