一种基于OPCUA的智慧建筑工业互联网安全网关及系统技术方案

本发明专利技术属于智慧建筑控制技术领域，公开了一种基于OPC UA的智慧建筑工业互联网系统，用于对智慧建筑对象进行综合监控，包括：管理级网络，以TCP/IP为其通讯协议进行数据交互，具有实时数据库；楼宇级网络，具有的楼宇级控制器，通过无主从网络对楼宇级对象进行控制；楼层级网络，通过楼层级控制器对楼层内DDC控制器、PLC控制器进行控制；以及传感器级网络，连接若干建筑内的终端设备进行数据交互和控制；其中，管理级网络通过OPCUA安全网关与楼宇级网络连接，并由OPC UA安全网关内协议与楼宇级网络进行数据交互。网络进行数据交互。网络进行数据交互。

【技术实现步骤摘要】
一种基于OPC UA的智慧建筑工业互联网安全网关及系统


[0001]本专利技术属于智慧建筑控制
，具体涉及一种基于OPC UA的智慧建筑工业互联网安全网关及系统。

技术介绍

[0002]OPC基金会近年推出了OPC的升级版OPC UA。OPC UA接口协议包含了之前的A&E、DA、OPC XML DA、HDA，只使用一个地址空间就能访问之前所有的对象，且不受操作系统平台限制。OPC UA不再基于分布式组件对象模型DCOM，而是采用面向服务的架构(Service
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Oriented Architecture，SOA)。SOA是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过服务之间的接口和协议连接起。SOA以可扩展标记语言(eXtensible Markup Language，XML)为基础。通过使用基于XML(标准通用标记语言的子集)的语言(称为Web服务描述语言(Web Services Definition Language，WSDL)来描述接口。OPC统一架构(OPC Unified Architecture)更加中性(与供应商无关)、高效、安全。OPC UA可以连接更多的设备。目前，OPC UA已成为工业控制领域事实上的全球通用标准，但在建筑领域的落地应用仍有诸多不成熟、不稳定、不可靠的因素存在，需要结合建筑物特点进行个性化定制开发及系统性深度设计。
[0003]现代智能建筑综合监控系统是一个融合了多种先进技术的开放型系统，有一个全开放的集成软件平台。如果从网络的性质来划分，现代智能建筑综合监控系统可简单分为两层即管理层和控制层，管理层运行在以太网中，控制层各分站或设备之间是以一定的工业总线来实现互连的。实际系统中管理层网络和控制层网络使用的通信协议往往不一致，导致异构网络之间的通信困难。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于OPC UA的智慧建筑工业互联网安全网关及系统，利用两层网络各自提供的开放性接口及接口访问函数，针对不同的子系统开发不同的协议转换程序，再集成到系统安全网关，实现协议的转换以及数据的交换。
[0005]本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种基于OPC UA的智慧建筑工业互联网系统，用于对智慧建筑对象进行综合监控，包括：
[0007]管理级网络，以TCP/IP为其通讯协议进行数据交互，具有实时数据库；
[0008]楼宇级网络，具有的楼宇级控制器，通过无主从网络对楼宇级对象进行控制；
[0009]楼层级网络，通过楼层级控制器对楼层内DDC控制器、PLC控制器进行控制；以及
[0010]传感器级网络，连接若干建筑内的终端设备进行数据交互和控制；
[0011]其中，管理级网络通过OPC UA安全网关与楼宇级网络连接，并由OPC UA安全网关内协议与楼宇级网络进行数据交互。
[0012]本专利技术针对建筑工业互联网设计开发的实际需求，专利技术一种基于OPC UA的建筑工
业互联网安全网关及以该网关为信息交互枢纽的智慧建筑工业互联网，提出一种采用面向对象编程语言VC++开发智慧建筑工业互联网安全网关OSBIMS
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Gateway的方法，实现了智慧建筑异构子系统协议的统一转换以及数据的安全交换。基于此技术可构建应用于实际工程的各种安全型分布式智慧建筑数据采集监控系统。
[0013]第二方面，本专利技术还公开一种OPC UA安全网关，应用在上述智慧建筑工业互联网系统中，其中，OPC UA安全网关具有两个进程，一个为OPC UA Client的进程一，并通过另一个进程二建立一个内存共享文件；
