[发明专利]一种基于发布/订阅模式的数字孪生虚实同步运行方法

权利要求书

1.一种基于发布/订阅模式的数字孪生虚实同步运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据物理设备的工程参数、当前工况以及虚实结点映射关系建立OPC UA信息模型；

S2、基于步骤S1中的OPC UA信息模型，使用opcua-modeler将OPC UA信息模型导出为XML文件，解析XML文件，反序列化生成结点集，生成一个OPC UA地址空间以集成数据结点；

S3、启动Web应用，生成OPC Client实例，用于实现数据的读、写与发布/订阅功能；

S4、定义数据协议标准化模块，实现设备传输协议到OPC UA的转换，统一数据格式，实现生产环境中的多协议解析与多源异构数据的标准化，具体为：

S401、机器臂的内部传感器与微处理器形成内部系统，采集机器臂的运动节点数据，以以太网的方式向外界传输数据；

S402、机器臂以TCP传输协议，由上位机发送请求与机器臂内服务器交互获取数据，数据转发的格式为JSON；

S403、依据服务请求的不同类别，返回的数据格式包括实时转动角数据，选择获取机器臂6轴的实时转动角；

S404、解析获取到的JSON数据，提取6轴的转动角生数据；

S405、对生数据进行包装，OPC UA接受Variant类型的实例作为写入对象，Variant可以将基本类型转换为OPC UA的内建类型，实现异构数据到OPC Binary的转换；

S406、调用负责写入的OPC Client，将采集到的数据写入OPC Server中对应的数据结点里；

S407、不同结点拥有不同且唯一的NodeId，OPC Client所有的读写、发布/订阅操作都是基于结点特有的NodeId实现的；

S408、调用负责读取的OPC Client，调用OPC UA定义的读取服务函数，输入结点的NodeId，读取对应的结点数据，OPC UA的数据在程序中以DataValue的形式封装，调用对应方法获取其内部的基本类型数据；

S5、基于物理设备的运动特征与尺寸外形，建立其对应的孪生模型，以映射物理设备的运动轨迹和内部机理；

S6、基于一个数据中间件Redis，建立物理设备和孪生模型的数据联结；

S7、基于步骤S5定义的孪生模型、步骤S1定义的OPC UA信息模型和步骤S6采用的中间件Redis定义物理设备与孪生模型的协变数据结点；

S8、物理设备向Redis发布机器臂转轴的运动数据，基于发布/订阅模式，实现物理设备到孪生模型的数据推送，孪生模型根据接收到的订阅数据，更新运动状态，实现物理设备与孪生模型的同步运行，具体为：

调用负责发布/订阅功能的OPC Client，订阅每一个机器臂的转轴数据，具体步骤如下：

S801、调用OPC Client的SubscriptionManager创建一个50ms的间隔的订阅请求，OPCClient间隔50ms发布一次数据，将机器臂的协变数据结点作为发布/订阅的监听节点；

S802、当OPC Client将从机器臂中获取到数据写入OPC Server，令OPC Server内部存储的结点数据发生变化时，若数据变动的结点为监听节点，将变化的数据发布；

S803、监听的数据结点选择Axis对象的ActualPosition与ActualSpeed，Axis轴代表机器臂的各个转轴；

S804、为每一个订阅操作分配独占的clientHandle作为订阅标识；

S805、配置监听参数；

S806、定义回调函数，回调函数接受OPC UA定义的DataValue作为参数对象，代表OPCUA所发布的数据值，解构DataValue，获取其基本类型值，将对应的值转换为字符串类型，调用Jedis库中的发布方法将字符串数据发布到Redis的对应频道中；

S807、重复步骤S801~S806，直到完成对于所有监听结点的发布/订阅配置。