基于OPC UA的分布式数据采集处理系统架构研究

随着物联网与互联网融合的不断深化,感知层与应用层之间的互联互通要求不断提高。针对现有数据采集系统存在的规范性、扩展性和适应性不足的问题,文章提出一套基于对象连接与嵌入过程控制统一架构(object linking and embedding for process control unified architecture,OPC UA)协议的分布式数据采集处理系统架构。对数据采集处理系统各个模块进行功能解耦和架构重组,分别介绍该系统硬件和软件架构;针对发布订阅模式下负载的特异性,提出一种改进的适用于OPC UA分布式订阅的负载均衡算法;最后在某车企实例验证该系统架构。结果表明,基于OPC UA的分布式数据采集处理系统数据采集处理效果良好,证明了该系统架构的可行性及有效性。

确保服务的统一通信技术研究

统一通信技术是在网络融合的背景下,实现通信资源整合、通信手段综合和通信业务融合的技术。阐述了统一通信的起源和背景,通过分析当前通信技术的问题和挑战,给出了统一通信的概念和主流解决方案。基于统一通信在服务保障方面特殊需求的分析,设计了高服务保障的统一通信体系结构,重点提出针对高服务质量和安全性保障需求的技术解决方法。

面向IIOT的数字化车间数据通信研究及应用

为了满足工业制造车间的数据智能化采集需求,在工业物联网(IIOT)体系结构中应用监控与数据采集(SCADA)系统,通过IIOT的支撑实现设备、人、订单计划的有机互联,采用过程控制统一架构(OPC UA)协议增强了数据通信的规范性,提高了模型的可重用性和扩展性,为制造执行和企业决策以及大数据应用提供数据支撑。

基于机床信息的加工过程刀具磨损状态在线监测

为实现刀具磨损状态的在线监测,提高监测系统的实用性,提出一种基于机床信息的加工过程刀具磨损状态在线监测方法。采用OPC UA通信技术在线采集与存储数控机床信息,得到与磨损相关的机床内部过程信息,并基于这类信息与相应的刀具磨损信息,利用卷积神经网络建立了刀具磨损状态识别模型。应用案例证明了该方法的监测性能,与其他传统监测方法相比,该方法更适用于实际的生产加工。

基于OPC UA和样本熵的工业入侵检测算法研究

工业4.0时代,工业控制系统面临千变万化的网络入侵攻击。针对以工业协议为主要入侵手段的现状,提出了1种基于对象链接与嵌入的过程控制统一架构(OPC UA)协议结合样本熵的工业控制系统入侵检测算法。首先,对基于OPC UA所有的请求操作和响应操作进行标记。然后,分别计算单位时间内回复信息熵和请求信息熵,形成1个单位时间内的二维向量。最后,将时序连续的二维向量形成1个时间序列,用样本熵算法检测时间序列的异常。其中,采用欧氏距离度量2个二维向量之间的距离。仿真试验结果表明,针对4种原理不同的攻击手段,相较于传统的入侵检测算法差分整合移动平均自回归(ARIMA)模型和基于白名单规则的检测算法,所提出的检测算法检测率最高。该研究为利用无监督学习算法检测工业入侵的研究提供了新的思路。

OPC UA技术在智能校准系统中的应用

为提高手持式数字万用表检定系统的自动化程度,结合机器人、工业相机、传感器等具有一定智能技术的设备,研制手持万用表的全自动校准系统。针对系统基于LabVIEW构建的上位机和基于PLC技术构建的下位机之间如何实现安全、稳定的实时数据交互,提出基于创建共享变量的传统技术和基于OPC UA新一代通信技术的两种通讯方法。通过工程实现,充分验证了基于OPC UA技术的新方法实现LabVIEW和PLC通信的可行性,该方法具有开发周期短、稳定性高、响应性快、实时性强等优点,同时编程工作减少,代码更简洁美观,降低维护难度。

