GB/T 40305-2021 现场设备集成 EDD与OPC UA集成技术规范

　　ICS 25 . 040 N 10

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40305—2021

　　现场设备集成 EDD 与 oPC UA

　　集成技术规范

　　Fielddeviceintegration—EDD andoPC UA integrationtechnologyspecification

　　2021-08-20 发布 2022-03-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40305—202 1

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　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—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/TC 124)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、辽宁大学。

　　本标准主要起草人：谢素芬、赵艳领、魏剑嵬、公彦杰、牛鹏飞、韩丹涛、宋岩、刘丹。

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　　现场设备集成 EDD与 oPC UA

　　集成技术规范

　　1 范围

　　本标准给出了电子设备描述文件集成相关的术语和定义、EDDL 基本元素定义以及现场设备 EDD与 OPC UA 服务器的集成方法，规定了基于 EDD 的 OPC UA设备信息模型以及 EDD元素的映射。

　　本标准适用于系统集成商、系统供应商、最终用户，用于底层网络设备到控制系统以及控制系统到上层应用的数据集成。

　　2 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。

　　3 术语和定义、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

　　EDD解析器 EDD interpreter

　　解析 EDD文件时所使用的解析软件。

　　注：通过代理解析器可以解析出 EDD文件中的元素并生成特定格式的 XML 文件，然后将 XML 文件映射到 OPC UA 服务器的地址空间。

　　3.1.2

　　现场设备 fielddevice

　　a) 工业自动化系统中可联网的独立物理实体，具有在特定环境中执行规定功能的能力，并由其接口分隔开。

　　b) 在自动化系统中实现控制、驱动和/或传感功能的实体，具有到其他此类实体的接口。

　　[GB/T 29618 . 1—2017,定义 3 . 1 . 22]

　　3.1.3

　　设备类型 devicetype

　　基于如制造商、现场总线协议、设备类型标识、设备分类、版本信息或其他信息的抽象特性的设备特征。

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　　[GB/T 29618 . 1—2017,定义 3 . 1 . 16]

　　3.1.4

　　电子设备描述源 electronicdevicedescriptionsource

　　包含特定设备描述的 ASCII 文件。

　　[GB/T 21099 . 3—2018 , 定义 3 . 1 . 16]

　　3.1.5

　　映射 mapping

　　已定义的特征或属性的集合，与另一集合的成员相对应。 [GB/T 19769 . 1—2015 , 定义 3 . 67]

　　3 . 2 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　4 现场设备 EDD文件与 oPC UA服务器集成的一般方法

　　4 . 1 集成架构

　　将 EDD 与 OPC UA集成可以解决从底层网络通信到控制系统数据集成以及上层应用软件统一访问的集成与互操作问题。 EDD 与 OPC UA集成的总体架构如图 1 所示。

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　　图 1 EDD 与 oPC UA集成的总体架构

　　4 . 2 EDD 与 oPC UA集成的基本原理

　　现场设备的 EDD文件由设备制造商提供，OPC UA 服务器可由系统集成商或设备制造商开发。可通过将现场设备的 EDD文件集成转化为 OPC UA 服务器的一部分，快速实现现场设备信息在 OPC UA 中的集成。 EDD在 OPC UA 中的集成应用如图 2 所示，其中，EDD 解析器可以实现将 EDD 文件转化为 OPC UA 服务器地址空间。 转化过程如图 2 所示：

　　— 解析器导入 EDD文件;

　　— 解析 EDD文件中的元素并创建 OPC UA节点，形成 OPC UA 服务器的地址空间。

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　　图 2 EDD到 oPC UA 的集成

　　5 EDDL技术

　　5 . 1 EDD 与 EDDL

　　EDD包含自动化系统部件的所有设备参数，由 EDDL 描述 EDD。 EDDL 提供一组可裁减的语言元素处理简单、复杂或模块化设备。 EDD描述以下信息：

　　— 设备参数的描述;

　　— 参数关系的描述;

　　— 设备参数的逻辑分组;

　　— 所支持的设备功能的选择与执行;

　　— 传输数据集的描述。

　　根据需要，EDD物理上可位于：

　　— 设备中;

　　— 外部存储介质;

　　— 部分位于设备中，部分位于外部存储介质。

　　5 . 2 EDDL语言元素

　　EDDL语言元素由标识元素、基本结构元素和特殊元素组成，定义如下：

　　— 标识元素(例如，MANUFACTURE, DEVICE_TYPE)规定唯一标识设备制造商、具体设备类型等设备描述的标识信息，在 EDD文件中首先进行定义，且仅出现一次。

