工业无线通信技术讲座 第七十讲 基于OPC UA的机器人信息模型研究

随着工业4.0时代的到来,智能工厂、智能制造等概念被相继提出,制造业更加自动化与智能化。工业机器人作为智能工厂内部重要劳动力之一。因此实现机器人标准通信、语义互操作成为了需要解决的首个难题。为了解决这些难题,机器人信息模型被提出。机器人信息模型采用OPC UA标准统一建模,旨在可以让市场上所有机器人互联互通,通过不同层次结构,暴露不同的语义,并可由任何具备OPC UA客户端功能的设备访问,形成全网状节点网络。基于OPC UA的机器人信息模型对于奠定4.0设备互操作有重要意义。     

PI和OPC基金会在工业4.0方面展开紧密合作

<正>PROFIBUS PROFINET国际组织(PI)和OPC基金会已协同工作多年。目的是在PROFINET系统架构中系统性的持续集成OPC UA。当前很显然OPC UA(统一架构)面向服务的架构将是部署工业4.0发展的基石,尤其是设备和设备间的通讯,比如操作员站经由控制器层,或是在不同供应商环境中设备层的生产数据与企业级IT系统的融合。OPC UA适用于同一层不同类型设备间和不同应用层之间的非确定性通讯,PROFINET适用于自动化系统中确定性实时数据的传输以     

工业无线通信技术讲座 第五十六讲 OPC UA技术简述

OPC(OLE(Object Linking and Embedding)for Process Control)技术的出现是专门为了将Windows上的管理软件与现场设备进行系统集成的一种工业标准接口规范。但是,OPC技术在平台使用方面具有较大局限性、难以将底层车间数据传输到高层,并且存在安全性较差等问题。为了解决上述问题,OPC UA规范应运而生。该技术重点研究体系结构(包括客户端和服务器)、集成地址空间、集成服务等内容。通过与现有OPC规范的比较,可以看出OPC UA在平台兼容性、可互操作性、安全性、可靠性等方面具有显著的优势,将为系统无缝集成提供技术支撑,对于奠定工业4.0的基础-设备互联互通具有重要作用。     

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——工业4.0的先行者

在工业4.0时代,企业级信息网络与工业自动化系统的沟通有着举足轻重的重要性,OPC UA的灵活性及开放性将使它发挥更大的作用,本文从几个不同角度简单介绍OPC UA的特点。     

智能制造中基于OPC UA的多源异构数据传输与解析技术

随着信息技术的快速发展,智能制造技术得到了业界的高度重视,而智能制造的关键环节之一是实现各设备与各系统的互联互通.OPC UA作为一种用于工业通讯中的数据交互规范,可用于实现对制造过程中的多源异构数据的传输与解析,进而实现互联互通.以智能制造互联互通研究领域的热点技术OPC UA为出发点,介绍了OPC UA的发展历史与...     

机床制造加工数字化车间信息模型及其应用研究

车间/工厂内普遍存在来自不同厂家且功能各异的自动化装备和系统,其在信息层面表现为分布于不同网络层次的异构数据。异构系统与设备之间的互联互通是实现制造信息化和智能化的基础,是数字化车间集成的一个核心问题。解决这一问题的关键是建立规范一致的信息模型。针对机床制造加工数字化车间的信息互联互通问题,在分析数字化车间架构、功能要求和信息流的基础上,建立了机床制造加工数字化车间的信息模型架构。通过明确数字化车间信息模型的元素定义、建模规则和建模方法,实现了模型的标准化和一致性。随后,基于OPC统一构架(OPC unified architecture,OPC UA),建立了该信息模型在OPCUA地址空间中的映射规则和基于OPC UA服务器/客户端实现信息模型数据存储和交互的方法。最终,采用OPC UA协议将信息模型映射到OPC UA地址空间,选取典型现场应用场景,完成了信息模型的实例化,验证了所提出的机床制造加工数字化车间信息模型的实用性。     

基于OPC UA技术的质量数据监测系统

针对测量设备既无统一数据采集软件接口,又孤立于企业内其它数据交互过程的现状,结合所搭建的工业4.0生产制造示范线,设计了一套基于OPC UA技术的质量数据监测系统。对OPC UA技术进行了介绍,对OPC UA服务器、客户端进行了定义,并对服务器与客户端进行了开发。     

OPC UA与Node-red技术在IOT2040物联网网关的应用

随着互联网、物联网和大数据时代的到来,各种传感器的应用使得信息和数据量呈几何级增长,物与物之间的互联互通显得尤为重要。但是在工业方面的网络互联存在着巨大的挑战,不同制造商生产的机器设备以及不同技术水平的生产设备通常采用了不同的通讯协议,要使它们之间进行数据通讯,需要编写大量的数据通讯协议,耗时耗力。对于这类情况,可利用西门子IOT2040智能物联网网关来完成不同数据源间的通讯协调和分析,通过Node-red可视化编程语言OPC UA协议来实现不同数据之间的交互。真正意义上的达到物与物、人与人、物与人的互通互联。     

OPC UA与5G融合在工业测试床的应用

从"工业4.0"和"中国制造2025"战略提出后,信息化与工业化深度融合,信息技术融入到工业生产的各个环节。由工业设备所产生、采集和处理的数据量越来越多,而5G技术能够满足智能制造的海量数据传输、存储、云计算与决策的需求。从解决IT(Internet Technology)与OT(Operation Technology)融合难点出发,并结合目前受工业领域重视的一种解决方案--OPC UA(OPC UA Unified Architecture)和TSN(Time Sensitive Networking)融合技术,提出了OPC UA与5G的数据融合方案,旨在解决OPC UA与5G蜂窝网络的传输映射问题。所提出的PCF(Policy and Charging Function)和AF(Application Function)通过N5接口使用HTTP协议进行数据交互,并且通过实验室工业场景进行验证。     

