国家标准 GB/T39401一2020 工业机器人云服务平台数据交换 Ihedataexchangefeloudservieeplatfrmforindustrialrobot 2020-11-19发布 2021-06-01实施国家市场监督管理总局发布国家标涯花警理委员会国家标准
GB/T39401一2020 次目前言引言范围规范性引用文件术语和定义缩略语数据集成模型数据分类数据描述规范周期性数据 7.2非周期性数据数据描述模型信息模型概述 8.1 8.2通用属性对象,变胫和方法 8.3 引用 8.4 8.5统一数据描述模型 10 附录A(资料性附录oPcUA简介 ll 附录B(资料性附录统一数据描述模型实例 13
GB/39401一2020 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由机械工业联合会提出本标准由全国自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/TC159)归口本标准起草单位:北京机械工业自动化研究所有限公司、沈阳新松机器人自动化股份有限公司、博众精工科技股份有限公司,深圳吉阳智能科技有限公司、安徽省配天机器人技术有限公司、水利水电科学研究院、北京航空航天大学、佛山华数机器人有限公司、上海沃迪自动化装备股份有限公司、杭州电子科技大学,杭州海康机器人技术有限公司、北京理工大学、,苏州东控自动化科技有限公司、北京易能立方科技有限公司、江苏汇博机器人技术有限公司、华南智能机器人创新研究院、工业和信息化部计算机与微电子发展研究中心(软件评测中心本标准主要起草人:尹作重、邹风山黄金成、黄永衡、庞泰、陈煜、刘继红、黎晓东、陈彬、赵超、任建勋、秦修功,唐忠华、周星,童上高、郭惠峰、陈佰平,许路、马宏宾、,王伟栋,王健、阳如坤、孟健、孙立宁,王振华、陈国栋,刘奕华、万彬彬
GB/T39401一2020 引言工业机器人云服务平台是机器人技术与互联网技术相融合而产生,为用户提供基于互联网的机器人接人、监控、管理、数据分析,控制优化等专业化服务的软件服务平台机器人与云服务平台之间的数据交换是实现机器人云管理的基础目前工业机器人种类繁多,数据交换不统一统一的数据交换有利于实现云服务平台与机器人快速对接,保证数据实时动态匹配,减少不兼容带来的资源浪费等
GB/39401一2020 工业机器人云服务平台数据交换范围本标准规定了工业机器人与工业机器人云服务平台数据交换过程中数据集成模型、数据分类、数据描述规范及模型本标准适用于在运行生命周期内工业机器人与云服务平台之间信息资源交换体系的规划、设计、建设和实施规范性引用文件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)适用于本文件机器人与机器人装备词汇 GB/T12643一2013 GB:/T33863.1一2017oPC统一架构第1部分:概述和概念 GB/T3863.2-2017oPC统一架构第2部分安全模型 PC统一架构第3部分;地址空间模型 GB/T33863.32017 oPC统一架构第4部分服务 GB/T33863.42017 GB/T33863.52017 OPC统一架构第5部分;信息模型术语和定义 GB/T12643一2013和GB/T33863.1一2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件为了便于使用,以下重复列出了GB/T126432013和GB/T33863.1一2017中的某些术语和定义 3.1 工业机器人industrialrobot 自动控制的、可重复编程、多用途的操作机,可对三个或三个以上轴进行编程注1:工业机器人包括操作机,含致动器; 控制器,含示教盒和某些通信接口(硬件和软件) 注2;这包括某些集成的附加轴注3它可以是固定式或移动式,在工业自动化中使用 [[GB/T126432013,定义2.9,有修改 3.2 云服务平台coudservieeplatform 通过云计算已定义的接口提供一种或多种能力的教硬件集合 3.3 工业机器人云服务平台eodseriteplatfomtrindustralrohot 机器人技术与互联网技术相融合而产生,为用户提供基于互联网的机器人接人、监控、管理、数据分析、控制优化等专业化服务的软件服务平台
GB/T39401一2020 3.4 信息模型 informationm0del 定义、特征化、关联给定系统或一组系统的信息资源的组织框架注:核心地址空间支持地址空间内信息模型的表示 [GB/T33863.12017,定义3.2.12] 3.5 节点 node 地址空间的基础组件 [GB/T33863.12017,定义3.2.16 3.6 节点类NodeClass 地址空间中节点的类别注:节点类定义了OPCUA对象模型中组件的元数据它们也定义了用于组成地址空间的结构,例如视图 [GB/T33863.l2017,定义3.2.17 3.7 引用reference 从一个节点到另一个节点的明确关系(一个命名指针) 注:包含引用的节点是源节点,被引用的节点是目标节点所有引用都由引用类型(ReferenceType)定义 [GB/T33863.12017,定义3.2.25] 3.8 引用类型ReferemceIype 表示引用类型定义的节点注:引用类型规定一个引用的语义引用类型的名称标识源节点如何关联到目标节点,它通常反映了两者间的- 个操作,如“A包含y" [GB/T33863.1一2017,定义3.2.26] 3.9 服务serviee OPCUA服务器中客户可随时调用的操作注在GB/T33863.,4一2017中定义的服务服务类似于编程语言中的方法调用,或网页(web)服务wsDL.