ICS 25.040 N 10
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T38869—2020
基于OPC UA的数字化车间互联网络架构
OPC UA-based interconnected network architecture in digital plant
2021-02-01实施
2020-07-21发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T38869—2020
目 次
前言
范围 2 规范性引用文件
1
术语、定义和缩略语 3.1 术语和定义 3.2 缩略语数字化车间互联网络层次结构数字化车间互联网络信息流 5.1 互联网络连接方式 5.2 互联网络信息流基于OPCUA的数字化车间互联网络架构 6.1 OPCUA实现形式 6.2 OPCUA作用位置 6.3 OPCUA网络分布 6.4 基于OPCUA的互联网络架构
3
4
5
6
6.4.1 MES与监控设备之间 6.4.2 MES与可编程控制设备之间 6.4.3 MES与现场设备之间 6.4.4 监控设备与可编程控制设备之间 6.4.5 监控设备与现场设备之间 6.4.6 聚合服务器 6.4.7 嵌人式OPCUA服务器网关
附录A（资料性附录） OPCUA协议规范与技术概述 A.1 OPCUA协议规范框架 A.2 OPCUA技术概述
11 12 12 13 1.4 14 1.5
A.2.1 概述： A.2.2 OPCUA基本架构模式 A.2.3 OPCUA数据编码与传输协议 A.2.4 OPCUA服务 A.2.5 OPCUA地址空间与信息模型
附录B（资料性附录） OPCUA开发实现 B.1 概述... B.2 OPCUA应用架构 B.3 基于SDK的OPCUA开发实现·
16
16 16
17 17 17
B.3.1 概述 B.3.2 OPCUASDK功能 GB/T38869—2020
B.3.3业务相关功能的开发 B.4OPCUA开发和应用考虑 B.4.1 资源受限考虑 B.4.2 实时性考虑 ...
17
18
18 18 18 18 19 19 20 22
B.4.3 安全性考虑 ... B.5 面向机械加工行业的OPCUA架构应用导则 B.6OPCUA开发实现示例
B.6.1 概述 B.6.2 数控机床内嵌OPCUA服务器的实现示例 B.6.3 Modbus设备采集模块实现
附录C（资料性附录） OPCUA的兼容性
C.1 概述 C.2OPC/OPCUA兼容性解决方案示例·
24 24 24 24
C.2.1 概述 C.2.2 UA Proxy C.2.3 UA Wrappe
25 26 28
C.3 兼容性声明参考文献
图 1 数字化车间互联网络层次结构示意图图2 软硬件组成及其之间可能连接与信息流示意图图3 OPCUA的作用位置示意图.. 图4 OPCUA网络分布概念· 图 5 MES与监控设备之间基于OPCUA的集成图6MES与可编程控制设备之间基于OPCUA的集成图 7 MES与现场设备之间基于OPCUA的集成图8 监控设备与可编程控制设备之间基于OPCUA的集成图 9 监控设备与现场设备之间基于OPCUA的集成图10 基于聚合OPCUA服务器的集成图 11 基于嵌人式OPCUA服务器网关的集成图A.1 OPCUA规范框架图A.2 OPCUA层模型图A.3 OPCUA客户端与服务器的交互关系图A.4 组合的OPCUA服务器和客户端概念图A.5 UPCUA传输规范图B.1 OPCUA应用程序开发架构图 B.2 OPCUA标准地址空间图B.3 面向机械制造行业的典型架构图 B.4 数控机床的信息模型
2
6
S
C
13 13
13
14 16
18 19
20
II GB/T38869—2020
图 B.5 地址空间管理图 B.6 Modbus采集模块· 图B.7 构建信息模型图 C.1 协议转换示意图 C.2 UAProxy示意图图 C.3 UAWrapper示意图
21 22 23 24 25 25
表B.1 数控机床信息模型映射过程表B.2 温湿度传感器信息模型映射过程表 C.1 OPCUA兼容性声明（必备）表C.2 OPCUA兼容性声明（可选）
21
23 26 27
III GB/T 38869—2020
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会（SAC/TC124）归口。 本标准起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、中国科学院沈阳自动化研究所、北京和
利时系统工程有限公司、上海自动化仪表有限公司、北京东土科技股份有限公司、上海工业自动化仪表研究院、中电科技集团重庆声光电有限公司、中国信息通信研究院、辽宁大学。
本标准主要起草人：刘丹、赵艳领、谢素芬、张思超、虞日跃、赵勇、薛百华、李红词、张茂成、段世惠、 宋岩、王洲、牛鹏飞、岳磊、王静。
V GB/T38869—2020
基于OPCUA的数字化车间互联网络架构
1范围
本标准规定了数字化车间互联网络的层次结构、信息流，以及基于OPCUA的网络架构本标准适用于数字化车间设备层、控制层和车间层互联网络的架构设计与系统集成
规范性引用文件
n
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T33863（所有部分）OPC统一架构
