基于OPC UA的虚实结合实验设计与实践

OPCUA是一种面向未来的工业通信技术,是实现智能制造的关键技术之一,在工业网络系统中得到越来越广泛的应用。为促进教学资源同步技术发展,以OPCUA技术为出发点,设计了基于OPCUA通信的客户端仿真、系统虚拟仿真、实践操作三个进阶实验项目。项目开发充分利用行业已有客户端测试软件和虚拟仿真软件资源,兼顾线上、线下学习,内容由基础到综合、虚实结合,旨在提升学生新技术应用能力和自主创新能力,更好地服务于智能制造转型升级和发展,为相关专业的实践教学及资源开发提供参考。

基于OPC UA的纤维缠绕机信息模型开发和应用

为实现对复合材料纤维缠绕机生产过程的监测,以缠绕机及其辅助设备为研究对象,针对实际加工设备的多样性造成的加工数据采集的异构性,基于OPC UA建立缠绕机的信息模型架构。根据OPC基金会发布的OPC UA规范和相关的行业标准,建立纤维缠绕机系统的信息模型和实例化。基于开源项目open62541,导入编译后的缠绕机的信息模型代码,自定义开发出符合使用规范的OPC UA服务器,然后利用UA客户端实现对服务器的连接,客户端能够通过服务器查询系统的加工数据,解决加工数据的异构性问题以达到监测缠绕机生产加工过程的目的;最后验证了建立的纤维缠绕机信息模型能够正确导入到开源项目open62541中,实现了加工数据监测。

基于SCE-UA算法的山区河流洪水预报研究——以寿溪河为例

在山区河流,强降雨易引发山洪灾害,给人民的生命、财产带来严重威胁,因此,及时准确的山区河流洪水预报预警非常重要。然而,由于山区河流洪水突发性强且影响山区河流洪水的原因复杂,山区小流域洪水预报精度始终有限。以四川省典型山区小流域--汶川县寿溪河流域为研究对象,采用三水源新安江模型与垂向混合产流模型,并引进SCE-UA算法进行参数优选,对该流域的洪水预报进行了深入研究。研究表明SCE-UA算法适用于山区河流洪水预报,显著提升两个模型的预报效果,使三水源新安江模型和垂向混合产流模型的合格率分别提高了20%和35%。综合分析各项指标,垂向混合产流模型的预报结果相比三水源新安江模型更好。研究成果可应用于寿溪河流域山洪灾害预警,同时也可为其他山区河流洪水预报提供参考。

优选伸缩比SCE-UA算法与新安江模型参数率定研究

洗牌复合形进化(SCE-UA)算法作为寻优能力较强的全局寻优算法已被广泛应用于水文模型参数率定领域。经典SCE-UA算法中的下山单纯形搜索采用固定伸缩比实现反射和收缩操作,其寻优效率还有待提升,实际应用中发现变动伸缩比能够改善算法的寻优效率。针对以上问题,结合数值实验与分析,发现伸缩比取值存在最优区间,在伸缩比最优区间内均匀采样,利用优选法在单纯形搜索过程中动态确定最适伸缩比,提出了基于优选伸缩比的SCE-UA算法。本研究利用改进的算法,基于多组人工降雨—径流资料开展了新安江模型参数率定研究。结果表明,相较于固定伸缩比,优选伸缩比算法在多组人工降雨—径流资料下的参数率定测试中均表现出相同迭代次数下目标函数值更优的结果,显著提升了优化效率,进一步提升了算法的深度搜索能力,具有推广应用价值。

