使用OPCUA的工业网络的建模与管理制造技术

提供了用于将OPCUA的能力扩展到使用NETCONF

【技术实现步骤摘要】
使用OPCUA的工业网络的建模与管理
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2021年5月18日提交的题为“使用OPCUA的工业网络的建模和管理”的美国临时申请号63/190221和2021年5月19日提交的题为“使用OPCUA的工业网络的建模和管理”的美国临时申请号63/190776的优先权，并在此引入作为参考。

技术介绍

[0003]通信网络(或简称网络)能够实现例如计算机之间、计算机和外围设备以及其他设备之间的数据通信。不同的域对数据通信有不同的要求。例如，在工业领域，物理过程具有严格的时序要求，出于安全和其他原因，需要对其进行控制和监控。举高速奶酪切片系统为示例，其中自动刀片切过由电机驱动的奶酪块进给器向前推动的奶酪块。奶酪块进给器需要前进的量由扫描系统确定，扫描系统分析奶酪块中的孔。为了使干酪切片系统生产大约相同重量的奶酪切片，刀片的运动必须与奶酪块的运动同步。在这个系统中，即使是很小的延迟(无论是处理还是网络延迟)也可能意味着重量不均匀的奶酪切片，从而导致浪费和生产力损失。同样，在汽车领域，支持安全特征(例如自动制动)和自动驾驶的安全关键应用对通信也有严格的时序要求。系统中任何原因不明的延迟都会产生严重的安全隐患。
[0004]在工业、汽车和许多其他领域，越来越希望将以太网技术用于网络主干和整个网络，以支持物联网(IoT)/工业物联网(IIoT)连接，从而受益于远程监控和管理、集中分析等。以太网最好从工业传感器一直延伸到现场云，存在时提供统一的标准化方法，消除对专有解决方案的需求，提高互操作性，并降低网络安装和运营成本。然而，以太网标准无法保证关键数据能够通过网络从设备A及时传输到设备B，而这是工业和汽车应用的关键要求。时间敏感网络(TSN)提供完全确定的以太网流量实时传输，是一种能够满足工业、汽车和其他时间关键型应用需求的解决方案。
[0005]然而，TSN的引入会导致网络管理和监控变得甚至更加复杂。这是因为当今的工业网络是使用采用SNMP
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MIB和NETCONF
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YANG的IT工具和协议来管理和监控的。SNMP(简单网络管理协议)使用称为SMI(结构化管理信息)的数据建模语言，并将数据存储在MIB(管理信息库)中，而NETCONF使用YANG数据建模语言。另一方面，许多(如果不是大多数的话)通过这些网络通信的工业系统、设备和装置采用OPCUA(开放平台通信联合架构)。OPCUA是通常用于工业(例如机器对机器、PC对机器等)通信的数据交换标准。因此，将OPCUA扩展到当前的SNMP
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MIB和NETCONF
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YANG网络管理域将是有益的。将已经存在的网络管理协议的数据以及SNMP
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MIB和NETCONF
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YANG的数据模型转换成OPCUA模型，同时用工业本体扩展它们，将带来降低的系统复杂性以及系统设计和操作的简易性。

