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Title:
SYSTEM, APPARATUS AND METHOD FOR PROTOCOL CONFIGURATION IN INDUSTRIAL CLOUD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/186484
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided are a system, apparatus and method for protocol configuration in an industrial cloud, the method comprising the following steps: receiving from an industrial cloud a data acquisition request sent by a client, and analysing the data acquisition request to obtain an analysed data structure; splitting protocol models corresponding to multiple devices of a device end to form a protocol topology; matching the analysed data structure and the protocol topology, and sending a matching result to the industrial cloud, the matching result comprising data corresponding to the data acquisition request extracted from the protocol topology. The present invention can automatically complete protocol configuration for different industrial clouds, with higher efficiency and low costs. The present invention can easily implement cloud connections, provides domain specific knowledge to support industrial applications, and implements knowledge conversion. The present invention can be used for protocol configuration in industrial clouds having complex device layer connections and structures, and helps clouds or system overall providers to easily benefit from cloud services.

Inventors:
ZHOU, Wen Jing (Wuxi Innovation Center, 200Linghu Road, Xinwu District,Room 425, Building E, Wuxi Jiangsu 0, 214000, CN)
BOVENSIEPEN, Daniel (18 Futongxidajie, Chaoyang District 1-2, Beijing 2, 100102, CN)
ZHU, Jia Xing (Guanshan Road No. 187, Binhu District 13-3203,Yajule-Zhongyangf, Wuxi Jiangsu 0, 214100, CN)
KUHMÜNCH, Christoph (7492 Elm Court, Monmouth Junction, NJ, 08852, US)
WU, Teng Fei (Daoxiang Road, Huishan DistrictRoom 202, Building 41, Xi Xing Yua, Wuxi Jiangsu 0, 214000, CN)
Application Number:
IB2019/052591
Publication Date:
October 03, 2019
Filing Date:
March 29, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Str. 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H04L29/08; H04L29/06
Foreign References:
US20150229638A12015-08-13
EP2528302A12012-11-28
US20140100879A12014-04-10
US20140236527A12014-08-21
Attorney, Agent or Firm:
ISARPATENT - PATENT- UND RECHTSANWÄLTE BEHNISCH BARTH CHARLES HASSA PECKMANN UND PARTNER MBB (Friedrichstraße 31, München, 80801, DE)
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Claims:
权 利 要 求 书

1. 工业云中的协议配置方法, 其中, 包括如下步骤:

从一个工业云中接收客户发送的数据获取需求, 对所述数据获取需求进 行解析, 得到解析后的数据结构;

拆分设备端复数个设备所对应的协议模型, 形成协议拓扑;

对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配, 将匹配结果发送至所述 工业云中, 其中, 所述匹配结果包括从所述协议拓扑中提取的所述数据获取 需求对应的数据。

2. 根据权利要求 1所述的工业云中的协议配置方法, 其特征在于, 所述 解析步骤还包括:

将所述数据获取需求转换成云描述, 并从所述云描述中解析出所述数据 结构。

3. 根据权利要求 2所述的工业云中的协议配置方法, 其特征在于, 所述 匹配步骤还包括:

从协议库中调取该云描述对应的协议框架模板, 对所述协议框架模板和 所述协议拓扑进行匹配, 从所述协议拓扑中找到所述数据获取需求对应的协 议模型, 并从该协议模型中提取所述数据获取需求中对应的数据。

4. 根据权利要求 2所述的工业云中的协议配置方法, 其特征在于, 所述 网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别对应的协议模型, 所述协议模型包 括设备信息、 数据点信息和数据模型。

5. 根据权利要求 1所述的工业云中的协议配置方法, 其特征在于, 所述 解析后的数据结构包括标准数据和客户数据, 其中, 所述标准数据和客户数 据分别包括设备信息、 数据点信息和数据模型信息。

6. 根据权利要求 1所述的工业云中的协议配置方法, 其特征在于, 当所 述匹配结果是基于新的协议生成的时, 将基于所述新的协议的协议框架模板 更新至协议库。

7. 工业云中的协议配置装置, 其中, 包括:

应用程序接口 (210), 其从一个工业云 (200) 中接收客户发送的数据获 取需求, 对所述数据获取需求进行解析, 得到解析后的数据结构;

匹配装置 (320), 其拆分设备端复数个设备所对应的协议模型, 形成协 议拓扑; 对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配, 将匹配结果发送至 所述工业云 ( 200 ) 中, 其中, 所述匹配结果包括从所述协议拓扑中提取的所 述数据获取需求对应的数据。

8. 根据权利要求 7所述的工业云中的协议配置装置, 其特征在于, 所述 应用程序接口 ( 210 )将所述数据获取需求转换成云描述, 并从所述云描述中 解析出所述数据结构。

9. 根据权利要求 8所述的工业云中的协议配置装置, 其特征在于, 所述 匹配装置 ( 320 ) 从协议库 ( 330 ) 中调取该云描述对应的协议框架模板, 对 所述协议框架模板和所述协议拓扑进行匹配, 从所述协议拓扑中找到所述数 据获取需求对应的协议模型, 并从该协议模型中提取所述数据获取需求中对 应的数据。

10. 根据权利要求 8所述的工业云中的协议配置装置,其特征在于,所述 网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别对应的协议模型, 所述协议模型包 括设备信息、 数据点信息和数据模型。

11. 根据权利要求 7所述的工业云中的协议配置装置,其特征在于,所述 解析后的数据结构包括标准数据和客户数据, 其中, 所述标准数据和客户数 据分别包括设备信息、 数据点信息和数据模型信息。

12. 根据权利要求 7所述的工业云中的协议配置装置,其特征在于, 当所 述匹配结果是基于新的协议生成的时, 匹配装置 ( 320 )将基于所述新的协议 的协议框架模板更新至协议库 ( 330)。

13. 工业云中的协议配置系统, 其中, 包括:

一个存储介质, 其存储复数个指令;

一个连接于所述存储介质的总线;

一个耦合于所述总线的处理器, 当所述处理器执行指令时, 使得所述工 业云中的协议配置系统执行根据权利要求 1至 6任一项所述的工业云中的协 议配置方法。

Description:
工业云中的协议配置系统、 装置和方法 技术领域

本发明涉及工业云, 尤其涉及工业云中的协议配置系统、 装置和方法。 背景技术

现在工业云应用在了不同的领域, 这些云是为了尽可能多地通过标准方 式将多个装置连接起来, 因此, 这些云都为了装置连接提供了它们的设备层 应用程序接口 (field layer API)。 其中, 设备层应用程序接口包括了基本信息 和参数, 例如装置名字 ( device name)、 变量名 ( variable name)、 协议参数 ( protocol parameters )、 数据模型 ( data model ) 等。

然而, 在一个典型的工业自动化系统, 现场有工厂或者几个工厂, 工厂 又包括很多产线, 其包括大量各种类型的协议, 例如 Modbus、 Profinet、 Profibus, OPC UA等。 为了管理数量巨大的资产, 需要一个能够组织和配置 一个工业云平台上的变量和数据的方法, 现有技术中往往通过人工来完成这 部分工作。 领域特殊性模板 ( Domain specific templates )对资源结构来说很重 要, 其能够支持资产结构等云应用, 然而领域特殊性模板也大部分由人工创 建。

现有技术中的工业云中的协议配置机制具有很 多缺陷。 例如, 当海量数 据需要通过云在工业领域被连接起来时, 通过人力构建连接非常困难, 其会 耗费太多时间并出现许多错误。 例如, 由于每个协议都有其自己的原则和参 数, 为了完成调试工作工程师需要知道每个协议的 特征, 但当协议比较多时 这需要本领域的专业知识和经验。比如,做数 据分析的人不会动 profinet协议, 懂 profinet协议的人不会懂 MODBUS, 这就会造成一些问题。 发明内容