(网页服务定义语言)契约中的操作 [GB/T33863.12017,定义3.2.29 缩略语下列缩略语适用于本文件 DCS:分布式控制系统(DistributedControlSystem) 1/O:输人/输出(Input/Output) ID:身份标识号码(Identification OPC;OPC基金会(非赢利工业协会[OPCFoundation(anon-profitindustryassociation) .ogieCont troller PLC:可编程逻辑控制器(ProgrammableLd scADA;数据采集与监视控制系统(SuperisoryControlAndDataAcquisition) UA;统一体系架构(UnifiedArchite ecture XML可扩展标记语言(ExtensibleMark GB/39401一2020 数据集成模型工业机器人与工业机器人云服务平台之间的数据集成模型如图1所示工业机器人云服务平台预测性维护测试与调试售后管理远程控制与远程数据监测参数配置状态数据远程控制数据采集日志查询配置管理设备运参教教设配改工业机器人群组图1数据集成模型云服务平台针对工业机器人具体应用环境提供远程数据监测、远程控制与参数配置等通用服务,以及测试与调试、售后管理、预测性维护等专用服务每类服务传输的数据如下远程数据监测;运行模式、运行参数、运行状态、作业信息、外部设备周期性交互数据、运行数 a 据,外部设备非周期性交互数据、总线数据、参数查询、运行时间查询、作业记录查询、作业参数查询、权限分配电子标签; 远程控制与参数配置;运行模式,基础参数设置、工艺参数设置、作业编辑、权限分配 b 测试与调试;运行模式、运行参数、运行状态、版本查询、故障查询、基础参数设置、工艺参数设置、作业编辑; 售后管理;运行数据、版本查询,故障查询、作业记录查询、运行时间查询,电子标签 d 预测性维护;运行模式、运行参数、运行状态、作业信息、运行数据、版本查询、故障查询、作业记录查询,运行时间查询电子标签数据分类如图2所示,工业机器人与云服务平台之间交换的数据主要分为周期性数据和非周期性数据其中: 周期性数据是指工业机器人向云服务平台定期传输的数据,包括 a 状态数据,包括
GB/T39401一2020 运行模式运行参数; 运行状态; 作业信息; 外部设备周期性交互数据 22 其他 D)非周期性数据是指工业机器人和云服务平台非定期双向传输的数据,包括 1 远程控制,包括: 基础参数设置; 工艺参数设置作业编辑 22 数据采集,包括运行数据; 外部设备非周期性交互数据; 总线数据日志查询,包括 33 -版本查询; 故障查询运行时间查询参数查询作业记录查询作业参数查询配置管理,包括: 权限分配电子标签周期性数据非周期性数据数据采集日志查询配置管理远程控制状态数招数工业机器人群组图2工业机器人云服务平台数据分类
GB/39401一2020 数据描述规范 7.1周期性数据 7.1.1状态数据状态数据包括运行模式,运行参数、运行状态、作业信息和外部设备周期性交互数据等周期性数据其中; 运行模式,包括 a 数据项名;运行模式数据项含义,机器人处于某种运行模式的数据,例如示教、执行和远程3种运行参数包括 b 数据项名:运行参数; -数据项含义:工业机器人运行时的模型和控制参数数据,例如速度、加速度、各轴码盘圈数、软限位状态、工艺相关的周期性参数数据等运行状态,包括数据项名:运行状态; 数据项含义:工业机器人运行时的周期性状态数据,例如警报数据、码盘值,关节值、全局坐标值、工具坐标值、用户坐标值、机器人与工业机器人云服务平台间的心跳等 d 作业信息,包括数据项名;作业信息数据项含义工业机器人作业执行信息数据,例如作业名、执行方式、当前执行指令,作业执行累计时间.计件等外部设备周期性交互数据,包括数据项名;外部设备周期性交互数据数据项含义;接人到工业机器人控制器的外接传感器和执行器的周期性控制数据,例如末端执行器控制数据、视觉传感器控制数据、力传感器控制数据等 7.1.2其他工业机器人向工业机器人云服务平台定期传输的非状态数据 7.2非周期性数据 7.2.1远程控制远程控制包括基础参数设置、工艺参数设置和作业编辑等非周期性数据,其中基础参数设置,包括 a 数据项名;基础参数设置数据项含义;设置工业机器人执行时的参数,例如工具坐标系号,用户坐标系号、各轴关节软限位、清除控制器命令缓存、暂停工业机器人运动等 b)工艺参数设置,包括: -数据项名:工艺参数设置 -数据项含义:工艺机器人作业时工艺参数设置,例如点焊、弧焊、打磨、抛光、码垛等作业编辑,包括数据项名:作业编辑;