急性脑梗死患者PLT、CRP、UA水平与颈动脉粥样硬化斑块稳定性的相关性研究

目的:探讨急性脑梗死患者血小板计数(PLT)、血清C反应蛋白(CRP)和尿酸(UA)水平与颈动脉粥样硬化斑块(CAS)稳定性的相关性。方法:选取某院收治的107例急性脑梗死患者为研究对象,根据入院时颈动脉超声检查结果分为不稳定斑块组(44例)和稳定斑块组(63例)。比较2组临床资料,采用相关分析法分析入院时PLT、CRP、UA与总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、斑块稳定性的相关性,采用Logistic回归方程分析斑块稳定性的影响因素,采用ROC分析PLT、CRP、UA水平联合检测对不稳定斑块的诊断价值。结果:单因素分析结果显示,不稳定斑块组入院时TC、TG、LDL-C、PLT、CRP、UA水平高于稳定斑块组,HDL-C水平低于稳定斑块组;Logistic回归分析显示,入院时TC(>5.98 mmol/L)、TG(>1.21 mmol/L)、LDL-C(>3.40 mmol/L)、PLT(≥218.61×109/L)、CRP(>10 mg/L)、UA(>323.46μmol/L)是不稳定斑块形成的危险因素,入院时HDL-C(≥0.90 mmol/L)是不稳定斑块的形成保护因素;相关性分析显示,入院时PLT、CRP、UA水平与TC、TG、LDL-C呈正相关,与斑块稳定性、HDL-C水平呈负相关(P<0.05);ROC分析显示,入院时PLT、CRP、UA联合诊断不稳定斑块的AUC为0.808,敏感度、特异度分别为93.18%、68.25%(P<0.001)。结论:PLT、CRP、UA水平是不稳定斑块形成的影响因素,且在诊断CAS稳定性方面具有较高价值。

基于OPC UA和RobotStudio的工业机器人工作站集成仿真

针对工业机器人工作站现场集成调试周期长、效率低的问题,基于OPC UA服务器将RobotStudio平台与西门子虚拟PLC控制器建立通信,搭建搬运码垛工作站集成仿真调试环境。在RobotStudio中设计动态工具的Smart组件,离线规划和编写机器人运动轨迹和程序;使用TIA软件编写工作站逻辑程序并下载至虚拟控制器;通过OPC UA建立连接,再利用RobotStudio完成工作站逻辑设计、调试和运动节拍优化。结果表明:该仿真能够有效验证工业机器人运动轨迹和PLC逻辑程序控制的合理性和准确性;调试机器人TCP与外围设备的速度能优化工作站的运动节拍,缩短了工作站现场集成调试周期。为降低工作站集成成本和提高生产效率提供理论依据。

基于OPC UA的双模网关设计

随着工业物联网的快速发展,设备间的互联和数据交换变得越来越重要。OPC UA作为一种开放、跨平台的工业通信协议,已被广泛采用。本文设计了一款基于OPC UA协议的双模网关。OPC UA的SDK采用开源的open62541框架设计,为了实现可靠数据传输以及与其他基于TCP/IP的系统之间的互操作,同时又能提供实时高效的数据传输,本设计采用基于TCP/IP的C/S架构与基于UDP的Pub/Sub架构相结合的方式,实现不同类别的数据分流传输。为了实现用户程序和设备间的解耦,本设计采用JavaScript对象表示法(JSON)格式的配置文件定义设备信息,网关可通过解析该文件实现动态更新节点和设备信息。最后通过实验验证了所设计的双模网关具有较高的可靠性和实时性,适用于工业物联网中设备间数据交换的应用场景。

血UA、Hs-CRP与急性脑梗死后认知功能的相关性研究

分析血尿酸(uric acid,UA)、超敏C反应蛋白(hypersensitive-c-reactive-protein,Hs-CRP)与急性脑梗死后认知功能的相关性。方法 选取2022年5月一2024年5月个旧市人民医院收治的50例急性脑梗死患者认知功能障碍患者为实验组,纳入同期非认知功能障碍的50例急性脑梗死患者为对照组。比较两组血UA、血清hs-CRP及认知功能评分及相关性。结果 实验组的血UA和血清hs-CRP、MMSE和MoCA评分均明显高于对照组,认知功能评分与血UA、血清Hs-CRP呈负相(r=-0.544,-0.465;r=-0.455,-0.513))。结论 急性脑梗死患者血UA、Hs-CRP和认识功能障碍具有相关性。

基于OPC-UA的舰船智能化标准通信协议研究及展望

舰艇智能化、无人化已经成为当前发展的重要方向。本文总结现有现场总线现状及其发展趋势,提出基于OPC-UA开展舰船标准化通信协议研究的思路。分析了舰船智能化通信协议的发展需求,结合OPC-UA通信协议相关特征的分析,论证了技术路径的适用性、可行性和先进性。为推动舰船智能化发展提供相关解决方案。