　　— 基本结构元素规定设备属性及相关设备功能，这些元素使用一组相关联的属性来定义。

　　— 特殊元素是支持附加特性的 EDDL扩展部分。

　　常用基本结构元素及其描述见表 1 。

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　　表 1 EDDL通用基本结构元素及描述

　　本章描述的 EDDL元素详细信息见 GB/T 21099 . 3—2018 。

　　6 基于 EDD 的 oPC UA设备信息模型

　　6 . 1 oPC UA相关信息介绍

　　6 . 1 . 1 基本概念

　　OPC UA 服务器向客户端提供的对象和相关信息称为地址空间。 OPC UA 对象模型的元素在地

　　址空间中是一组节点，这些节点用属性(Attributes)描述，通过引用(References)互连。OPC UA 定义了 8 类节点来表示地址空间，包括 Object, Variable, Method, ObjectType, VariableType, DataType, ReferenceType 和 View。每个节点类(NodeClass)有一组定义的属性(Attributes) ,见 GB/T 33863.3 —

　　2017、GB/T 33863 . 5—2017 、GB/T 33863 . 8—2017 。

　　6 . 1 . 2 与 EDD 映射相关的 oPC UA元素

　　6. 1 .2. 1 FolderType

　　FolderType 的实例用来组织一个节点内部层次结构的地址空间，实例代表了子文件树中的根节

　　点 。实例的名称应该与该文件夹的用途相关。

　　6. 1 .2.2 AnalogItemType

　　该变量类型定义 AnalogItem 的一般特性，包含值的范围、工程单位等变量节点。

　　6 . 2 基于块的设备信息模型

　　基于块的设备信息模型包含两部分：基本信息(BasicInfo)、块信息(BlockInfo) ,结构如图 3 所示。

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　　图 3 基于块的设备信息模型

　　6 .2 . 1 BasicInfo信息模型

　　BasicInfo 包含 EDD 中的制造商(Manufacturer)、设备类型(Device_Type)、设备版本(Device_revi-

　　sion) 、DD 版本(DD_revision)和协议种类(Protocol) 。

　　BlockInfo 信息模型包含 1 到多个 EDD块的实例。

　　6 .2 .2 BlockInfo信息模型

　　6 . 2 . 2 . 1 Block的结构

　　Block 包含 LABEL 和 HELP 两个变量，以及 ObjectType 的 CHARACTERISTICS 对象、PA-

　　RAMETER对象和 PARAMETER__LIST对象。

　　6 . 2 . 2 . 2 CHARACTERISTICS信息模型

　　CHARACTERISTICS包含 LABEL 和 HELP 两个变量，以及 ObjectType 的 MEMBER 对象(结

　　构见6 . 2 . 3) 。

　　6 . 2 . 2 . 3 PARAMETER信息模型

　　PARAMETER包含 1 到多个 VARIABLE 与 ARRAY, 以及 1 到多个 ObjectType 的 RECORD

　　(结构见 6 . 2 . 4) 。

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　　6 . 2 . 2 . 4 PARAMETER_LIST信息模型

　　PARAMETER__LIST包含 1 到多个 VARIABLE__LSIT(结构见 6 . 2 . 5) 。

　　6 . 2 . 3 MEMBER信息模型

　　MEMBER信息模型，包含 1 到多个 VARIABLE、ARRAY 变量以及 1 到多个 ObjectType 类型的

　　RECORD对象(结构见 6 . 2 . 4)的结构如图 4 所示。

　　图 4 MEMBER 结构

　　6 . 2 . 4 RECORD信息模型

　　RECORD信息模型包含 LABEL 和 HELP 两个变量以及一个 ObjectType 的 MEMBER 对象，该

　　对象下包含 1 到多个 VARIABLE(VARIABLE 的映射见第 7 章)，结构如图 5 所示。

　　图 5 RECORD的结构

　　6 . 2 . 5 VARIABLE_LIST信息模型

　　VARIABLE__LIST信息模型包含 LABEL 和 HELP 两个变量以及 1 到多个 VARIABLE,结构如图 6 所示。

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　　图 6 VARIABLE_LIST信息模型

　　6 . 2 . 6 ARRAY信息模型

　　ARRAY 包 含 4 个 变 量 LABEL、HELP、TYPE 和 NUMBER__ OF__ ELEMENTS, 结 构 如 图 7所示。

　　图 7 ARRAY 的结构

　　6 . 3 非基于块的设备信息模型

　　对于类似 HART不包含块(Block)的设备，信息模型包含基本信息(BasicInfo)、1 到多个 VARIA-

　　BLE(VARIABLE 的映射见第 7 章)，信息模型结构如图 8 所示。

　　图 8 非基于块的设备信息模型

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　　7 EDD元素在 oPC UA 中的映射

　　7 . 1 EDD到 oPC UA 映射的流程图

　　EDD 到 OPC UA 的映射流程见图 9 。设备的 EDD文件经过 EDD解析器解析，根据结构元素的性质，可以将元素分为 VARIABLE 和 COMMAND 两类。 按照 OPC UA 建模规则分别为两类元素建立对应的节点。 常用的二进制 EDD文件格式参见附录 A。

