一种基于数控系统的OPCUA服务器的工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于数控系统的OPC UA服务器设计与实现方法。OPC UA服务器包括五个模块，分别为：数据访问模块，用于OPC UA服务器获取PLC控制器中的数据并给OPC UA客户端返回相应数据；配置服务器地址空间数据模块，用于对OPC UA服务器地址空间的数据进行配置；服务器管理模块，用于管理OPC UA服务器；安全模块，用于在OPC UA客户端和OPC UA服务器之间建立安全通道；冗余模块，用于当OPC UA服务器出现故障时，冗余模块保证OPC UA客户端获取数据不受影响。本发明专利技术增强了数据传输性能以及保证数据的安全性。的安全性。的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数控系统的OPC UA服务器的工作方法


[0001]本专利技术涉及数控
，尤其涉及基于OPC UA协议中的通信
，具体涉及一种基于数控系统的OPC UA服务器设计与实现方法。

技术介绍

[0002]随着工业科技的进步，工业现场各层设备间的通信变得尤为重要，对于制造系统的核心数控系统而言，仅以TCP/IP通信协议为基础的传统通信协议不能满足设备之间通讯问题。采用OPC UA这一工业软件接口规范，可以帮助解决采用传统网络控制协议完成设备通信的不足，实现管理层与设备底层的有效通信。
[0003]OPC UA是由OPC基金会根据传统OPC技术推出的新的OPC标准，它是一种工业通信协议，已在IEC 62541系列中标准化。与传统OPC技术相比，OPC UA不再基于分布式组件对象模型(DCOM)，而是以面向服务的架构(SOA)为基础，同时具备由服务器提供描述方法和客户端调用的强大功能，使OPC更加灵活和易于扩展。因此嵌入OPC UA服务器的数控系统可以连接更多的设备，方便现场设备之间的互联互通。