NLR、UA联合PNI对急性缺血性脑卒中患者溶栓近期预后的预测价值分析

目的探究中性粒细胞与淋巴细胞计数比值(NLR)、尿酸(UA)联合预后营养指数(PNI)对急性缺血性脑卒中(AIS)患者溶栓近期预后的预测价值。方法选取湖南中医药大学附属第一医院于2021年9月至2022年12月收治的124例AIS患者为研究对象,根据患者治疗后3个月的预后情况将其分为良好组(n=83)和不良组(n=41)。比较两组患者的一般资料、NLR、UA及PNI水平;采用多因素logistic回归分析判断影响AIS患者溶栓近期预后的因素;采用受试者特征曲线(ROC)分析NLR、UA和PNI水平对AIS患者溶栓近期预后的预测价值。结果好组的年龄、发病至溶栓时间、血清Hcy、LDL-C、TC、NLR水平均低于不良组,UA水平和PNI得分均高于不良组,差异有统计学意义(t=3.038、4.258、4.624、5.702、4.759、3.681、3.684,P均<0.05);多因素logistic回归分析结果显示,年龄小、发病至溶栓时间短、低血清Hcy、LDL-C、TC、NLR水平和高UA、PNI水平是AIS患者溶栓近期预后的保护因素(P均<0.05);ROC曲线显示,NLR、UA、PNI及三者联合对预测AIS患者溶栓近期预后的AUC面积分别为:0.737、0.657、0.703、0.893,三者联合的预测价值较高(P均<0.05)。结论NLR、UA、PNI均可预测AIS患者的溶栓近期预后,且三者联合的预测价值最高,具有一定的临床预测价值。

绝经后骨质疏松患者血清DPP-4、UA、P、25(OH)D_(3)水平变化及其与骨代谢指标的相关性

目的检测绝经后骨质疏松患者血清二肽基肽酶-4(DPP-4)、尿酸(UA)、孕酮(P)、25羟维生素D_(3)[25(OH)D_(3)]水平,并分析其与骨代谢指标的相关性。方法选择2022年2月至2023年2月西安医学院第一附属医院收治的320例绝经后骨质疏松患者作为观察组,并选择同期在我院接受体检的300名健康绝经女性作为对照组,比较两组受检者的血清DPP-4、UA、P、25(OH)D_(3)水平及骨代谢指标[骨钙素(OC)、I型前胶原氨基末端前肽(PINP)、β-胶联降解产物(β-CTX)及骨碱性磷酸酶(BALP)],并采用Pearson法分析血清DPP-4、UA、P、25(OH)D_(3)水平与骨代谢指标的相关性。结果观察组患者的血清DPP-4水平为(183.41±21.49)IU/L,明显高于对照组的(125.82±13.04)IU/L,UA、P、25(OH)D_(3)水平分别为(252.83±21.69)μmol/L、(1.23±0.18)nmol/L、(21.21±3.72)ng/mL,明显低于对照组的(304.34±25.77)μmol/L、(1.70±0.22)nmol/L、(32.74±3.51)ng/mL,差异均有统计学意义(P<0.05);观察组患者OC、PINP、β-CTX、BALP分别为(8.02±1.18)μg/L、(225.34±34.02)ng/mL、(0.75±0.09)ng/mL、(21.76±3.05)μg/L,明显高于对照组的(5.57±0.84)μg/L、(175.06±26.71)ng/mL、(0.45±0.06)ng/mL、(15.80±2.43)μg/L,差异均有统计学意义(P<0.05);经Pearson相关性分析结果显示,血清DPP-4与OC、PINP、β-CTX、BALP均呈正相关(P<0.05),UA、P、25(OH)D_(3)与OC、PINP、β-CTX、BALP均呈负相关(P<0.05)。结论绝经后骨质疏松患者血清DPP-4水平升高,UA、P、25(OH)D_(3)水平降低,且均与骨代谢指标具有明显相关性,临床上应予以密切关注。

Autonomous UAV 3D trajectory optimization and transmission scheduling for sensor data collection on uneven terrains

This paper considers a time-constrained data collection problem from a network of ground sensors located on uneven terrain by an Unmanned Aerial Vehicle(UAV),a typical Unmanned Aerial System(UAS).The ground sensors harvest renewable energy and are equipped with batteries and data buffers.The ground sensor model takes into account sensor data buffer and battery limitations.An asymptotically globally optimal method of joint UAV 3D trajectory optimization and data transmission schedule is developed.The developed method maximizes the amount of data transmitted to the UAV without losses and too long delays and minimizes the propulsion energy of the UAV.The developed algorithm of optimal trajectory optimization and transmission scheduling is based on dynamic programming.Computer simulations demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.