　　图 9 EDD到 oPC UA 的映射流程

　　7 . 2 EDD到 oPC UA 的映射规则

　　EDD 到 OPC UA 的一般映射规则如下：

　　— 结构化的 EDD元素都属于对象类型，采用 OPC UA 中的 FolderType进行映射;

　　— 变量类型 EDD元素，如温度值、状态等，采用 OPC UA 中 的 AnalogItem 类型进行映射(即VariableType)。

　　EDD 中用来展示曲线、图形等用于特定形式展示的元素不进行映射，由 OPC UA 客户端与服务器间根据应用要求实现相关需求。

　　7 .3 块(Block)元素的映射

　　EDD块中元素的映射关系见表 2 。

　　表 2 EDD块元素映射表

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　　块的实例化规则如下：

　　— 块的 BrowseName来自 EDDL BLOCK__A 的 EDD标识符加上数字化的后缀(OPC UA 服务器产生)，目的是保证 BrowseName 的唯一性。例如，_analog_input_0 ;

　　—Block 的 Description 对应 EDDL BLOCK 的 HELP 属性，如果 EDD 不包含 HELP,则使用Bad_AttributeIdInvalid 。

　　7 . 4 变量(VARIABLE)的映射

　　VARIABLE 的各个元素映射到 OPC UA 的 AnalogItem,各元素的对应关系见表 3。

　　表 3 VARIABLE的各元素到 AnalogItem的映射

　　如果 CLASS属性标识为“内含”，可不映射该变量。

　　如果改变 EngineeringUnit,则所有与相关工程单位代码关联的 EDD变量需重新计算，OPC UA 变

　　量值也要重新设置。

　　7 . 5 数组(ARRAY)的映射

　　如果被引用的数组元素具有简单数据类型，可用 OPC UA 中 的简单 DataVariable 表示 EDDL

　　VALUE_ARRAY 或 LIST。

　　OPC UA DataVariable 属性可按如下设置 ：

　　—DataType设置为数组元素类型;

　　—ValueRank 属性用来规定数组的值。如果是 EDDL VALUE_ARRAY,元素个数确定，如果是EDDL LIST,元素个数不确定，因为尺寸可动态变化。

　　7 . 6 记录(RECORD)的映射

　　EDDL RECORDS参数映射到 OPC UA 的一个复杂 DataVariable。根 DataVariable 表示记录本身，组件 DataVariables 表示 EDDL RECORD MEMBERS。(EDDL RECORD 的 MEMBERS在 EDDL

　　中定义为对一个 EDDL VARIABLE 的引用)。

　　根 DataVariable 的 BrowseName 和 DisplayName 对应实现该 RECORD类型的 EDDL VARIABLE的 EDD标识符。DataVariable 的 DataType 属性对应 BaseDataType。ValueRank 属性用来规定包含数组的值。Value 属性包含 RECORD 中定义的成员的值。

　　对于每个表示 EDDL RECORD MEMBER 的组件 DataVariable:

　　—BrowseName对应 EDDL VARIABLE 的标识符;

　　—DisplayName对应 EDDL VARIABLE 的 LABEL;

　　—Description对应 EDDL VARIABLE 的 HELP 属性，如果没有 HELP,则用 Bad_AttributeIdI-

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　　nvalid 。

　　—AccessLevel 源自 EDDL 的 HANDLING 属性，如果 EDD 不包含 HANDLING 属性，则使用

　　可读可写属性。

　　7 . 7 参数的映射

　　7 . 7 . 1 概述

　　EDDL参数(设备或块的)映射到 OPC UA Variable。VariableType 可以是抽象 BaseVariableType的任意子类型。多数情况下，参数映射到 GB/T 33863.8—2017 中定义的 VariableTypes。

　　EDDL参数在 OPC UA 中的 BrowseName是 EDDL VARIABLE, RECORD或 VALUE_ARRAY的 EDD标识符。

　　DisplayName对应 EDDL 的 LABEL 属性。

　　EDDL 参数在 OPC UA 中的 Desciption对应 EDDL 的 VARIABLE、RECORD 的 HELP 属性。如果 EDD不包含 HELP,则使用 Bad_AttributeIdInvalid。

　　EDDL参数在 OPC UA 中有一组对所有 VariableTypes 都通用的属性，具体见表 4。

　　表 4 EDDL参数在 opC UA 中的通用变量属性集

　　7 .7 .2 私有参数(privateparameters)