适用于智能制造的数控机床全信息监控系统

为实现网络化智能制造对于装备互联互通和数据共享的基本需求,基于开放平台通信(open plantform communication,OPC)的统一架构(unified architecare,UA)协议对数控机床的内外部数据进行统一封装与传输,从而实现数控机床的全信息监测与反馈控制.搭建数控系统内部数据服务器获取装备运行参数和状态信息.基于开源OPC UA的软件开发工具包开发外部数据服务器,结合外接传感器检测装置感知加工过程中外部环境的变化.通过两种不同的服务器混合使用丰富系统的信息来源,以提高系统的感知能力.在机床近端搭建监控节点,连接多服务器获取数据进行特征提取和决策运算,并将补偿值反馈回机床.所搭建的全信息监控系统完成了从服务端的数据采集、封装、传输,到监控端的误差补偿计算和反馈优化的信息双向传输的功能.以三轴立式加工中心为研究对象,对其X轴定位误差进行补偿实验,实验结果表明定位误差降低了90%.

公共信息模型的OPC UA地址空间管理

国际电工委员会(IEC)能量管理系统接口(EMS-API),是为了促进电力企业应用间的集成而制定的标准。针对EMS-API标准的组件接口规范(CIS)升级为采用过程控制对象链接与嵌入(OPC)统一架构(OPC UA)技术这一改变,就如何使用OPC UA对电力公共信息模型(CIM)进行管理,提出了CIM到OPC UA地址空间模型的映射规则、CIM对应UA节点的标识、命名以及关联关系的处理方法;基于OPC基金会开发的UA Stack库,研究实现了CIM的OPC UA服务器,并对研究结果进行了实际验证。

基于OPC UA技术的数据采集与信息系统设计

随着焊接车间自动化的不断发展,焊机种类更加丰富,对焊机的工作参数采集、工作状态监控越来越重要。不同品牌和型号的焊机导致车间内的通信协议繁多。为实现对焊机工作状态的数据采集与监控,以对象链接与嵌入的过程控制统一架构(OPC UA)为核心技术,利用其数据传输安全性强、可集成地址空间等优势,设计并实现了焊接车间的数据采集与监控系统。同时,创新性地将采集到的数据应用到制造执行系统(MES),实现了在MES监视焊机运行情况的功能。首先,采用C++语言搭建OPC UA服务器,实现采集设备的工作数据。其次,在JAVA平台开发了OPC UA客户端,实现访问服务器将采集的数据进行可视化读取、修改、监控和存储等功能。最后,该系统在焊接车间实时采集电压和电流数据进行测试与验证,证明其满足目标需求。因此,基于OPC UA的数据采集系统能满足焊接车间的数据采集和监控需求,对推动车间智能化管理有借鉴意义。

基于OPC UA的烟叶成品下线管理系统分析与设计

从烟叶的收购到生产出成品,要经过五大工序。由于生产链条长、生产分散、信息多源异构等问题,造成生产线上下游信息脱节和不透明。在烟叶成品下线环节,指标数据存储于实时监控系统、业务数据存储于生产管理系统,无法做到实时、有效的数据交互。因此,提出在监控系统和生产系统之间搭接桥梁———对象链接与嵌入的过程控制统一架构(OPC UA)客户端,以获取、过滤实时有效数据。未建立OPC UA时,成品下线业务由人工干预,需手动打印成品下线标签且无法全面填补业务数据,劳时费力、工作繁重。建立OPC UA后,可实时从监控系统中获取下线时间、成品烟箱重量等业务数据传递到生产系统,从而实现烟叶数据特征分析、数据过滤、标签打印等业务,为烟叶成品下线环节提供实时、精准、全面的数据支持。通过对某烟草企业复烤业务的深入研究,构建成品下线管理系统。该成果可为中间件技术的技术落地、分布式方向上的工控系统提供借鉴和参考。

自动化及其部件

探讨了与自动化技术应用有关的问题。作者认为，对自动化的要求日益增加。强调指出，实现柔性自动化需要有可靠的Busi（总线）一从一个控制范围向另一个范围传送数据用的系统和不同系统之间通信用的系统。文中提出了一种观点，即分散生产的趋势、生产管理系统及其支持程序的发展以及将这些系统合并成一个有总线一系统的统一网络均将对自动化过程产生影响。特别注意了一通信问题，作者认为自动化系统的顺利运行在许多方面取决这种通信。文中介绍了总线（Bus）一系统，通信分级结构，管理系统支持程序及人一机相互联系。