T/CNFPIA 1004-2022 木制品表面涂饰设备 基于 OPC UA 信息模型规范

内容简介

本文件规定了基于OPCUA的木制品表面涂饰设备信息集成互联网络架构以及信息模型
本文件适用于木制品表面涂饰设备各自以及相互之间的信息集成
4典型木制品表面涂饰生产线典型木制品表面涂饰生产线示意图如图1所示。图1典型木制品表面涂饰生产线1.上料机2.粉尘清除机3.单辊涂布机4.输送机5.UV干燥机6.输送机7.双辊涂布机8.输送机9.UV干燥机10.输送机11.砂光机12.粉尘清除机13.双辊涂布机14.对中机15.膜压机16.输送机17.UV干燥机18.准分子灯干燥机19.UV干燥机20.平移机21.淋幕机22.喷漆机23.红外线流平机24.输送机22.喷漆机25.下料机T/CNFPIA1004—202235信息集成互联网络架构5.1OPCUA实现方式OPCUA服务器和客户端的实现应符合GB/T33863.4—2017，主要实现方式包括：a)OPCUA客户端可是独立的应用程序或者应用程序的一部分，如MES、SCADA都可是客户端应用程序；b)OPCUA服务器可是PLC、DCS控制系统等可编程控制设备中的嵌入式OPCUA服务器或是OPCUA服务器中间件。5.2基于OPCUA的互联网络架构基于OPCUA的木制品表面涂饰数字化生产线网络互联典型架构如图2所示。图2基于OPCUA木制品表面涂饰数字化生产线互联网络架构a)MES、SCADA系统应实现OPCUA客户端的功能，PLC、DCS控制系统应作为OPCUA服务器；b)木制品表面涂饰各单机设备控制系统应内嵌OPCUA服务器，可加载描述木制品表面涂饰各单机设备信息模型的XML格式文件，并可对地址空间节点数据进行管理或提供OPCUA服务器接口；c)对于不支持OPCUA的工艺单机设备，设备应具有开放的通信接口和参数说明，用于开发OPCUA服务器中间件来建立设备的信息模型；d)其他现场设备（如实现采集现场数据的传感器等），应支持某种特定的现场总线协议（如Modbus等），接入到OPCUA服务器中间件中，以集成到SCADA或者MES系统；e)工艺单机设备或者其他现场设备作为控制设备应接受MES、SCADA下发的指令，同时MES、SCADA也可获取工艺单机设备或者其他现场设备的数据；f)MES系统与PLM、ERP系统的集成可以选择OPCUA、Webservice等多种接口。6信息模型6.1概述通过基于OPCUA标准的建模语法和相应规则来完成不同工艺功能的木制品表面涂饰设备的建模，T/CNFPIA1004—20224通过模型描述木制品表面涂饰各功能单机设备的结构信息，为实际对象提供描述各种语义信息的类型节点，并在OPCUA地址空间中建立节点之间的联系。6.2信息模型木制品表面涂饰设备信息模型应包含但不限于如下内容：a)运行状态信息：各工艺设备运行过程中的设备状态、工作状态、控制状态等设备状态信息以及报警信息和能耗信息；b)设备标识信息：制造商、设备机型、厂内编号和辅助信息；c)控制指令信息：木制品表面涂饰设备运行的启动、停止、待机、复位等常用基本控制指令；d)制造能力信息：设备运行最大线速度、可加工工件的最大、最小厚度、最大宽度和最小长度；e)配置信息：涉及生产工艺及其相关指标的配方数据和编号，以及操作工艺配方的确认写入、读取等指令；f)生产数据信息：木制品表面涂饰设备中各种类型传感器、执行器的实时数据。通用木制品表面涂饰设备信息模型如图3所示：图3通用木制品表面涂饰设备信息模型6.3地址空间映射由设备信息模型和相关内容来确定向OPCUA地址空间映射的规则，利用OPCUA的元模型来构造木制品表面涂饰生产线和各单机设备的OPCUA模型，图4以双辊涂布机对象为例，显示了OPCUA地址空间中的木制品表面涂饰设备主要对象、变量及其之间的关系。T/CNFPIA1004—20225图4典型木制品表面涂饰生产线OPCUA模型T/CNFPIA1004—202266.4OPCUA类型定义根据OPCUA模型的建模语法和相应规则，木制品表面涂饰设备的OPCUA类型定义包括变量类型定义和对象类型定义。6.4.1变量类型木制品表面涂饰单机设备信息模型中包含有设备标识信息、控制指令信息、运行状态信息、制造能力信息、模拟数据信息、配方指令信息，将这些信息定义为OPCUA模型中的变量类型，变量类型派生自BaseObjectType，木制品表面涂饰单机设备对象模型中可以调用这些变量类型，并完成实例化。6.4.1.1设备标识变量类型该变量类型定义木制品表面涂饰设备标识信息，包括制造商、设备机型、厂内编号和辅助信息。设备标识变量类型派生自BaseDataVariableType，逻辑图如图5所示，在OPCUA地址空间中的定义见表1。表1中DeviceType定义设备种类代码；Manufacturer定义设备生产制造厂商识别代码；SerialNumber定义木制品表面涂饰设备在数字化车间内的唯一标识；SideInformation用以区分同类设备的不同型号。表1GenericDeviceIDVariableType定义属性值BrowseNameGenericDeviceIDVariableTypeIsAbstractFalse引用节点类浏览名数据类型类型定义建模规则标准变量类型的子类型见GB/T33863.5—2017中7.2的定义HasPropertyVariableDeviceTypeUInt32PropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableManufacturerUInt16PropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableSerialNumberUInt16PropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableSideInformationUInt16PropertyTypeMandatory图5设备标识变量类型逻辑图T/CNFPIA1004—202276.4.1.2运行状态变量类型该变量类型定义木制品表面涂饰设备运行状态信息，包括设备状态、工作状态、控制状态、报警信息和能耗信息。