[發明專利]一種UPC UA到MQTT的工業網關及其通信方法

在審

• 申請號: 201911070237.6
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN112769685A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 趙偉;石剛;李永慶;劉博
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: H04L12/66
• 分類號: H04L12/66;H04L29/06;H04L12/46
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

本發明涉及一種UPC UA到MQTT的工業網關及其通信方法。網關的程序模塊包括配置模塊、OPC UA采集模塊、MQTT協議轉換模塊和傳輸管理模塊。方法包括網關接收用戶輸入的配置信息后，保存在內部的FLASH中，循環采集目標OPC UAServer中的特定對象信息，加密后采用MQTT方式上報到云平臺。本發明在不改變現場控制通信網絡結構的前提下，通過旁路模式實現了對現場數據的獲取，為工業互聯網平臺提供了底層數據支撐；同時本方面通過兩級加密算法，解決了數據傳輸安全性問題，形成了完備的數據安全保障體系，能夠滿足于各種工業級的現場應用要求。

技術領域

本發明涉及工業現場數據采集及通信技術領域，具體地說是一種UPC UA到MQTT的工業網關及其通信方法。

背景技術

在工業現場，傳統的OPC技術在控制級別很好地解決了硬件設備間的互通性問題，但是其訪問規范都是基于微軟的COM/DCOM技術，這給新增層面的通信帶來不可根除的弱點，如不能跨系統和不能穿過防火墻等。為了解決這一問題，OPC基金會發布了最新的數據通訊統一方法—OPC統一架構(OPC UA)，涵蓋了OPC實時數據訪問規范(OPC DA)、OPC歷史數據訪問規范(OPC HDA)、OPC報警事件訪問規范(OPC AE)和OPC安全協議(OPC Security)的不同方面，且在其基礎之上進行了功能擴展。OPC UA是在傳統OPC技術取得很大成功之后的又一個突破，讓數據采集、信息模型化以及工廠底層與企業層面之間的通訊更加安全、可靠。

OPC UA已經成為實事上的工業通信標準，目前支持OPC UA的控制器、儀表、傳感器、專用裝置和工業軟件系統與日俱增，另一方面，隨著工業互聯網技術和邊緣計算技術的發展，需要一款網關產品，可以支持OPC UA協議，完成對現場測控數據的采集和平臺傳輸，為后續更高層次的分析和應用打通數據通道。

發明內容

為解決現場遵循OPC UA協議的工業現場設備數據到云平臺的數據上報問題，本發明提供一種UPC UA到MQTT的工業網關及其通信方法。

一種UPC UA到MQTT的工業網關,包括如下程序模塊：配置模塊、OPC UA采集模塊、MQTT協議轉換模塊和傳輸管理模塊；

所述配置模塊，用于接收上位機配置軟件的配置數據，所述配置數據包括網絡配置、固件更新和用戶權限參數；

所述OPC UA采集模塊，用于通過設置現場設備配置參數完成該網關與現場OPC UAServer設備的連接，向OPC UA Server設備的配置軟件中發出指令，采集上位機服務器需要的現場OPC UA Server設備的數據對象Objects；

所述MQTT協議轉換模塊，用于通過設置上位機配置參數完成網關與云平臺的連接，設置傳輸報文的加密方法和密鑰，對采集的現場OPC UA Server設備的數據對象Objects進行封裝；

所述傳輸管理模塊，用于設置通訊方式、接入點名稱、APN參數完成網關與云平臺的連接以及數據上傳。

所述傳輸管理模塊還包括通過PING、IPCONFIG兩個指令用于輔助判斷與服務器的連接狀況。

所述現場設備配置參數包括Session Name，Endpoint Url，Security Mode，Security Policy，Message Encoding，User Indentity，User Name和Password。

所述上位機配置參數包括MQTT服務器IP、端口、客戶端ID、用戶名、密碼、QoS、連接保持時間、廠商編號、網關編號、數據發布周期和對時周期。

所述通訊方式為以太網或4G。

一種UPC UA到MQTT的工業網關的通信方法，包括以下步驟：

網關控制配置模塊與云平臺服務器連接，接收上位機配置軟件的配置數據；