[0014]共享文件中具有一个队列，其中由进程一将数据、报警、事件信息加入队列尾部，进程二从队列头部提取信息并利用实时数据库提供的API函数将其处理后再写入实时数据库中。
[0015]结合第二方面，本专利技术提供第二方面的第一种实施方式，其中进程一的具体步骤如下：
[0016]先打开内存映射文件，并获取到内存映射文件的首地址；
[0017]然后打开互斥量对象，创建并启动线程一，并读取OPC UA服务器，调用Add Alarm；
[0018]等待对象函数返回值，若返回值不为0，则互斥量对象无信号并返回上一步骤；
[0019]若返回值为0，则互斥量对象发出信号，再根据队列情况进行处置；
[0020]若队列未满，则返回等待对象函数返回值的步骤，若队列满，则信息入队位置归零，并释放互斥量，再返回等待对象函数返回值的步骤。
[0021]结合第二方面，本专利技术提供第二方面的第三种实施方式，其中进程二的具体步骤如下：
[0022]先创建内存映射文件，然后创建互斥量对象，再创建并启动线程2，等待对象函数返回值；
[0023]若返回值不为0，则互斥量对象无信号并返回上一步骤；
[0024]若返回值为0，则互斥量对象发出信号，并在队列头部取信息并释放互斥量，然后写入数据库；
[0025]若队列未满，则返回的等待对象函数返回值步骤，若队列满，则信息出队位置归零，并释放互斥量，再返回等待对象函数返回值的步骤。
[0026]结合第二方面，本专利技术提供第二方面的第四种实施方式，所述OPC UA安全网关的硬件模块是以STM32单片机作为主控芯片，并连接有调试电路模块、电源模块和主要功能模块所形成的架构；
[0027]其中，调试电路模块包括调试串口、下载调试SW接口和状态指示灯；
[0028]主要功能模块包括按键输入模块、通信接口模块、继电器模块、数据采集与转换模块、LCD接口和NorFlash存储模块。
[0029]本专利技术的现代智能建筑综合监控系统是一个融合了多种先进技术的开放型系统，有一个全开放的集成软件平台。实际系统中管理层网络和控制层网络使用的通信协议往往不一致，导致异构网络之间的通信困难，本专利技术为解决此问题利用两层网络各自提供的开放性接口及接口访问函数，针对不同的子系统开发不同的协议转换程序，再集成到系统安全网关，实现协议的转换以及数据的交换。
[0030]本专利技术基于OPC UA标准化接口技术及计算机软件技术实现了一种能够普遍适用
于智能化工程应用的安全智能型网关，符合“开放性是自动化系统的发展趋势”，具有一定的代表意义。这种开发设计方法也可用于复杂工业监控系统的网关开发。
附图说明
[0031]图1是本专利技术中基于OPC UA的安全开放型智慧建筑工业互联网架构图；
[0032]图2是本专利技术中基于OPC UA的智慧建筑工业互联网安全网关架构图；
[0033]图3是本专利技术中安全网关在进行进程一的流程图；
[0034]图4是本专利技术中安全网关在进行进程二的流程图；
[0035]图5是本专利技术中安全网关的硬件结构图；
[0036]图6是本专利技术中安全网关采用的OPC UA协议的功能层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于OPC UA的智慧建筑工业互联网系统，用于对智慧建筑对象进行综合监控，其特征在于：包括：管理级网络，以TCP/IP为其通讯协议进行数据交互，具有实时数据库；楼宇级网络，具有的楼宇级控制器，通过无主从网络对楼宇级对象进行控制；楼层级网络，通过楼层级控制器对楼层内DDC控制器、PLC控制器进行控制；以及传感器级网络，连接若干建筑内的终端设备进行数据交互和控制；其中，管理级网络通过OPC UA安全网关与楼宇级网络连接，并由OPC UA安全网关内协议与楼宇级网络进行数据交互。2.一种OPC UA安全网关，其特征在于：应用在权利要求1中的智慧建筑工业互联网系统中，其中，OPC UA安全网关具有两个进程，一个为OPC UA Client的进程一，并通过另一个进程二建立一个内存共享文件；共享文件中具有一个队列，其中由进程一将数据、报警、事件信息加入队列尾部，进程二从队列头部提取信息并利用实时数据库提供的API函数将其处理后再写入实时数据库中。3.根据权利要求2所述的一种OPC UA安全网关，其特征在于：其中进程一的具体步骤如下：先打开内存映射文件，并获取到内存映射文件的首地址；然后打开互斥量对象，创建并启动线程一，并读取OPC UA服务器，调用Add...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜明芳，张祥，李蜀，李程，雷超兵，戴岗岩，吴传炎，
申请(专利权)人：杜明芳，
类型：发明
国别省市：