运行状态变量类型派生自BaseDataVariableType，逻辑图如图6所示，在OPCUA地址空间中的定义见表2。表2中AlarmInfo定义设备的报警信息代码；ControlStatus定义设备的控制状态；DeviceStatus描述设备是否处于报警或者故障状态；EnergyCost描述设备的能耗信息；WorkingStatus定义了设备的工作状态。表2GenericRunningStatusVariableType定义属性值BrowseNameGenericRunningStatusVariableTypeIsAbstractFalse引用节点类浏览名数据类型类型定义建模规则标准变量类型的子类型见GB/T33863.5—2017中7.2的定义HasPropertyVariableAlarmInfoUInt16PropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableControlStatusUInt16PropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableDeviceStatusUInt16PropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableEnergyCostUInt16PropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableWorkingStatusUInt16PropertyTypeMandatory图6运行状态变量类型逻辑图T/CNFPIA1004—202286.4.1.3制造能力变量类型该变量类型定义木制品表面涂饰设备制造能力信息，包括最大线速度、最大板材厚度、最小板材厚度、最大板材宽度和最小板材长度。制造能力数据变量类型派生自BaseDataVariableType，逻辑图如图7所示，在OPCUA地址空间中的定义见表3。表3中MaxLineSpeed描述设备运行最大线速度；MaxPanelThickness和MinPannelThickness描述可加工工件的最大厚度和最小厚度；MaxPanelWidth用以描述可加工工件的最大宽度；MinPanelLength用以描述可加工工件的工件最小长度。表3GenericManufactureVariableType定义属性值BrowseNameGenericManufactureVariableTypeIsAbstractFalse引用节点类浏览名数据类型类型定义建模规则标准变量类型的子类型见GB/T33863.5—2017中7.2的定义HasPropertyVariableMaxLineSpeedDoublePropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableMaxPanelThicknessDoublePropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableMinPannelThicknessDoublePropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableMaxPanelWidthDoublePropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableMinPanelLengthDoublePropertyTypeMandatory图7制造能力变量类型逻辑图T/CNFPIA1004—202296.4.1.4控制指令变量类型该变量类型定义了木制品表面涂饰设备控制指令信息，包括启动、停止、待机与复位。控制指令变量类型派生自BaseDataVariableType，逻辑图如图8所示，在OPCUA地址空间中的定义见表4。表4中CommandStart定义设备启动指令；CommandStop定义设备停止指令；CommandStandby定义设备待机指令；CommandReset定义设备复位指令。表4GenericControlCommandVariableType定义属性值BrowseNameGenericControlCommandVariableTypeIsAbstractFalse引用节点类浏览名数据类型类型定义建模规则标准变量类型的子类型见GB/T33863.5—2017中7.2的定义HasPropertyVariableCommandResetBooleanPropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableCommandStandbyBooleanPropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableCommandStartBooleanPropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableCommandStopBooleanPropertyTypeMandatory图8控制指令变量类型逻辑图T/CNFPIA1004—2022106.4.1.5模拟数据变量类型该变量类型定义木制品表面涂饰设备中各种类型传感器、执行器的数值信息，包括数据数值和数据单位。模拟数据变量类型派生自BaseDataVariableType，逻辑图如图9所示，在OPCUA地址空间中的定义见表5。表5中AnalogItemValue用以描述模拟数据变量数值；AnalogItemValue用以描述模拟数据变量单位。