本发明提供了工业云中的协议配置方法, 其中, 包括如下步骤: 从一个 工业云中接收客户发送的数据获取需求, 对所述数据获取需求进行解析, 得 到解析后的数据结构; 拆分设备端复数个设备所对应的协议模型, 形成协议 拓扑; 对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配 , 将匹配结果发送至所 述工业云中, 其中, 所述匹配结果包括从所述协议拓扑中提取的所 述数据获 取需求对应的数据。

进一步地, 所述解析步骤还包括: 将所述数据获取需求转换成云描述, 并从所述云描述中解析出所述数据结构。

进一步地, 所述匹配步骤还包括: 从协议库中调取该云描述对应的协议 框架模板, 对所述协议框架模板和所述协议拓扑进行匹配 , 从所述协议拓扑 中找到所述数据获取需求对应的协议模型, 并从该协议模型中提取所述数据 获取需求中对应的数据。

进一步地, 所述网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别 对应的协议模 型, 所述协议模型包括设备信息、 数据点信息和数据模型。

进一步地, 所述解析后的数据结构包括标准数据和客户数 据, 其中, 所 述标准数据和客户数据分别包括设备信息、 数据点信息和数据模型信息。

进一步地, 当所述匹配结果是基于新的协议生成的时, 将基于所述新的 协议的协议框架模板更新至协议库。

本发明第二方面提供了工业云中的协议配置装 置, 其中, 包括: 应用程 序接口, 其从一个工业云中接收客户发送的数据获取需 求, 对所述数据获取 需求进行解析, 得到解析后的数据结构; 匹配装置, 其拆分设备端复数个设 备所对应的协议模型, 形成协议拓扑; 对解析后的数据结构和所述协议拓扑 进行匹配, 将匹配结果发送至所述工业云中, 其中, 所述匹配结果包括从所 述协议拓扑中提取的所述数据获取需求对应的 数据。

进一步地, 所述应用程序接口将所述数据获取需求转换成 云描述, 并从 所述云描述中解析出所述数据结构。

进一步地, 所述匹配装置从协议库中调取该云描述对应的 协议框架模板, 对所述协议框架模板和所述协议拓扑进行匹配 , 从所述协议拓扑中找到所述 数据获取需求对应的协议模型, 并从该协议模型中提取所述数据获取需求中 对应的数据。

进一步地, 所述网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别 对应的协议模 型, 所述协议模型包括设备信息、 数据点信息和数据模型。

进一步地, 所述解析后的数据结构包括标准数据和客户数 据, 其中, 所 述标准数据和客户数据分别包括设备信息、 数据点信息和数据模型信息。 进一步地, 当所述匹配结果是基于新的协议生成的时, 匹配装置将基于 所述新的协议的协议框架模板更新至协议库。

本发明第三方面提供了工业云中的协议配置系 统, 其中, 包括: 一个存 储介质, 其存储复数个指令; 一个连接于所述存储介质的总线; 一个稱合于 所述总线的处理器, 当所述处理器执行指令时, 使得所述工业云中的协议配 置系统执行根据本发明第二方面所述的工业云 中的协议配置方法。

本发明能够针对不同的工业云自动完成协议配 置, 并且执行云连接的效 率更高花费更低。 本发明能够轻松实现云连接, 并提供领域特殊性知识以支 持工业应用, 并实现了知识转换。 本发明能够用于具有复杂设备层连接和结 构的工业云中的协议配置, 并帮助云提供者或者系统综合提供者轻松得益 于 云服务。 附图说明

图 i 是根据本发明的一个具体实施例的工业云中的 协议配置的系统框架 图;

图 2是根据本发明的一个具体实施例的工业云中 协议配置的网络拓扑 不意图;

图 3根据本发明的一个具体实施例的工业云中的 议配置的经过应用程 序接口模块 310解析的数据结构示意图;

