(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210360207.4 (22)申请日 2022.04.06 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 陈彩莲　李子涵　许齐敏　朱善迎　 徐磊　关新平　 (74)专利代理 机构 上海旭诚知识产权代理有限 公司 312 20 专利代理师 郑立 (51)Int.Cl. H04L 67/12(2022.01) H04L 67/125(2022.01) H04L 41/12(2022.01) H04L 41/14(2022.01) G06F 16/23(2019.01)G06F 16/906(2019.01) (54)发明名称 一种基于OPC UA的工业网络设备信息集成 系统和方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于OPC  UA的工业网络 设备信息集成系统和方法， 涉及工业网络技术领 域， 包括信息控制层， 信息集成层， 现场设备层； 所述信息控制层对网络设备集 成信息进行调用， 向网络控制端发送相应的控制指令； 所述信息集 成层对现场设备进行信息收集和 信息分类分层； 所述信息集成层还负责网络设备状态的更新检 测， 周期性更新集成信息数据库； 所述现场设备 层包含生产现场各类产线终端设备与其它网络 基础设备设备间通过工业通信网络进行数据互 联。 本发明的目的为设计基于一套工业网络设备 信息集成方案， 解决工业网络设备信息多元化、 互通难的问题， 并保障信息集成方案的可兼容 性， 满足大规模复杂工业网络的高效信息集成需 求。 权利要求书3页 说明书6页 附图5页 CN 115065697 A 2022.09.16 CN 115065697 A 1.一种基于OPC  UA的工业网络设备信息集成系统， 包括信息控制层， 信息集成层， 现场 设备层； 所述信息控制层对网络设备集成信息进行调用， 根据网络控制需求协调设备资源， 将 设备数据实例化对象传输给网络控制端； 所述信息控制层 还依据集成化的设备信息对网络 状态进行分析， 并进行相应的资源管理； 所述信息控制层还依据网络设备 的基本信息或更 新信息， 向所述网络控制端发送相应的控制指令； 所述信息集成层对现场设备进行信 息收集， 获取各类设备的状态信 息和控制信 息并储 存， 分析设备静态属性和功能属性从而对设备进行分类分层； 所述信息集成层还根据OPC   UA配套规范生成设备信息模型， 并根据获取的设备信息进行模型实例化， 生成对应数据文 件； 所述信息集 成层还负责网络设备状态的更新检测， 周期性更新集成信息数据库， 并将更 新信息发送至所述信息控制层； 所述现场设备层包含生产现场各类产线终端设备与其它网络基础 设备， 包含产线终端 控制器、 各类传感器、 用户终端、 协 议转换网关、 工业交换机、 路由器、 网桥等， 这些设备皆具 有硬件实体， 设备间通过工业 通信网络进行 数据互联。 2.如权利 要求1所述的基于OPC  UA的工业网络设备信息集成系统， 其特征在于， 所述信 息控制层包括OPC  UA客户端， 数据储存模块， 更新控制模块， 网络 分析模块， 拓扑管 理模块， 资源管理模块， 路径管理模块； 所述OPC UA客户端可采用TCP/IP协议远程访问OPC  UA服务器， 周期性获取集成设备信 息与设备更新信息， 将获取信息发送给其它模块； 同时所述OPC  UA客户端可对所述OPC  UA 服务器发送控制指令， 支持对所述信息集成层相关模块与数据库的文件修改； 所述数据存储模块对获取的设备信息进行存储， 同时对历史设备数据进行相关备份， 支持其它模块调用； 所述更新控制模块负责 向所述网络控制端下发信 息集成控制指令， 修改所述网络控制 端相应设备的配置需求， 启动设备的信息发送操作； 所述网络分析模块对整体网络状态进行统一管控和风险分析， 接收网络应用层的设备 状态感知数据， 对内置网络设备模型实例和设备更新信息进行实时生产过程校验， 对错漏 信息情况及时示警； 所述拓扑管理模块对设备引用信 息进行处理， 依据设备间的关系构建实时网络拓扑结 构， 分析网络设备的连接性质和路径关系， 对实时网络 拓扑进行 稳定性评估； 所述资源管理模块依据设备集成信息进行网络可调度资源分析， 包含可调度路径资 源、 链路容 量资源和设备资源； 所述路径管理模块对路径资源进行整合分析， 在发送网络设备信息集成控制指令时， 设计网络设备的信息传输路径。 