GB/T39401一2020 数据项含义用于交互编辑机器人执行作业的信息数据,例如下发作业、打开作业、作业管理、指令搜索、作业校验等 7.2.2数据采集数据采集包括运行数据、外部设备非周期性交互数据和总线数据等非周期性数据,其中 a 运行数据,包括数据项名;运行数据; -数据项含义:工业机器人运行时的非周期性的状态数据,例如错误信息、I/0信息、内存信息、系统数据的备份和恢复等 b)外部设备非周期性交互数据,包括 -数据项名:外部设备非周期性交互数据数据项含义:接人到工业机器人控制器的外接传感器和执行器的非周期性交互数据,例如末端执行器数据、视觉传感器数据、力传感器数据等总线数据,包括: 数据项名:总线数据; 数据项含义;工业机器人控制系统中总线通信的非周期交互数据,例如以太网总线数据、串口数据等 7.2.3日志查询日志查询包括版本查询、故障查询、运行时间查询、参数查询、作业记录查询和作业参数查询等非周期性数据,其中版本查询,包括 a 数据项名;版本查询 -数据项含义:工业机器人控制器硬件配置和软件版本数据 b 故障查询,包括数据项名:故障查询; 数据项含义;工业机器人运行时的提示、报警、错误数据运行时间查询包括数据项名;运行时间查询; -数据项含义:工业机器人开机事件数据和所有作业运行时间的数据 d 参数查询,包括: 数据项名:参数查询; 数据项含义:查询工业机器人执行时的参数,例如工具坐标系号、用户坐标系号、各轴关节软限位等作业记录查询,包括 e -数据项名;作业记录查询 -数据项含义:查询工业机器人执行时的作业执行信息数据 f 作业参数查询,包括数据项名:作业参数查询数据项含义;查询工业机器人作业中所有指令中的参数信息数据,例如位置参数,时间参数、I/0参数等 7.2.4配置管理配置管理包括权限分配和电子标签等非周期性数据,其中
GB/39401一2020 权限分配,包括 a 数据项名;权限分配; 数据项含义:设置工业机器人控制器系统功能调用权限,例如普通用户权限、高级用户权限和超级用户权限 b电子标签,包括: 数据项名;电子标签数据项含义:工业机器人整机及各关键部件的D号,例如工业机器人D,伺服电机D、减速器ID、控制器ID,机器人本体各机构模块ID等数据描述模型 8.1信息模型概述如图3所示,基于OPC统一架构系列标准中的信息建模规范给出机器人云服务平台和机器人之间数据交换的统一数据描述模型,OPCUA模型的基础是节点以及节点之间的引用,重点对信息模型进行简单介绍服务模型按照GB/T33863.4一2017的规定安全模型按照GB/T33863.2一2017的规定 OPCUA简介参见附录A 连按编辑地址空间对象浏览查询变量读写实时方法订阅服务视图节点类型历史对象类型，包含事件报警订阅事件&报警变量类型历史引用类型方法数据类型通用属性对象节点模型变量、属性数据模型节点属性方法对象类型通信安全引用类型身份认证安全层级关系节点级别访问节点关系非层级关系图3统一数据描述模型节点模型描述了在oPcUA服务器地址空间的标准化节点节点根据不同用途可分为不同的节点类,如部分节点代表对象,另一部分节点代表对象类型等属性用来播述不同类别的节点,不同的节点类有不同的属性集节点属性,主要节点类和节点之间的引用按照GB/T33863.3-2017.GB/T33863.5-2017的规定 8.2通用属性节点的通用属性主要包括显示名称,描述,浏览名称,节点类型、节点标识、写掩码、用户写掩码等，表1总结了常见节点的通用属性,按照GB/T33863.5一2017中第5章的规定
GB/T39401一2020 表1节点的通用属性属性值显示名称用于在用户界面中显示节点的名称它是本地化的描述提供供应商特定描述(可选) 浏览名称仅用于浏览oPcUA服务器,它是非本地化的节点类型一个定义节点类别的枚举节点标识节点在服务器中的唯一标识写掩码指明哪个节点的信息能被用户更改用户写掩码指出哪个节点的属性能被当前连接在服务器上的用户更改 8.3对象,变量和方法共有八种节点类,均继承于基本节点对象、,变量和方法是OPCUA中最重要的节点类,表2总结了常见的节点类,按照GB/T33863.3一2017中第5章的规定表2节点类别节点类图形表示对象变量方法视图对象类型变量类型
GB/39401一2020 表2(续节点类图形表示引用类型数据类型其中变量节点代表的是某个具体数值 OPCUA客户端可读取、写人和订阅这个变量变量一般用于在地址空间中展示除了节点属性和引用之外的附加数据,按照GB/T33863.52017中第7章的规定方法节点代表服务器中一个允许被客户端调用并且作出响应的方法每个方法都宜指定客户端要输人的参数以及客户端希望返回的输出参数,服务器中的方法节点只提供方法的签名,按照 GB/T33863.52017中第9章的规定对象节点被oPcUA当作基本单位来描述实体的数据和活动,可拥有分组管理便利、方法或者其他对象,按照GB/T33863.5一2017中第6章的规定 8.4引用两个节点之间的关系通过引用来描述引用不同于节点,它不包含任何属性引用通过暴露两个节点之间如何连接的语义来措述节点间的关系,而每个引用都有相应的类型,因此引用本身也具有明确的语义引用类型在OPCUA的地址空间中被看成节点来管理这样客户端能以浏览引用类型节点的方式来获取当前使用的引用语义表3总结了常见的引用类型,按照GB/T33863.5一2017中第11 章的规定表3节点引用类型引用类型图形表示描述 Orgnizes 单纯地表示两个节点之间通过层次关系进行连接表示“包含有部分”"语义,常用于定义对象和对象 HasComponent 类型的变量和方法等当描述节点的一些特征,但是这些特征没有包含在节 HasProerty 点属性里的时候使用该引用非层次化引用类型,表示“具有类型定义”语义， HasTypeDefinition 用于描述实例所属的对象类型表示“具有子类型”语义,用于暴露类型的层次 HasSubType 结构
