当前我国棉花加工产业自动化、智能化水平较低,与国外相比仍有较大差距。现有的大部分棉花加工设备的工艺参数,基本上都需要操作人员依据经验在棉花加工过程中通过人工实时观测棉花状态的变化进行及时地调整。棉花在加工时,操作人员往往无法及时接收到棉花和设备状态的变化信息,不能及时地对设备参数进行调整,机械发生故障时也不能及时发现。从而导致加工能耗大、生产质量差、效率低、设备故障率高等问题。针对以上问题,本文将数字孪生技术引入棉花加工生产车间,搭建棉花加工数字孪生系统。通过对系统物理层的调控算法和系统控制的整体智能化方案设计,进一步构建数字孪生虚拟实体,然后对整个系统的数据采集传输进行设计,最终搭建系统服务交互界面,实现对棉花加工过程和加工参数的监控、对加工设备参数的远程调控、对加工设备的常规管理和系统算法设置等功能,以提高棉花加工的生产质量和生产效率,降低生产成本,推动我国棉花加工产业的智能化发展。本文首先对搭建棉花加工数字孪生系统相关的技术基础进行了研究,包括数字孪生技术和OPCUA的数据架构、特点、安全模型架构和服务器搭建软件以及系统数据检索分析架构等。其次,对棉花加工数字孪生系统的物理层进行设计,对整个智能化生产线的框架进行搭建;以棉花加工生产线中棉花调湿和轧花两个工艺为例进行智能化设计,包括控制算法设计、决策方法设计、控制系统的基本结构和硬件选择等,主要是利用主控PLC实现对设备层的控制,依据棉花加工工艺流程和设备运行工况参数,选择相应的传感器构建生产过程控制数据实时采集系统。然后,对棉花加工数字孪生系统进行总体设计,通过分析当前系统搭建面临的问题,确定系统的设计目标、开发工具和搭建环境等,进行系统总体框架设计以及系统可行性分析。最后,根据物理实体的几何参数和各零部件之间的装配关系等构建虚拟几何模型,利用C#脚本对所构建的虚拟几何模型进行驱动以实现对机械设备加工情况的仿真。采用OPC UA协议来实现加工数据的实时传输,接着对系统的数据库进行设计,实现对孪生数据的存储;对系统服务层的交互界面进行设计,以满足操作人员的操控需求。