基于OPC UA的典型机械设备互联互通技术研究与实现

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随着制造技术向网络化、信息化、智能化的方向发展,设备和系统的互联互通得到了广泛的重视。本文基于OPC UA(Open Platform Communication Unified Architecture)技术,并选取作为制造现场的基本组成部分的典型机械设备,其中包括平面3PRR并联定位平台与SCARA机器人,研究机械设备的互联互通技术,对OPC UA技术在机械设备中的应用进行了探索和实践。本文主要包括以下几个部分的内容:(1)基于OPC UA的典型机械设备的信息建模的研究。首先,对OPC UA技术的标准信息建模方式进行了研究;其次,分析并建立了基于OPC UA的典型机械设备的通用信息模型;再次,分别对平面3PRR并联定位平台与SCARA机器人进行了研究,并对两种机械设备进行了运动学分析;然后,以实现机械设备的运动控制为角度,建立了基于OPC UA的平面3PRR并联定位平台与SCARA机器人的信息模型,实现了机械设备的语义的统一。(2)提出了一种基于OPC UA的智能制造中的互联互通架构,实现了制造过程中设备与系统之间水平方向与垂直方向的集成,并可以实现任意的互联。提出的互联互通架构主要基于OPC UA技术中的客户端/服务器架构、双向服务器与聚合服务器、事件,然后使用OPC UA结合Web Service的技术,实现了跨局域网的联通;其中,Web Service接口的开发过程中参考了OPC UA标准服务,并使用JSON格式进行信息的集成。(3)通过搭建机械设备互联互通验证平台对建立的各机械设备的信息模型与提出的互联互通架构进行验证。首先,按照由整体到局部、由设计到实现的开发思路,先对验证平台进行整体设计;从验证平台的功能需求与性能需求出发,设计了验证平台的整体架构与软件层次,确定了开发环境与需要使用的技术等;然后,分别对验证平台的各个组成部分进行实现,主要包括各机械设备的上位机控制软件、OPC UA服务器、水平方向的互联互通模块、Web网页端应用几部分;最后,对验证平台的各个组成部分进行测试,发现测试结果正常,满足了预期的功能需求与性能需求。机械设备互联互通验证平台的成功实现验证了本文提出的基于OPC UA的典型机械设备互联互通技术的合理性与可行性。最后,对全文进行了总结,并对未来的研究内容进行了展望。
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