GB/T39401一2020 8.5统一数据描述模型如图4所示,工业机器人云服务平台统一数据描述模型主要包括状态数据信息模型、远程控制信息模型、数据采集信息模型、日志查询信息模型、配置管理信息模型,模型实例参见附录B 非周期性数据远程控制数据采集日志查询配置管理版本查询运行数据权限分配基础参数设置电子标签故障查询工艺参数设置外部设备非周期性交互数类信息运行时间查询作业编辑总线数据参数查询作业记录查谁云平台运行模式数据作业参数查询运行参数运行状态作业信息外部设备周期性交互数据其他状态数据周期性数据图4工业机器人云服务平台统一数据描述模型 0
GB/39401一2020 附录 A 资料性附录 oPCUA简介 A.1UA范围 OPCUA可用于下列应用领域的制造业软件,这些应用领域包括现场设备、控制系统、制造执行系统和企业资源计划系统等这些系统用于在工业过程领域交互信息、使用指令和执行控制 OPCUA 定义了通用架构模型以帮助实现这种信息交互.,OPCUA规定如下内容 -表示结构、行为和语义的信息模型在应用间交互的消息模型; 在端点间传输数据的通信模型; 确保系统间互操作的一致性模型 A.2概述 OPCUA是一个与平台无关的标准,使用该标准可在位于不同类型网络上的客户端和服务器间发送消息,以实现不同类型系统和设备间的通信它支持健壮、安全的通信,可确保客户端和服务器的识别并抵御攻击 OPCUA定义了服务器可提供的服务集,以及针对客户端所规定的每个服务器支持的服务集使用OPCUA定义的数据类型、制造商定义的数据类型来传递信息,客户端能动态发现的对象模型由服务器定义服务器能提供对当前数据和历史数据的访问以及对报警和事件的访问,以向客户端通知重要变化 OPCUA可被映射到不同的通信协议,并对数据可按不同方式进行编码以平衡可移植性和效率 A.3设计目标 OPCUA提供一致的、集成的地址空间和服务模型,这允许一个OPCUA服务器将数据、报警、事件和历史数据集成到地址空间,并使用集成的服务集对其进行访间这些服务也包括集成的安全模型 OPcUA允许服务器向客户端提供从地址空间访问的对象类型定义,也允许使用信息模型描述地址空间内容 oPcUA允许数据按不同格式表示,包括二进制结构和XMl文件数据格式可由 OPC、其他标准组织或制造商定义通过地址空间,客户端能向服务器查询描述数据格式的元数据在许多情况下,没有数据格式的预编程序知识的客户端,能实时确定数据格式并适当地使用数据一种层次结构在这种方式下,oPC OPcUA补充了对节点间多种关联的支持,而不是限定为 UA服务器可按不同的经勇裁的层次结构表示数据,使得客户端能按喜欢的方式浏览数据这种灵活性结合对类型定义的支持,使得oPCUA适用于更广泛的应用领域如图A.1所示,使用oPcUA的目的不仅是用于sCADA、PLC和DCS接口,还可为更高级功能间提供互操作性方法 11
GB/T39401一2020 企业管理 OPCUA 制造、生产和维护 OPCUA HMI MES SCADA 先进批控制招制 ocu 控制 OPCUA PLC 工业网络数据采集 Dcs 图A.1oPCUA目标应用 OPcUA被设计为可提供健壮的发布数据所有OPC服务器的主要特点是具有发布数据和事件通知的能力 OPcUA为客户端提供可实现快速检测并与传输相关联的通信故障中恢复的机制,而无须等待底层协议提供的长超时 OPCUA被设计为支持更广泛意义上的服务器,从工厂底层的PLC到企业服务器这些服务器在尺寸大小、性能、执行平台和功能能力方面差异很大,而且OPCUA定义了详尽的能力集,服务器可实现这些能力的一个子集为提高互操作性,OPCUA定义了子集,称为行规,服务器可声明其符合哪种行规客户端能发现服务器的行规,并基于行规调整其与服务器交互 12
GB/39401一2020 附录 B 资料性附录统一数据描述模型实例工业机器人云服务平台统一数据描述模型实例包括状态数据信息模型(见图B.1),远程控制信息模型(见图B.2)、数据采集信息模型(见图B.3)、日志查询信息模型(见图B.4)、配置管理信息模型(见图B.5). -HasTypeDeimitiom 状态数据运行模式状态数据1001 运行参数速度 “5m/ 运行状态加速度 "0m 作业信息码盘圈数 "2o0.OI 外服设朋性交互数据轻限位状态 "24O 参数数据 “V2.0” 图B.1状态数据信息模型 -HasTypeDefmition 远程控制基础参数设置远程控制1001 工艺参数设置 “基础参数设置” 作业编辑 “工艺参数设置” 作业编制 "新建作业图B.2远程控制信息模型 13
GB/T39401一2020 HasTypeDefniton 数据采集数据采集001 运行数据外部设备 “运行数据” 总线数据 “交互数据” 线数报 "线地#" 图B.3数据采集信息模型 HasypeDefnttion 日志查询版本查询日志查001 版本查询故障查询 "v3.1” 故障查询运行时间查询 “报警描述” 运行时间查询参数查询 120h 参数食询作业记录查询 “系统辅数作业记作业参数查询 “MACR09” 作业到 "热行故教" 图B.4日志查询信息模型配置管理 HasTypeDefinition 权限分配配置管理1001 普通用户权限电子标签工业机器人ID:“001 何服电机D;“003" 减速器ID:“005" 控制器ID:“007" 图B.5配置管理信息模型 14