表5GenericAnalogItemVariableType定义属性值BrowseNameGenericAnalogItemVariableTypeIsAbstractFalse引用节点类浏览名数据类型类型定义建模规则标准变量类型的子类型见GB/T33863.5—2017中7.2的定义HasPropertyVariableAnalogItemValueDoublePropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableAnalogItemUnitsStringPropertyTypeOptional图9模拟数据变量类型逻辑图6.4.1.6生产数据变量类型双辊涂布机生产数据变量类型：以双辊涂布机为例，该生产数据变量类型定义双辊涂布机生产数据信息，包括传送带速度、均布轮与涂布轮速度与高度、涂布量以及油漆温度实时数值。双辊涂布机生产数据变量类型派生自ProductionDataRollerCoaterVariableType，逻辑图如图10所示，在OPCUA地址空间中的定义见表6。表6中ConveyorBeltSpeed描述双辊涂布机生产数据变量类型中传送带实时输送速度；CoatingAmount描述涂布量实时值；No_1_ApplyingRollerSpeed、No_2_ApplyingRollerSpeed描述涂布轮实时速度；No_1_SmoothingRollerSpeed、No_2_SmoothingRollerSpeed描述均布轮实时速度；No_1_GenericRoller、No_2_GenericRoller描述两组涂布轮和均布轮实时高度和油漆温度。T/CNFPIA1004—202211表6ProductionDataDoubleRollerCoaterVariableType定义属性值BrowseNameProductionDataDoubleRollerCoaterVariableTypeIsAbstractFalse引用节点类浏览名数据类型类型定义建模规则基本对象类型的子类型见GB/T33863.5—2017中6.2的定义HasPropertyVariableConveyorBeltSpeedGenericAnalogItemVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableCoatingAmountGenericAnalogItemVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_1_ApplyingRollerSpeedGenericAnalogItemVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_1_SmoothingRollerSpeedGenericAnalogItemVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_1_GenericRollerGenericGenericRollerVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_2_ApplyingRollerSpeedGenericAnalogItemVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_2_SmoothingRollerSpeedGenericAnalogItemVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_2_GenericRollerGenericGenericRollerVariableTypeBaseDataTypeMandatory图10双棍涂布机生产数据变量类型逻辑图T/CNFPIA1004—2022126.4.1.7配方数据变量类型通用配方数据变量类型：该变量类型定义了木制品表面涂饰设备配方数据信息，包括确认、读取与存储指令和配方编号。通用配方指令变量类型派生自BaseDataVariableType，逻辑图如图11所示，在OPCUA地址空间中的定义见表7。表7中ConfirmRecipe定义设备配方确认指令；NumberRecipe定义设备配方编号；ReadRecipe定义设备配方读取指令；StoreRecipe定义设备配方存储指令；ConveyorBeltSpeed定义传送带输送速度设定值。表7GenericRecipeDataVariableType定义属性值BrowseNameGenericRecipeDataVariableTypeIsAbstractFalse引用节点类浏览名数据类型类型定义建模规则标准变量类型的子类型见GB/T33863.5—2017中7.2的定义HasPropertyVariableConfirmRecipeUInt32PropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableNumberRecipeUInt16PropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableReadRecipeUInt16PropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableStoreRecipeUInt16PropertyTypeMandatoryHasPropertyVariableConveyorBeltSpeedGenericAnalogItemVariableTypeBaseDataTypeMandatory图11配方数据变量类型逻辑图双辊涂布机配方数据变量类型：该变量类型描述了双辊涂布机配方数据信息，包括配方数据控制指令、传送带速度、均布轮与涂布轮速度、高度、涂布量以及油漆温度的配方设定。双辊涂布机配方数据变量类型派生自RecipeDataRollerCoaterVariableType，逻辑图如图12所示，在OPCUA地址空间中的定义见表8。