图 4是根据本发明的一个具体实施例的工业云中 协议配置的 OPC协议 的结构示意图。 具体实施方式

以下结合附图, 对本发明的具体实施方式进行说明。

本发明能够在复杂的设备层云连接中提供基于 规则的自动协议配置机 制。本发明仍然是基于协议规则的,所述协议 包括但不限于 Modbus、 Profinet、 Profibus、 OPC UA。 在一个典型的通过工业云连接的工业系统中, 具有多个 工厂, 每个工厂设置有多个设备。 如图 1 所示, 下面结合用户获取工厂生产 线中的工业控制系统、 电表、 水表等设备端相关参数为例进行说明。 其中, 以图 1中的虚线为分界线, 虚线以上为工业云端, 虚线以下为工厂端 400。 工 厂端 400包括工业控制系统 410、 第一传感器 420和第二传感器 430等设备, 其中, 所述第一传感器 420典型地为一电能传感器, 所述第二传感器 430典 型地为一水表。 具体地, 所述电能传感器是基于 0PC协议的, 所述水表是基 于 MODBUS协议的。 此外, 所述工厂端 400还通过 TCP/IP协议实现对包括 人员信息的文件 F通信。 工厂端 400通过数据管理设备 440与服务器 300进 行数据交互。

参见图 1, 本发明提供的工业云中的协议配置方法包括如 下步骤。

首先执行步骤 S1, 从一个工业云 200中接收客户 100发送的数据获取需 求, 对所述数据获取需求进行解析, 得到解析后的数据结构。 其中, 客户通 过外部网页方式访问云端, 将客户的数据或许需求输入到应用程序 110 中。 具体地, 在本实施例中, 所述具体数据获取需求为“获取工厂 400 中第一传 感器 420的读书和第二传感器 430的读数”。

具体地, 在工业云 200中, 需要将所述数据获取需求“获取获取工厂 400 中第一传感器 420的读书和第二传感器 430的读数”转换成云描述, 并从所 述云描述中解析出所述数据结构。 客户通过客户端应用程序 110将具体数据 获取需求发送至工业云 200端, 该数据或许需求到达工业云 200端以后工业 云 200通过云描述对其进行转换, 其中, 图 1 中的云连接应用程序接口 210 提供的标准描述也可以称为云描述, 通过云连接应用程序接口 210将该数据 获取需求转换成标准云描述, 然后将该云描述发送至服务器 300 o

其中, 所述解析后的数据结构包括标准数据和客户数 据, 其中, 所述标 准数据和客户数据分别包括设备信息、 数据点信息和数据模型信息。 应用程 序接口规范模块 ( An API rule model ) 310用于将云描述解析为数据结构, 该 数据结构为标准描述, 用于提供云需求的主要特征和参数。 为了在设备层连 接不通的协议, 应用程序接口模型的信息也相应地包括设备信 息、 数据点信 息、 数据模型信息等。应用程序接口规范模块 310的输入为云层 (cloud field) 连接应用程序接口内容, 所述应用程序接口规范模块 310解析内容全文并找 到云需求的框架和逻辑。 所述应用程序接口模块 310找到连接标准模块, 并 在每个模型中选择对数据连接有用的主要参数 。 所述应用程序接口模块 310 的输出为标准主要参数。 图 3根据本发明的一个具体实施例的工业云中的 议配置的应用程序接口模型示意图, 如图 3 所示, 应用程序接口模型包括标 准数据和客户数据, 其中, 所述标准数据包括设备信息 3、 数据点信息 3和设 备模型信息 3等。 进一步地, 所述设备信息 3包括参数 13和参数 14, 数据点 信息 3包括参数 15和参数 16, 数据模型信息 3包括参数 17和参数 18。 客户 数据包括设备信息 4、 数据点信息 4和数据模型信息 4。 进一步地, 所述设备 信息 4包括参数 19和参数 20, 数据点信息 4包括参数 21和参数 22, 数据模 型信息 4包括参数 23和参数 24。其中, 所述客户数据为客户自定义的数据模 型。 通过对云描述的解析得到的上述数据结构, 可以知道, 客户发送的数据 获取需求对应的设备是第一传感器 420的读数, 也就是工厂 400的水表读数, 其是通过 OPC协议进行传输的。 客户发送的数据获取需求还对应着第二传感 器 430, 也就是工厂 400的电表读数, 其是通过 MODBUS协议传输的。