技术实现思路

[0004]为了解决上述实际问题，本专利技术提出一种基于OPC UA协议的搭载在数控系统的OPC UA服务器。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0006]一种基于数控系统的OPC UA服务器的工作方法，包括以下步骤：
[0007]1)将OPC UA服务器的配置信息下装到PLC控制器中，生成OPC数据配置文件；
[0008]2)在OPC UA服务器中创建站，通过OPC数据配置文件对该站进行配置，得到数控设备的建模信息，将建模信息加入OPC UA服务器的数据列表中；
[0009]3)OPC UA服务器与PLC控制器进行通信，交互OPC UA服务器数据列表中的数控设备的建模信息，同时OPC UA服务器管理OPC UA服务器数据列表中的地址空间节点，OPC UA服务器处理来自OPC UA客户端的连接以及服务请求；
[0010]4)当OPC UA客户端访问PLC控制器中的数控设备的建模信息时，首先对OPC UA服务器发送服务请求，请求建立与OPC UA服务器的连接，OPC UA服务器收到请求后，在其地址空间内查找对应的地址空间节点信息，OPC UA服务器根据变量信息与地址空间节点的映射，与PLC控制器进行变量读写操作，最后在OPC UA服务器接口调用请求响应服务，给OPC UA客户端返回用户所需信息。
[0011]在OPC UA服务器中创建的站用于存放地址空间的节点。
[0012]所述配置信息包括预定义的标准数据类型、默认的地址空间、通讯协议、通讯端口。
[0013]所述数控设备的建模信息包括数控设备对象、对象属性、显示名、地址空间节点ID。
[0014]步骤4)具体为：
[0015]1)确定OPC UA客户端的OPC数据配置文件；
[0016]2)OPC UA客户端向OPC UA服务器发送一个加密的打开安全通道请求；
[0017]3)OPC UA客户端在安全通道上创建会话；
[0018]4)OPC UA客户端向OPC UA服务器发送激活会话请求。
[0019]所述安全通道用于在OPC UA客户端和OPC UA服务器之间交换生成对称密钥的私密信息。
[0020]所述OPC UA服务器包括五个模块，分别为：
[0021]数据访问模块，用于OPC UA服务器获取PLC控制器中的数据并给OPC UA客户端返回响应；
[0022]配置服务器地址空间数据模块，用于对OPC UA服务器地址空间的数据进行配置；
[0023]服务器管理模块，用于管理OPC UA服务器，当OPC UA服务器开启服务后，客户端可以对OPC UA服务器进行访问；OPC UA服务器停止服务后，客户端无法继续对OPC UA服务器访问；
[0024]安全模块，用于在OPC UA客户端和OPC UA服务器之间建立安全通道；
[0025]冗余模块，用于当OPC UA服务器出现故障时，使OPC UA客户端从备份服务器中获取OPC UA服务器从PLC控制器中采集到的数据。
[0026]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0027]1.增强了数据传输性能，在现代工厂车间中，设备种类丰富，从设备层到控制层之间各个层次覆盖不同信息种类，通信现场总线种类繁多，如果没有统一标准，不同种类设备之间数据传输与信息共享不易实现。使用基于OPC UA服务器的数控系统，可以解决传统网络控制的不足，增强了设备之间数据传输性能。
[0028]2.保证数据的安全性。在工业自动化系统中，网络环境以及不同设备之间的安全传输十分重要。在OPC UA服务器和客户端之间建立的安全通道可以保证客户端和服务器之间交换特殊私密信息的安全性。
附图说明
[0029]图1为数控机床OPC UA服务器功能架构图；
[0030]图2为基于OPC UA服务器数控系统中数据流图；
[0031]图3为OPC UA安全通道图。
具体实施方式
[0032]基于数控系统的OPC UA服务器的设计方法包括以下主要功能：
[0033]1)数据访问功能，包括对数据的读写以及读写权限。OPC UA服务器获取PLC中的数据，然后在地址空间相应节点(节点为地址空间的基本单位，用于存放地址)上执行完任务，给客户端返回响应。其中地址空间中包含了OPC UA服务器为客户端提供的对象和相关信息；
[0034]2)对服务器地址空间的数据进行配置，使服务器能够管理服务器中的数据；
[0035]3)服务器管理功能，当服务器开启服务后，客户端才可以对服务器进行相应访问
操作。停止服务后，客户端无法继续对服务器进行访问；
[0036]4)安全模式，按照OPC UA安全协议执行，同时在OPC UA客户端和服务器之间建立安全通道，确保数据的完整性以及防止信息走漏；
[0037]5)冗余功能，当服务器出现故障时，如活动的服务器不能使用，冗余服务器保证客户端获取数据不受影响，增强系统整体可靠性。
[0038]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0039]如图1所示，该OPC UA服务器主要由以下五个部分构成，配置功能负责人机交互配置以及配置数据的生成，服务器启动服务时根据配置数据的参数启动并执行数据访问功能，安全认证和冗余功能保证服务器运行过程中的通信与运行安全。
[0040]如图2所示，在基于OPC UA服务器的数控系统中，工作过程为：
[0041]首先，用户在编程组态软件中，将控制程序与OPC配置信息下装到控制器中，同时生成OPC数据配置文件；
[0042]然后在服务器中创建站，通过加载解析上述OPC数据配置文件，能够对该站的变量进行配置，将其添加到服务器的数据列表中，即加入地址空间管理，每个变量对应一个节点，可对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数控系统的OPC UA服务器的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将OPC UA服务器的配置信息下装到PLC控制器中，生成OPC数据配置文件；2)在OPC UA服务器中创建站，通过OPC数据配置文件对该站进行配置，得到数控设备的建模信息，将建模信息加入OPC UA服务器的数据列表中；3)OPC UA服务器与PLC控制器进行通信，交互OPC UA服务器数据列表中的数控设备的建模信息，同时OPC UA服务器管理OPC UA服务器数据列表中的地址空间节点，OPC UA服务器处理来自OPC UA客户端的连接以及服务请求；4)当OPC UA客户端访问PLC控制器中的数控设备的建模信息时，首先对OPC UA服务器发送服务请求，请求建立与OPC UA服务器的连接，OPC UA服务器收到请求后，在其地址空间内查找对应的地址空间节点信息，OPC UA服务器根据变量信息与地址空间节点的映射，与PLC控制器进行变量读写操作，最后在OPC UA服务器接口调用请求响应服务，给OPC UA客户端返回用户所需信息。2.根据权利要求1所述的一种基于数控系统的OPC UA服务器的工作方法，其特征在于，在OPC UA服务器中创建的站用于存放地址空间的节点。3.根据权利要求1所述的一种基于数控系统的OPC UA服务器的工作方法，其特征在于，所述配置信息包括预定义的标准数据类型、默认的地址空间、通讯协议、通讯端口。4.根据权利要求1所述的一种基于数控系统的OPC UA服务器的工作方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：于东，何无为，苏大鹏，胡毅，张曦阳，
申请(专利权)人：中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：