基于OPC UA的数字孪生矿井提升系统信息模型研究

针对矿井提升系统中子系统种类多、设备类型繁杂、数据多源异构,具有语义不同且碎片化的特点,提出了一种基于OPC UA的数字孪生矿井提升系统信息模型构建方法。首先建立了基于OPC UA的数字孪生数据集成体系架构,根据OPC UA建模规则构建矿井提升机系统信息模型,然后通过建模工具UaModeler生成XML描述文件,通过搭建OPC UA服务器将信息模型结构数据与属性集映射在OPC UA地址空间。最后利用OPC UA客户端工具UaExpert连接服务器对信息模型进行测试。结果表明:基于OPC UA的数字孪生矿井提升系统信息模型可以实现多源异构数据的虚实映射,获取信息模型结构与对象数据,实时在数字孪生可视化平台上显示,验证了信息模型的有效性,为矿井提升数字孪生系统提供数据交互服务,实现矿井提升系统的状态监控,故障预警等。

工业互联网发展新趋势——OPC UA TSN

工业通信市场目前由基于以太网的现场总线系统主导。但解决方案之间存在不兼容的问题,且处理多种解决方案会产生高昂的成本,并限制物联网的能力。本文介绍了一种新技术——OPC UA TSN。这种组合提供的通信网络不仅具有高度的确定性和实时性,更重要的是实现了通信网络在网络安全、带宽、互操作性、同步和时延等方面真正独立于设备厂商。因此,OPC UA TSN的出现为工业智能化、数字化带来了巨大的进步。

中华按蚊中基于卵巢导向肽和Gal4-UAS结合特性的外源DNA投递系统构建

【目的】利用P2C可以定向进入卵巢以及Gal4蛋白可与UAS序列稳定结合的特点,在中华按蚊Anopheles sinensis中建立高效的非胚胎期外源DNA投递技术系统。【方法】注射P2C-Gal4-DsRed重组蛋白至吸血后20 h时的中华按蚊雌成蚊腹部,通过冰冻切片荧光观察和Western blot检测分析重组蛋白P2C-Gal4-DsRed在卵巢中的投递效率;制备P2C-Gal4 DNA BINDING重组蛋白,构建包含12×UAS重复基序的转基因质粒和辅助质粒,通过电泳迁移实验分析重组蛋白P2C-Gal4 DNA BINDING和12×UAS重复基序间的体外结合;分别将体外孵育的P2C-Gal4 DNA BINDING+辅助质粒ITF36-12×UAS和P2C-Gal4 DNA BINDING+转基因质粒ITF2-12×UAS afm复合物注射入吸血后20 h时的中华按蚊雌成蚊腹部,于血餐后40 h时提取其卵巢组织DNA,并通过特异性引物PCR扩增和测序分析外源DNA在活体中的投递情况。【结果】100%注射P2C-Gal4-DsRed的中华按蚊雌成蚊卵巢在绿色滤光片下呈现明显的红色荧光,表明P2C-Gal4-DsRed重组蛋白能够被高效地导入雌成蚊卵巢中;P2C-Gal4 DNA BINDING重组蛋白能够与12×UAS重复基序以及含有该重复基序片段的质粒稳定结合;分别有91%和93%的注射了P2C-Gal4 DNA BINDING+ITF36-12×UAS和P2C-Gal4 DNA BINDING+ITF2-12×UAS afm的雌成蚊卵巢组织中能够检测到外源DNA片段。【结论】在中华按蚊中成功建立了基于P2C卵巢导向肽和Gal4-12×UAS重复基序结合特性的外源DNA投递技术体系;通过此技术平台能够便捷、快速和高效地实现质粒等DNA分子在中华按蚊卵巢中的投递,这为进一步简化转基因、过表达及基因敲入等遗传操作奠定了基础。