然后执行步骤 S2, 拆分设备端复数个设备所对应的协议模型, 形成协议 拓扑。 图 2是根据本发明的一个具体实施例的工业云中 协议配置的网络拓 扑示意图, 其中, 协议模型是包括了针对云连接的主要模块和参 数的标准描 述, 其用于解释设备层需求。 协议模型适合应用于不同的协议。 协议模型找 到每个协议并用标准模型对协议模型进行分类 。 协议模型选取每个协议中的 用于数据连接的主要参数, 并输出标准主要参数。 为了更方便连接至云, 具 体地, 所述网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别 对应的协议模型 A, 所 述协议模型 A包括设备信息、 数据点信息和数据模型。 上述设备信息、 数据 点信息、 数据模型单独描述了设备的关键参数。 其中, 在本实施例中, 工厂 400的第一传感器 420是通过 PCT协议进行传输的, 工厂 400的第二传感器 430是通过 MODBUS协议进行传输的。 如图 2所示, PCT协议的协议模型被 拆分为了设备信息 1、 数据点信息 1和数据模型 1, 其中, 所述设备信息 1进 一步地包括参数 1和参数 2, 数据点模型 1进一步地包括参数 3和参数 4, 数 据模型 1进一步地包括参数 5和参数 6。 MODBUS的协议模型被拆分为了设 备信息 2、 数据点信息 2和数据模型 2, 其中, 所述设备信息 2进一步地包括 参数 7和参数 8, 数据点模型 2进一步地包括参数 9和参数 10, 数据模型 2 进一步地包括参数 11和参数 12。具体地, 假设设备信息 1对应着第一传感器 420, 也就是工厂 400的电表, 设备信息 2对应着第二传感器 430, 也就是工 厂 400 的水表。 进一步地, 数据点信息是真正存储数据的管道, 因此数据点 信息 1对应的参数 3就是第一传感器 420的读数, 即工厂 400的电表的读数。 数据点信息 2对应参数的参数 9就是第二传感器 430的读数, 即工厂 400的 水表的读数。

接着执行步骤 S3 , 对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配 , 将匹 配结果 B发送至所述工业云 200中, 其中, 所述匹配结果 B包括从所述协议 拓扑中提取的所述数据获取需求对应的数据。 进一步地, 从协议库 330 中调 取该云描述对应的协议框架模板, 对所述协议框架模板和所述协议拓扑进行 匹配, 从所述协议拓扑中找到所述数据获取需求对应 的协议模型, 并从该协 议模型中提取所述数据获取需求中对应的数据 。 具体地, 由于不同的云具有 不同的云描述, 不同的协议具有不同的协议框架模板。 协议库 330 中预存了 大量不同的协议模板, 因此本发明根据工业云 200的类型调取工业云 200对 应的协议模板。 例如, 在本实施例中, 客户的数据获取需求为“获取获取工 厂 400中第一传感器 420的读书和第二传感器 430的读数”, 则在步骤 S3中 调取的就是第一传感器 420对应的 PCT协议框架模板以及第二传感器 430对 应的 MODBUS协议框架模板。 其中, 需要说明的是, 协议框架框架模板仅包 括该协议的框架, 并不包含任何内容, 也就是说, 在本实施例中, 步骤 S3中 调取的 PCT协议框架模板中并不包括第一传感器 420的读数, 同理, 步骤 S3 中调取的 MODBUS协议框架模板中并不包括第二传感器 430的读数。在步骤 2 中得到的网络拓扑中包括设备层各种设备对应 的各种协议, 以及协议的内 容, 因此步骤 S2中获取的网络拓扑中不仅包括第一传感器 420对应的 PCT 协议及其内容还有第二传感器 430对应的 MODBUS协议及其内容, 其中,在 PCT协议中包括第一传感器 420的读数,在 MODBUS协议中包括第二传感器 430的读数。 因此, 在本步骤中, 按照工业云 200的类型从协议库 330中调取 了第一传感器 420 对应的 PCT 协议框架模板以及第二传感器 430 对应的 MODBUS协议框架模板,即可以得知所述 PCT协议和 MODBUS协议的结构, 可以知道第一传感器 420的读数存储在数据点信息 1对应的参数 3 ,第二传感 器 430的读数存储在数据点信息 2对应参数的参数 9。

