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。

基于OPC UA的数字孪生车间信息物理融合系统

针对生产车间数据集成和分享难度大、实时可视化监控成本高等问题,基于OPC统一架构(Unified Architecture,UA)与数字孪生技术,提出一套面向生产车间的数字孪生车间信息物理融合系统方案。首先,设计了数字孪生车间信息物理融合系统架构,分析了系统架构的组成要求,建立了面向生产车间的通用OPC UA信息模型层次架构;然后,通过信息模型建模、OPC UA服务器开发和OPC UA客户端访问构建了数字孪生车间的统一接口;最后,将该系统方案应用于某生产车间,经验证该方案为生产车间数据集成和统一管理、智能化与可视化监控以及各系统程序之间的数据共享提供了保障,是推动智能制造的有效方案。

基于OPC Unified Architecture的服务器研究

首先介绍现有OPC规范以及其存在的不足,然后介绍OPC基金会即将推出的OPCUnifiedArchitecture规范,并重点研究OPCUnifiedArchitecture服务器的实现机制及方法,通过与现有OPC规范的比较,揭示OPCUA在平台无关性、可互操作性、可靠性等方面的显著优势。

基于OPC UA技术的T型梁焊接机器人在线监测系统

针对薄板分段车间的焊接装备复杂化程度高、焊接作业监控困难、焊接信息反馈不及时等问题,研究薄板分段车间T型梁焊接机器人的工艺流程和工艺参数,开发一种基于对象链接与嵌入过程控制的统一架构[OLE(Object Linking and Embedding)for Process Control Unified Architecture, OPC UA]技术的T型梁焊接机器人在线监测系统。该系统主要对T型梁焊接机器人的生产进度、设备运行状态和中间产品质量等进行在线监测,实现数据实时采集和生产过程监控与分析等功能,可消除设备之间的信息孤岛现象,实现车间生产透明化,提高生产效率,确保焊接质量。

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服务器地址空间关键技术研究与开发

传统OPC服务器基于COM/DCOM组件技术,导致其不仅依赖于Windows平台,而且在网络数据传输及安全性方面也存在一定的技术缺陷。基于OPC统一架构(UA)标准解决这类问题,同时将传统OPC系列功能集成到一个OPC服务器上,简化及方便了各功能的协作和企业的部署。采用微软.Net的代码托管技术,模块化构建了OPCUA服务器的开发框架,设计实现了地址空间、安全配置等基本模块及功能。采用服务器地址空间的节点、引用等核心技术,设计实现了地址空间的节点管理、数据管理、访问管理、订阅管理和视域管理等功能类,设计完成了独立的OPCUA地址空间功能模块。

基于消息代理的OPC UA发布/订阅模式研究与实现

针对目前OPC UA客户端/服务器通信模式中存在的紧耦合、服务器性能瓶颈等问题,进行了OPC UA发布/订阅通信模式总体架构的研究。首先具体分析了UA的核心功能,包括地址空间技术和数据编码技术,并在两者的基础上,利用消息代理机制,完成了发布者和订阅者的功能开发。还通过实验进一步验证了功能的稳定性和对数据的传输能力,结果表明,此模式可以满足大多数工业需求。

基于OPC UA的智能制造车间数据通信技术及应用

为实现多种设备的数据通信和统一信息管理,提出了一种基于OPC统一架构(OPC UA)的智能制造车间数据通信技术,对其通信原理和网络架构进行了讨论,提出了OPC UA与工业机器人操作系统ROS和传感器嵌入式系统等设备的整合方案,并在案例研究中详细讨论了基于Python语言的数据通信程序设计方法,开发了基于OPC UA的车间制造执行层(MES)机器人监控模块。实际应用结果表明,基于OPC UA的数据通信技术具有很高的通用性和兼容性,可有效实现智能车间设备信息的数据集成和统一管理。

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。

基于OPC UA的管控一体化研究

重点研究了OPC基金会新推出的OPC UA(Unified Architecture)规范,揭示了该规范在信息的全集成中跨网络、跨平台及信息集成的可靠性、安全性等方面相对于现有OPC规范的巨大优势,介绍了它对工厂管控一体化进程的重要推进作用。

嵌入式OPCUA与DPWS的比较与分析

作为当前工业自动化部署的两大面向服务架构(SOA)技术,DPWS和OPC UA已广泛应用于设备层。但是由于嵌入式设备的内存空间有限,操作系统简单,低功耗要求,尤其是对于一些低成本的芯片,给SOA技术在嵌入式领域的发展带来了很大挑战。因此文章从DPWS和OPC UA的架构体系以及它们在嵌入式设备中运行的内部机制和占用内存情况进行了比较分析,并明确了二者在嵌入式领域中的协同工作方向。

基于OPC UA的数字化车间互联网络架构及OPC UA开发实现

智能制造要求车间内所有系统(包括IT系统、OT系统)实现纵向集成,这使得通信不仅仅是数据的传输,更是基于语义的信息交换。OPC UA采用基于语义和面向服务(SOA)的架构,定义了信息模型建模规则和通信服务,天然适合数字化车间互联网络的集成与互操作。本文在介绍数字化车间互联网络层次结构和信息流的基础上,给出基于OPC UA的数字化车间互联网络架构,然后介绍一种基于SDK的OPC UA开发实现方法,并指出在开发和应用OPC UA过程中还应考虑资源使用、实时性和安全性等要求。