　　对于 EDD 中的 PRIVATE 属性，OPC UA服务器应在信息模型中创建不可浏览节点，当私有参数

　　被传递给 TranslateBrowsePathsToNodeIds 时，OPC UA 服务器应返回私有参数的 NodeId。客户端应根据 NodeId 以与 public参数一样的方式处理私有参数。

　　7 .7 .3 枚举参数(Enumeratedparameters)

　　具有 OPC UA枚举数据类型的 OPC UA DataVariable对应 EDDL 中的枚举变量定义。

　　DataVariable 的 Value属性是状态数值，对应 EDDL ENUMERATED TYPE 的 value 属性。

　　DataVariable 的 ValueAsTextProperty 是状态的显示值，对应 EDDL ENUMERATED TYPE 的

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　　description 属性。

　　DataVariable 的 EnumValues 包含枚举的完整列表，表中的每个元素都是包含 EDDL ENUMER- ATED TYPE属性“value”“description”“help”的结构体。如果 EDD 中没有 help 属性，description 属

　　性用于此目的 。

　　7 .7 .4 位枚举参数(Bit-enumeratedParameters)

　　OPC UA OptionSet VariableType 的 Datavariable对应每个 EDDL BIT ENUMERATED VARI- ABLE定义。OPC UA DataType 是 Boolean 数组，每个 Boolean 对应 EDDL BIT_ENUMERATED

　　VARIABLE定义中的每个位。

　　DataVariable 的 EnumValue 属性包含位枚举的完整列表，表中每个元素是由 EDDL BIT ENU- MERATED VARIABLE 属性“bit position”“description”和“help”组成的结构体。如果 EDD 中没有help 属性，description属性的值也可用于此目的。

　　7 . 8 EDDL与 oPC UA数据类型的映射

　　EDDL数据类型与 OPC UA 中数据类型的对应关系见表 5 。

　　表 5 EDDL与 oPC UA数据类型的对应关系

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　　表 5(续)

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　二进制文件具体格式

　　EDD文件由两部分组成，第一部分是结构描述，即文件头信息;第二部分是文件本身的内容，该部分又分为两个部分：前一部分是文件结构的说明，后一部分是参数表示区。

　　二进制文件的代码包含两部分内容：一是对二进制文件格式的描述信息;二是对文件结构的说明。对格式的描述信息就是二进制文件到计算机系统的特定应用，也就是对二进制文件格式框架的具体内容填充。

　　二进制文件的具体描述如表 A. 1 所示。

　　表 A.1 二进制文件结构表

　　一个设备描述包由 3 部分构成：前 4 个字节分别存储设备的制造商代码、设备代码、设备版本号和设备描述语言的版本号;中间 24 个字节分别存放着各数据表与设备描述包头之间的偏移地址，由于每个设备描述包的大小被限制为 64K 字节，因此偏移地址用 2 个字节表示;其余部分是按照顺序存放的各种数据表。

　　EDDL提供了 16 种基本结构元素，定义了现场总线设备的变量、结构和功能，其中包含变量、命令、方法等。 因此，编译器按照 EDDL 的语法定义，生成变量、命令、菜单、方法和各种关系表以及语句表、枚举元素表、字符表等辅助数组。

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　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 19769 . 1—2015 功能块 第 1 部分：结构

　　[2] GB/T 29618 . 1—2017 现场设备工具(FDT)接口规范 第 1 部分：概述和导则

　　[3] GB/T 33863 . 1—2017 OPC统一架购 第 1 部分：概述和概念

　　[4] GB/T 33863 . 2—2017 OPC统一架购 第 2 部分：安全模型

　　[5] GB/T 33863 . 4—2017 OPC统一架购 第 4 部分：服务

　　[6] GB/T 33863 . 6—2017 OPC统一架购 第 6 部分：映射

　　[7] GB/T 33863 . 7—2017 OPC统一架购 第 7 部分：行规

　　[8] IEC 61804-4 Function Block (FB) for process control and Electronic Device Description Language (EDDL)—Part 4 : EDD interpretation

　　[9] IEC 62453-1 Field Device Tool (FDT) interface specification—Part 1 : Overview and guid- ance

　　[10] IEC 62453-2 Field Device Tool (FDT) interface specification—Part 2 : Concepts and de- tailed description

　　[11] IEC 62453-3xy (all parts) Field Device Tool (FDT) interface specification—Part 3xy: Communication profile integration

　　[12] IEC 62541-100 OPC Unified Architecture—Part 100 : Device Interface

　　[13] IEC 62769-5 Field Device Integration (FDI)—Part 5 : FDI Information Model