图 4是根据本发明的一个具体实施例的工业云中 协议配置的 OPC协议 的结构示意图。 如图 4所示, OPC协议中包括实时数据 DA, 报警事件 AE, 过去数据 HAD。 其中, 实时数据 DA进一步地包括项目 item、 组成 group和 服务器 server。 组成 group为 OPC协议的数据组成, 服务器 server是客户端 访问。 进一步地, 服务器 server进一步地包括协议口 commer、 地址 address、 容器 container 以及其他内容。 协议口 commer表示协议对应哪个口, 地址 address表示第一传感器 420的 IP地址,容器 container装协议的容器某块。因 此, 基于此, 调取网络拓扑中 PCT协议的数据点信息 1的参数 3则可以得到 第一传感器 420的读数,调取网络拓扑中 MODBUS协议的数据点信息 2的参 数 9则可以得到第二传感器 420的读数。

可选地, 当所述匹配结果是基于新的协议生成的时, 将基于所述新的协 议的协议框架模板更新至协议库。

本发明第二方面还提供了工业云中的协议配置 装置, 其包括应用程序接 口 210、 匹配装置 320等。 其中, 所述应用程序接口 210从一个工业云 200中 接收客户发送的数据获取需求, 对所述数据获取需求进行解析, 得到解析后 的数据结构。 匹配装置 320拆分设备端复数个设备所对应的协议模型, 形成 协议拓扑, 对解析后的数据结构和所述协议拓扑进行匹配 , 将匹配结果发送 至所述工业云中, 其中, 所述匹配结果包括从所述协议拓扑中提取的所 述数 据获取需求对应的数据。

进一步地, 所述应用程序接口将所述数据获取需求转换成 云描述, 并从 所述云描述中解析出所述数据结构。

进一步地,所述匹配装置从协议库中调取该云 描述对应的协议框架模板, 对所述协议框架模板和所述协议拓扑进行匹配 , 从所述协议拓扑中找到所述 数据获取需求对应的协议模型, 并从该协议模型中提取所述数据获取需求中 对应的数据。

进一步地, 所述网络拓扑包括复数个相互连接的设备分别 对应的协议模 型, 所述协议模型包括设备信息、 数据点信息和数据模型。

进一步地, 所述解析后的数据结构包括标准数据和客户数 据, 其中, 所 述标准数据和客户数据分别包括设备信息、 数据点信息和数据模型信息。

进一步地, 当所述匹配结果是基于新的协议生成的时, 匹配装置 320将 基于所述新的协议的协议框架模板更新至协议 库 330。

本发明第三方面还提供了工业云中的协议配置 系统, 其包括一个存储介 质、 一个总线以及一个处理器。 其中, 存储介质用于存储复数个指令。 总线 连接于所述存储介质。 处理器耦合于所述总线, 当所述处理器执行指令时, 使得所述工业云中的协议配置系统执行根据前 文所述的工业云中的协议配置 方法。

本发明能够针对不同的工业云自动完成协议配 置, 并且执行云连接的效 率更高花费更低。 本发明能够轻松实现云连接, 并提供领域特殊性知识以支 持工业应用, 并实现了知识转换。 本发明能够用于具有复杂设备层连接和结 构的工业云中的协议配置, 并帮助云提供者或者系统综合提供者轻松得益 于 云服务。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作 了详细介绍, 但应当认识 到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。 在本领域技术人员阅读了上述 内容后, 对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见 的。 因此, 本发明的 保护范围应由所附的权利要求来限定。 此外, 不应将权利要求中的任何附图 标记视为限制所涉及的权利要求;“包括”一 不排除其它权利要求或说明书中 未列出的装置或步骤; “第一 “第二”等词语仅用来表示名称, 而并不表示任 何特定的顺序。