技术实现思路

[0006]本公开的实施例涉及用于将OPCUA的能力扩展到使用NETCONF
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YANG和SNMP
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MIB协议配置和管理的网络设备的系统和方法。OPCUA的扩展将允许在网络通信中以与MIB或YANG相同的方式描述这些网络设备。在一些实施例中，系统和方法提供了集中式用户配置
(CUC),其配置为请求工业网络上的TSN连接，CUC包括在其中的OPCUA模型。CUC与连接到工业网络的基于OPCUA的工业控制器和连接到工业网络的基于OPCUA的工业设备交互并对其进行配置，以确定TSN连接所需的TSN参数。系统和方法还提供了集中式网络控制器(CNC),其配置为根据CUC的请求在工业网络上提供TSN连接。在一些实施例中，CNC包括在其中的OPCUA模型。可替代地，CUC可以将TSN参数从OPCUA参数转换为CNC的YANG
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MIB参数。
[0007]一般而言，在一方面，本公开的实施例涉及在其上实现OPCUA的具有TSN能力的工业网络。工业网络尤其包括经由工业控制器中的控制器交换机连接到工业网络的基于OPCUA的工业控制器，以及经由工业设备中的设备交换机连接到工业网络的基于OPCUA的工业设备。工业网络还包括连接到工业网络的CUC，CUC中具有OPCUA模型，CUC可操作成与基于OPCUA的工业控制器和基于OPCUA的工业设备交互，以确定在它们之间提供TSN连接所需的一个或多个TSN参数。CUC还可操作成将一个或多个TSN参数从CUC传输到工业网络上的集中式网络控制器(CNC),以请求提供TSN连接。
[0008]总的来说，在另一方面，本公开的实施例涉及一种在具有TSN能力的工业网络上实现OPCUA的方法。该方法尤其包括经由工业控制器中的控制器交换机将基于OPCUA的工业控制器连接到工业网络，以及经由工业设备中的设备交换机将基于OPCUA的工业设备连接到工业网络。该方法还包括将CUC连接到工业网络，CUC中具有OPCUA模型，并且操作CUC以与基于OPCUA的工业控制器和基于OPCUA的工业设备交互，从而确定在它们之间提供TSN连接所需的一个或多个TSN参数。该方法还包括将一个或多个TSN参数从CUC传输到工业网络上的集中式网络控制器(CNC),以请求提供TSN连接。
[0009]总的来说，在又一方面，本公开的实施例涉及一种其上存储计算机可读指令用于在具有TSN能力的工业网络上实现OPCUA的非暂时性计算机可读介质。当由一个或多个处理器执行时，计算机可读指令使计算机执行经由工业控制器中的控制器交换机将基于OPCUA的工业控制器连接到工业网络，以及经由工业设备中的设备交换机将基于OPCUA的工业设备连接到工业网络的过程。当由一个或多个处理器执行时，计算机可读指令还使一个或多个处理器执行将CUC连接到工业网络的过程，CUC中具有OPCUA模型，操作CUC与基于OPCUA的工业控制器和基于OPCUA的工业设备交互，以确定在它们之间提供TSN连接所需的一个或多个TSN参数。当由一个或多个处理器执行时，计算机可读指令还使一个或多个处理器执行操作CUC以将一个或多个TSN参数传输到工业网络上的CNC以请求提供TSN连接的过程。
[0010]根据前述实施例中的任何一个或多个，CNC是基于NETCONF/SNMP的CNC，并且CUC将TSN参数从OPCUA参数转换成YANG/MIB参数。
[0011]根据前述实施例中的任何一个或多个，CNC是基于NETCONF/SNMP的CNC，其中具有OPCUA模型，并且TSN参数由CNC从OPCUA参数转换成YANG/MIB参数。
[0012]根据前述实施例中的任何一个或多个，TSN参数由基于OPCUA的工业控制器和/或基于OPCUA的工业设备从OPCUA参数转换成YANG/MIB参数。
[0013]根据前述实施例中的任何一个或多个，网络交换机连接到工业网络，其中网络交换机具有在其中的OPCUA模型。
[0014]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时间敏感联网(TSN)开放平台通信联合架构(OPCUA)工业网络，包括：基于OPCUA的工业控制器，经由工业控制器中的控制器交换机连接到工业网络；基于OPCUA的工业设备，经由工业设备中的设备交换机连接到工业网络；以及连接到工业网络的集中式用户配置(CUC)，CUC具有在其中的OPCUA模型，CUC可操作成与基于OPCUA的工业控制器和基于OPCUA的工业设备交互，以确定在它们之间提供TSN连接所需的一个或多个TSN参数；其中，CUC还可操作成将一个或多个TSN参数从CUC传输到工业网络上的集中式网络控制器(CNC)，以请求提供TSN连接。2.根据权利要求1所述的工业网络，其中，所述CNC是基于NETCONF/SNMP的CNC，并且所述CUC还可操作成将TSN参数从OPCUA参数转换成YANG/MIB参数。3.根据权利要求1所述的工业网络，其中，所述CNC是基于NETCONF/SNMP的CNC，具有在其中的OPCUA模型，所述CNC可操作成将所述TSN参数从OPCUA参数转换成YANG/MIB参数。4.根据权利要求1所述的工业网络，其中，所述基于OPCUA的工业控制器包括在其中的控制器转换部件，和/或所述基于OPCUA的工业设备包括在其中的设备转换部件，所述控制器转换部件和/或所述设备转换部件可操作成将所述TSN参数从OPCUA参数转换成YANG/MIB参数。5.根据权利要求1所述的工业网络，还包括连接到所述工业网络的网络交换机，所述网络交换机具有在其中的OPCUA模型。6.根据权利要求1所述的工业网络，还包括可操作成配置所述CUC的一个或多个工程工具，所述一个或多个工程工具具有在其中的OPCUA模型。7.根据权利要求1所述的工业网络，其中，所述CUC和所述CNC在所述工业网络上实现为：分布式系统，其中CNC和CUC分布在工业网络上的多个部件和设备上；基于云的系统，其中CNC和CUC驻留在云计算环境中；集成系统，其中CNC和CUC集成到所述基于OPCUA的工业控制器和/或所述基于OPCUA的工业设备中，并且CUC和CNC直接控制工业控制器和/或工业设备；融合系统，其中CNC和CUC结合成单个装置；或者用于配置工业网络的一个或多个工程工具。8.一种实现时间敏感联网(TSN)开放平台通信联合架构(OPCUA)工业网络的方法，包括：经由基于OPCUA的工业控制器中的控制器交换机将基于OPCUA的工业控制器连接到工业网络；经由基于OPCUA的工业设备中的设备交换机将基于OPCUA的工业设备连接到工业网络；将集中式用户配置(CUC)连接到工业网络，CUC具有在其中的OPCUA模型；操作CUC以与基于OPCUA的工业控制器和基于OPCUA的工业设备交互，以确定在它们之间提供TSN连接所需的一个或多个TSN参数；以及将一个或多个TSN参数从CUC传输到工业网络上的集中式网络控制器(CNC)，以请求提供TSN连接。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述CNC是基于NETCONF/SNMP的CNC，还包括通过
CUC将所述TSN参数从OPCUA参数转换成YANG/MIB参数。10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述C...

【专利技术属性】
技术研发人员：A迈赫梅达吉克，
申请(专利权)人：施耐德电气美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：