3.如权利 要求1所述的基于OPC  UA的工业网络设备信息集成系统， 其特征在于， 所述信 息集成层包括所述OPC  UA服务器， 协议映射模块， 模型生成模块， 数据库； 所述OPC UA服务器内置有 OPC UA Pub/Sub(Publisher/Subscriber,发布/订阅)模块， 通过订阅现场设备层各类设备发布的状态信息和控制信息， 周期性更新设备集成信息； 所述协议映射模块针对于异构网络设备的信息集成， 支持主流工业有线/无线网络协 议解析和OPC  UA模型地址空间映射， 为异构网络设备信息标准 化提供支持；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115065697 A 2所述模型生成模块基于OPC  UA信息模型构建规范， 结合预置领域规范信息对获取的设 备信息进行类型模型构建， 并依据其定义类型和方法进行类型实例化， 生成工业网络设备 实例化对象和对应数据文件； 所述数据库存储历史网络设备信息， 实时网络设备信息， 类型模型数据和实例化数据， 依据设备属性进行分类分层， 并根据实时设备信息触发更新机制。 4.如权利 要求1所述的基于OPC  UA的工业网络设备信息集成系统， 其特征在于， 所述现 场设备层各类设备包 含支持OPC  UA的设备与不支持OPC  UA的设备； 所述支持OPC  UA的设备搭载有相应的所述OPC  UA Pub/Sub模块， 可周期性或事件性发 布设备信息， 供 所述OPC UA服务器订阅接收； 所述不支持OPC  UA的设备未搭载OPC  UA通信模块， 通过信息集成控制指令启动设备的 信息发送操作， 将设备信息发送至支持OPC  UA的可选设备， 由可选设备代替发布。 5.一种基于OPC  UA的工业网络设备信息集成方法， 其特征在于， 包括周期集成和设备 更新两部分； 所述周期集成， 是指在生产任务周期开始时或生产任务运行中， 工业网络周期性地进 行设备信息获取与集成； 所述设备更新， 是指网络设备故障、 新设备接入等情况导致网络状态发生改变， 工业网 络检测到更新信息并采取 更新操作。 6.如权利 要求5所述的基于OPC  UA的工业网络设备信息集成方法， 其特征在于， 所述周 期集成包括以下步骤： 步骤1、 获取生产需求， 网络设备通过内置Pub/Sub 模块发布设备状态信息与控制信息， 无内置Pub/Sub模块的设备发送信息至其它设备代替发布， 所述OPC  UA服务器订阅获取该 信息； 步骤2、 所述信息集成层对数据库导入设备信息， 对设备功能属性进行分析， 对支持各 类协议的设备进行分类， 对各层网络设备信息进行进一 步层次级分类； 步骤3、 根据预生成的信息类型模型， 对设备进行协议地址空间映射， 生成OPC  UA实例 化模型； 步骤4、 通过TCP/IP协议将模型数据文件发送给所述OPC  UA客户端， 客户端获取该信息 并进行备份存储； 步骤5、 所述信 息控制层依据模型数据中的引用信息进行网络拓扑构建， 并进行可调度 网络资源分析， 将设备信息与分析 结果发送至 工业网络控制端； 所述设备 更新包括以下步骤： 步骤1、 网络设备发生更新， 所述工业网络控制端接收到网络状态更新信息， 发送给所 述信息控制层； 步骤2、 所述信息控制层接收更新信息， 判定设备状态， 若设备因故障等原因注销， 则通 过所述OPC  UA客户端发送修改指令至所述OPC  UA服务器， 删除对应实例化模型， 同时更新 网络拓扑和资源信息； 若设备新接入， 则进行 下一步骤； 步骤3、 更新控制模块发送更新指令给所述工业网络控制端， 所述工业网络控制端调整 调度需求和配置方案， 将更新指 令下发至网络新接入设备； 设备依据是否支持Pub/Sub机制 选择直接发布设备信息或将设备信息发送给其它设备代为发布；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115065697 A 3