3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
下列术语和定义适用于本文件，
3.1.1
数据data 一种形式化的可重复解释的信息表达，用于通信、解释和处理。S [IEC61499-1:2012,定义3.23]
3.1.2
数字化车间 digital factory;digital workshop 以生产对象所要求的工艺和设备为基础，以信息技术、自动化、测控技术等为手段，用数据连接车间
不同单元，对生产运行过程进行规划、管理、诊断和优化的实施单元。
注：智能制造系统层次的设备层、控制层和车间层属于数字化车间范围。 [GB/T37393—2019,定义3.3
3.1.3
信息 information 通过对数据进行约定而被赋予数据的含义。 [IEC61499-1:2012，定义3.53]
3.1.4
客户端 client 向符合IEC62541系列标准规定的OPCUA服务器发送消息的软件应用 [GB/T33863.1—2017,定义3.2.5]］注：均指OPCUA客户端，
3.1.5
服务器 server 执行IEC62541系列标准规定的服务的软件应用 [GB/T33863.1—2017,定义3.2.28]
1 GB/T38869—2020
注：均指OPCUA服务器
3.1.6
生产线 productionline 组生产设备，专用于生产特定数量的产品或产品系列。 [IEC62264-1:2013,定义3.1.28]］
3.1.7
生产单元 production unit 组生产设备，用于转换、分离或作用于一种或多种原料以生产出中间产品或最终产品。 [IEC62264-1:2013,定义3.1.35]
3.1.8
系统集成 systemintegration 将各组成部分子系统集合为一个整体并确保这些子系统能够按照项目技术规范运行。
3.2 缩略语
下列缩略语适用于本文件。 AGV：自动导引车（AutomaticGuidedVehicle） DCS：分布式控制系统（DistributedControlSystem） EMS：能源管理系统（EnergyManagementSystem） ERP：企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning） HMI：人机接（HumanMachineInterface） IPC：工业计算机（IndustrialPersonalComputer) LAN：局域网(localareanetwork) LIMS：实验室信息管理系统（LaboratoryInformationManagementSystem） MES：制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem） OPCUA:OPC统一架构（OPCUnifiedArchitecture） PLC：可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController） PLM：产品生命周期管理（ProductLifecycleManagement） QMS：质量管理系统（QualityManagementSystem） RFID：无线射频识别（RadioFrequencyIdentification） RTU：远程终端设备（RemoteTerminalUnit) SCADA：数据采集与监视控制系统（SupervisoryControlAndDataAcquisition） WMS：仓储管理系统（WarehouseManagementSystem）数字化车间互联网络层次结构数字化车间互联网络的层次结构及各层次系统、设备间连接如图1所示。
4
2 GB/T38869—2020
车间层
监视控制层
现场控制层
口
设备层
口
注：图中仅示意说明层次关系及可能的连接关系。
图1数字化车间互联网络层次结构示意图
各层次功能和各种系统、设备在不同层次上的分配如下所述 a）设备层：实现制造过程的传感和执行，定义参与感知和执行生产制造过程的活动。时间分辨粒
度可为秒、毫秒、微秒。各种传感器、变送器、执行器、RTU、条码/二维码扫描器、RFID，以及数控机床、工业机器人、AGV、自动化仓储设备等智能制造装备在此层运行。这些设备统称为现场设备。
b) 控制层：实现制造过程的监视和控制，定义对生产制造过程进行监视和控制的活动。时间分
辨粒度可为小时、分、秒、毫秒。按照不同功能，该层次可进一步细分为： 1）监视控制层：以操作监视为主要任务，兼有高级控制策略、故障诊断等部分管理功能。各
种监视控制设备/系统，如可视化的SCADA、HMI、DCS操作员站等在此层运行。 2） 现场控制层：对生产过程进行测量和控制，采集过程数据，进行数据转换与处理，输出控
制信号，实现逻辑控制、连续控制和批次控制功能。各种可编程控制设备，如PLC、DCS 控制器、IPC、其他专用控制器等在此层运行
c）车间层：实现车间的生产管理，定义生产预期产品的工作流/配方控制活动，包括：维护记录、详
细排产、可靠性保障等。时间分辨粒度可为日、班次、小时、分、秒。MES、WMS、QMS、EMS、 LIMS等在此层运行。
企业可根据实际生产制造需求和规模可选地实现全部或部分层次，
5数字化车间互联网络信息流
5.1互联网络连接方式
数字化车间中典型的与生产相关的软硬件组成及其之间可能连接与信息流（箭头表示）如图2 所示。
3