OPC UA技术及其在海上采油平台的应用

OPC UA是OPC基金会最新发布的用于工业自动化领域系统互连的规范。该文介绍了OPC UA的规格书组成,描述了OPC UA的传输机制与数据建模两部分基础组件。基于海上采油平台对仪控系统的实际要求,分析了OPC UA技术在海上采油平台的典型应用案例,并给出了具体的工程设计方案。同时,针对每个案例,总结了OPC UA相对于经典OPC规范的优势。

一种面向OPC UA消息通信的多优先级动态调度算法的设计与实现

在工业4.0时代,OPC统一架构(OPC UA)在各种工业系统中的应用为数据的交互提供了基础技术支撑,具有关键性作用.工业数据在传输时需要考虑到差异化服务的问题,但目前现有的OPC UA通信模式无法满足上述要求,基于这个问题,本文研究了OPC UA消息发布机制,并提出了一种面向OPC UA消息通信的多优先级动态调度算法.在该算法中,不同时实性的消息利用最早时限优先主动队列管理算法进行调度和区分,通信上下文环境消息通过多级反馈队列调度算法进行调度,这两种方式共同用于OPC UA消息调度以改善服务质量.经实验证明,在差异化优先级消息的调度和处理上,利用该算法改进的OPC UA通信组件表现良好,并且在OPC UA服务器高负载的情况下,高实时性消息的响应的优先性和次数明显高于其他类型消息,其接收量达58.6%,服务质量相比改进前有了较大程度的提升.该算法在OPC UA通信栈中的应用可以满足OPC UA服务器在工业生产中的需求.

基于OPC UA的多机系统互联互通技术研究

在制造技术逐渐数字化、信息化与智能化的背景下,本文提出了一种基于开放平台通信统一架构(OPC UA)的多机系统互联互通的实现方法。首先,对3PRR并联机械系统与选择顺应性装配机器手臂(SCARA)机器系统建立了基于OPC UA的信息模型,实现了语义统一;然后,给出了一种基于OPC UA的多机系统互联互通的架构,并针对跨车间、跨局域网的问题,综合应用OPC UA和Web Service技术实现其互联互通;最后,搭建了相应的验证平台,并通过网页应用和第三方软件客户端验证了本文方法的有效性。

基于OPC UA的智能化综采工作面信息模型

针对综采工作面各系统进行数据对接过程中,需要频繁进行数据点表与语义对应,导致综采工作面系统互联和数据共享成本激增的问题,提出了一种基于过程控制统一对象模型(OPC UA)的智能化综采工作面信息模型。根据智能化综采工作面的物理组成、功能模块及各模块间的信息流要求,采用面向对象的方式给出了智能化综采工作面信息模型架构。在该架构的基础上,对综采工作面中物理对象及开采过程数据进行数字化和模型化描述,形成工作面级信息模型。详细介绍了信息模型中基础组件、监控组件集与功能组件集对象涉及的静态属性集和过程属性集的各类元素。采用OPC UA与统一建模语言(UML)联合建模方式对智能化综采工作面信息模型进行实例化:利用UML类图辅助进行信息模型结构的描述,然后转换为OPC UA信息模型XML描述文件,将信息模型结构数据和属性数据映射到OPC UA地址空间模型,启动OPC UA服务器。实际应用结果表明,综采工作面各系统可访问服务器地址空间,顺利获取智能化综采工作面信息模型的结构和对象数据语义,从而快速完成数据的采集、入库和更新。为验证信息模型的应用效果,在OPC UA服务器开发的基础上,开发了综采工作面信息管理与集成分析平台,现场应用试验表明,平台显示的监控数据与现场实际运行结果一致,后台数据均来源于地址空间信息模型,从而验证了信息模型结合OPC UA协议实现综采工作面信息互联互通的可行性。

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的氢燃料电池MES系统的研究与设计

针对氢燃料电池生产车间现场底层工业设备之间异构数据较多,系统难以实现互联,数据信息难以互通的情况,设计了一种基于OPC UA的氢燃料电池MES系统。系统采用OPC UA的地址空间和信息模型描述工业设备模型,实现数据采集,通过C/S架构搭建系统框架,确保数据安全可靠,且具有一定的平台独立性和可扩展性,可打通与上层的ERP等第三方系统、与底层的工业设备之间的信息链,有效提高生产效率和氢燃料电池质量,实现氢燃料电池生产制造过程的追溯管理。与现场设备连接测试,系统运行良好。

基于OPC UA通信的工业企业能源管理系统

工业企业作为能源消耗的主要群体,对其实施有效的节能减排措施,意义重大。本文基于OPC统一架构(OPC Unified Architecture,OPCUA)通信设计的工业企业能源管理系统,由用能数据采集和能源管理两大子系统组成。用能数据采集子系统使用OPC UA技术,基于.net 4.6.1创建;能源管理子系统采用B/S模式创建,用JAVA语言开发。基于OPC UA通信规范的工业企业能源管理系统,对分布在企业各处的能源监测终端进行动态监测、数据采集、报警响应、数据存储以及分析用能数据,为企业提供节能减排措施方案。实践表明,本文设计系统具有很高的安全性、兼容性、可扩展性。