龟羚帕安丸对帕金森病大鼠血清IL-6、IL-1β、TNF-α、Hcy、UA及APN水平的影响

目的观察龟羚帕安丸对帕金森病(Parkinson's disease,PD)大鼠血清白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、同型半胱氨酸(homocysteine,Hcy)、尿酸(uric acid,UA)及脂联素(adiponectin,APN)水平的影响。方法PD大鼠模型采用6-羟基多巴胺(6-OHDA)注射法制作,造模成功的PD大鼠随机分为模型组,西药组,中药高、中、低剂量组,中西药合用组,每组15只,另设15只假手术组。模型组及假手术组给予等容积生理盐水灌胃,其余组给予相应药物灌胃,连续给药4周。大鼠腹主动脉取血,酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测血清IL-6、IL-1β、TNF-α、Hcy、UA及APN水平。结果模型组大鼠血清IL-6、IL-1β、TNF-α及Hcy水平均明显升高,UA、APN水平均明显降低;假手术组、中药各剂量组、中西药合用组、西药组血清IL-6、IL-1β、TNF-α及Hcy水平均明显降低,UA、APN水平均明显升高。结论龟羚帕安丸具有明显神经保护作用,作用机制与降低IL-6、IL-1β、TNF-α及Hcy水平,增加UA、APN水平,发挥抗炎、抗氧化应激作用有关。

OPC UA信息模型在工业机器人监测系统中的应用研究

针对机械制造加工车间多元异构设备接口协议不一、多源异构数据格式语义不一造成的信息集成和设备互联互通互操作难以实现的问题,基于OPC统一架构(OPC Unified Architecture,OPC UA),提出一种集OPC UA信息模型和OPC UA数据通信于一体的工业机器人监测系统。给出建模流程,采用OPC UA规范、节点和引用等核心技术,设计抽象机器人共有信息模型,分解、归纳私有组件模型,模块化设计构建OPC UA服务器与客户端,综合服务器地址空间映射、OPC UA通信等技术处理异构数据,以此提供规范化数据和标准化数据通信。选择典型刹车盘柔性加工单元进行现场应用,将信息模型应用于上下料机器人监测系统。结果表明:机器人数据格式和数据操作得到统一,设计的OPC UA信息模型能满足上下料机器人监测系统实际应用需求,验证了信息模型完整性、实用性和所提框架的可行性。

面向智能制造的OPC UA总线桥通信系统研发

各种异构信息源工业设备间通信是实现智能制造关键落地技术。针对此问题,研发一种基于OPC UA的总线桥通信系统。构建嵌入式总线桥,硬件上支持与I2C接口和RJ45接口,软件上在Linux系统基础上移植UATCP协议栈,实现传感器与828D数控系统通信。实验结果表明:使用总线桥实现了底层设备与数控系统间的通信,具有跨平台性与简便性,使智能制造成为可能。

基于OPC UA协议的PLC设备通信

由于工业控制领域存在大量的现场设备,给硬件平台和自动化软件之间的互操作带来了障碍。为此引入OPC UA协议,给工业控制系统应用程序之间的通信建立一个接口标准,在工业控制设备与控制软件之间建立统一的数据存取规范。基于此,在OPC UA通信技术基础知识上介绍了通过高级语言编程实现OPC UA客户端并与西门子PLC进行OPC UA通信的方法。通过西门子提供的自动化工具平台TIA Portal完成PLC设备组态,选用KEPServerEX作为OPC UA服务器,根据OPC UA接口协议规定,利用OPC基金会提供的SDK开发包,基于.NET平台采用C#语言编写客户端程序实现与PLC之间的实时通讯。

新安江模型参数优化的一种约束SCE-UA算法研究

在新安江模型参数优化领域,洗牌复合形进化(Shuffled Complex Evolution,简称SCE-UA)算法得到了广泛的应用。但在长序列降雨径流模拟和模型参数优化中面临一些问题需要解决。当模型参数适配不当时,土壤含水量易于出现负值,此外,不同径流成分对应的汇流参数需要满足一定的大小关系。上述问题的处理,决定着优化算法能否找到具有正确物理意义的最优模型参数,以及径流模拟结果的合理性和可靠性。针对这些问题,提出了一种约束SCE-UA算法,通过罚函数法对土壤含水量和汇流参数施加约束,引导优化算法向具有正确物理意义的参数可行域展开搜索,在寻优的同时确保了物理意义的正确性。在呈村流域开展了基于约束SCE-UA算法的新安江模型参数优化研究,数值模拟结果表明,约束SCE-UA算法能够确保模型参数物理意义的正确性,解决了土壤含水量出现负值和汇流参数大小关系错误的问题。利用优化获得的最优参数开展水文模拟,能够取得更好的水量平衡效果和更高的模拟精度。