工业机器人云服务平台数据交换GB/T39401-2020详解

工业机器人在现代制造业中扮演着越来越重要的角色。如何实现不同厂商的工业机器人之间的数据交换和协同，是当前亟待解决的问题。GB/T39401-2020是中国国家标准化管理委员会发布的一项关于工业机器人云服务平台数据交换的标准，旨在规范工业机器人云服务平台的数据交换方式和实现方法。

什么是工业机器人云服务平台？

工业机器人云服务平台是指基于物联网、云计算等技术手段，将工业机器人、设备、人员等资源进行有效整合和管理的一种服务平台。

GB/T39401-2020标准内容

GB/T39401-2020标准主要包括以下内容：

术语和定义
云服务平台的数据交换模型
数据交换接口规范
实现方法和技术要求
测试及验证方法

GB/T39401-2020标准意义

GB/T39401-2020标准的发布，对于工业机器人云服务平台的数据交换具有重要意义：

统一了工业机器人云服务平台的数据交换方式和规范，方便不同厂商之间实现数据交换和协同；
提高了工业机器人的智能化水平和生产效率，推动了智能制造的发展；
促进了我国工业机器人行业的发展和创新。

总结

GB/T39401-2020标准的发布为工业机器人云服务平台的数据交换提供了更加规范化的方法和技术要求，将进一步促进我国工业机器人行业的发展和创新。