表8中CoatingAmount描述双辊涂布机配方数据变量类型中涂布量设定值；No_1_ApplyingRollerSpeed、No_2_ApplyingRollerSpeed描述涂布轮速度设定值；No_1_SmoothingT/CNFPIA1004—202213RollerSpeed、No_2_SmoothingRollerSpeed描述均布轮速度设定值；No_1_GenericRoller、No_2_GenericRoller描述涂布轮和均布轮设定高度和油漆温度。表8RecipeDataDoubleRollerCoaterVariableType定义属性值BrowseNameRecipeDataDoubleRollerCoaterVariableTypeIsAbstractFalse引用节点类浏览名数据类型类型定义建模规则基本对象类型的子类型见GB/T33863.5—2017中6.2的定义HasPropertyVariableCoatingAmountGenericRecipeDataVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_1_ApplyingRollerSpeedGenericAnalogItemVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_1_SmoothingRollerSpeedGenericAnalogItemVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_1_GenericRollerGenericGenericRollerVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_2_ApplyingRollerSpeedGenericAnalogItemVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_2_SmoothingRollerSpeedGenericAnalogItemVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableNo_2_GenericRollerGenericGenericRollerVariableTypeBaseDataTypeMandatory图12双棍涂布机配方数据变量类型逻辑图T/CNFPIA1004—2022146.4.2对象类型将木制品表面涂饰生产线上单机设备定义为OPCUA模型中的对象类型，该对象类型定义了木制品表面涂饰生产线上单机设备通用信息，包括了控制指令、设备标识数据、制造能力数据、运行状态信息、生产数据和配方数据。6.4.2.1木制品表面涂饰设备通用对象类型该对象类型定义了木制品表面涂饰设备的通用信息，包括控制指令、设备标识数据、制造能力数据、运行状态信息。该对象类型派生自BaseObjectType，逻辑图如图13所示，其在OPCUA地址空间中的定义见表9。ControlCommand定义木制品表面涂饰设备通用对象类型中控制指令变量；DeviceID定义设备标识变量；ManufactureData定义制造能力变量；RunningStatus定义运行状态变量。表9GenericSurfaceFinishingEquipmentType定义属性值BrowseNameGenericSurfaceFinishingEquipmentTypeIsAbstractFalse引用节点类浏览名数据类型类型定义建模规则基本对象类型的子类型见GB/T33863.5—2017中6.2的定义HasPropertyVariableControlCommandGenericControlCommandVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableDeviceIDGenericDeviceIDVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableManufactureDataGenericManufactureDataVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableRunningStatusGenericRunningStatusVariableTypeBaseDataTypeMandatory图13木制品表面涂饰设备通用对象类型逻辑图T/CNFPIA1004—2022156.4.2.2双辊涂布机对象类型该对象类型定义了木制品表面涂饰生产线中双辊涂布机的通用信息，包括控制指令、设备标识数据、制造能力数据、运行状态信息通用数据信息以及独有的生产数据和配方数据。该双辊涂布机对象类型派生自GenericSurfaceFinishingEquipmentType，其在OPCUA地址空间中的定义见表10，逻辑图如图14所示。ProductionData描述双辊涂布机对象类型中生产数据变量，生产数据变量类型为ProductionDataDoubleRollerCoaterVariableType，RecipeData则描述了双辊涂布机对象类型中配方数据变量，配方数据变量类型为RecipeDataDoubleRollerCoaterVariableType。表10DoubleRollerCoaterObjectType定义属性值BrowseNameDoubleRollerCoaterObjectTypeIsAbstractFalse引用节点类浏览名数据类型类型定义建模规则基本对象类型的子类型见GB/T33863.5—2017中6.2的定义HasPropertyVariableRecipeDataRecipeDataDoubleRollerCoaterVariableTypeBaseDataTypeMandatoryHasPropertyVariableProductionDataProductionDataDoubleRollerCoaterVariableTypeBaseDataTypeMandatory图14双辊涂布机对象类型逻辑图