基于Tshark的OPC UA协议深度解析应用框架

工业控制系统现场设备通信正逐步由封闭的现场总线向开放的工业以太网过渡,而OPC UA作为OPC基金会推出的新一代数据集成标准,在工业控制网络中将会发挥越来越重要的作用。本文开发了一种基于Tshark对目标节点之间通信的OPC UA应用层报文进行深度解析的应用框架,并基于此框架给出了OPC UA畸形报文识别、设备操作权限异常判断、写入值越限检测的典型应用。     

一种工业机器人安全运营协同平台设计

工业物联网平台（IOT）或信息物理系统（CPS）已经应用于工业生产的各个领域,有效地提升生产过程人、机、料、法、环、测等全要素地数据流通,改善生产效率,降低生产成本,保障企业的市场竞争力。工业互联网平台有效应用的前提是工业设备的互联互通。在工业互联网平台,工业机器人是一种非常常见的工业控制设备。当需要与其他系统集成时,工业互联网的网络架构并不是为集成工业设备协作网络而设计的。为此,设计了一种基于工业机器人安全总线的网络信息体系结构的工业机器人安全运营协同平台,来协同管理不同品牌不同型号的工业机器人。建立一个开放的技术框架,包括计算机系统、网络物理系统和物联网元素,采用适应性集成逻辑,而不需要专门的适配器。通过采用开放的安全协同运营技术框架,提供集成的面向服务（微服务）的技术元素视图,并在不同职责下和基于多种技术框架的计算机和信息物理系统之间建立安全协同机制,从而实现适应不同品牌不同型号工业机器人的安全协同运营。     

基于OCTOPUZ的工业机器人工作站虚拟仿真

为了提高工业机器人工作站的调试效率和安全性，以工业机器人仿真装配工作站为例，提出一种基于仿真软件OCTOPUZ的工业机器人工作站与西门子可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）联合虚拟仿真调试方法。利用SolidWorks创建了工业机器人工作站的OCTOPUZ仿真模型，并根据工作站的任务流程在PC中完成工业机器人的离线编程和PLC编程。针对工业机器人工作站仿真时存在的仿真软件OCTOPUZ与PLC信息交互的问题，采用OPC技术，把PLC作为服务器、OCTOPUZ为客户端，进行PLC与仿真软件OCTOPUZ之间控制信号的实时交互，从而完成了PLC与工业机器人工作站的虚拟仿真联合调试。通过仿真，能够提前发现并解决工作站装配过程中的工业机器人控制程序、PLC控制程序和其他机电零部件设计的问题，节约实际设备调试的成本，从而提高实际设备的调试效率和安全性。     

基于OPCUA的数控机床联网适配器设计与研发

针对金属加工行业提出了车间设备的网络拓扑架构。基于OPC统一架构(OPC UA)通讯协议,设计研发了数控机床的联网适配器。提出了数控机床的OPC UA信息模型,编写了不同品牌数控系统API通讯程序及OPC UA服务器程序,统一了不同品牌数控机床间的通讯接口,简化上层管理系统的数据采集。     

基于OPC UA的挤出生产线监控系统信息模型

针对挤出生产车间设备种类繁多,设备通讯方式多样,数据语义格式不一,形成多源异构数据无法统一采集的难题,以塑料挤出生产线为研究对象,提出一种基于OPC UA的挤出生产线监控系统信息模型。运用OPC UA信息建模理论,结合挤出生产线加工应用场景抽象出整体信息模型,通过定义类型模型建立可扩展的信息模型并实例化描述,使用UaModeler输出结构明确的可视化信息模型和XML模型描述文件。将生成的XML文件映射到OPC UA服务器地址空间,利用OPC UA客户端工具UaExpert连接OPC UA服务器对OPC UA信息模型进行测试。结果表明在OPC UA框架下构建的挤出生产线实例化信息模型的正确性和可行性,数据信息能以标准化方式采集和统一的接口访问方式进行信息通讯。     

测控网、物联网、互联网，于工业“是什么”与“干什么”（2）

正3工业网络技术发展3.1工业测控网工业测控网包含了"测"(数据采集)与"控"(控制系统)的所有关联网络,实现现场设备(如传感器、执行设备等)与控制设备(如PLC、DCS控制器等)之间的互联互通。在当前智能制造和工业4.0技术发展的背景下,工业测控网是主要解决工业现场"信息孤岛",实现智能制造数字化、网络化、智能化的基础网络设施。     

面向异构电力设备状态监测的低功耗OPC UA协议转换最小系统

电力系统中不同厂家的现场设备接口各异,使得实际使用中现场设备很难被集成,形成一个信息孤岛。面向电力设备运行状态监测需求,结合当前电力装备普遍采用的Modbus RTU协议和各类PLC协议等为主要现场数据采集接口的现状,进行现有接口协议的OPC UA转换单元设计,研制异构电力设备OPC UA协议转换的嵌入式最小系统硬件平台,建立基于OPC UA协议标准化的统一输出接口。该硬件平台利用软件配置的方式实现现场数据采集智能设备统一接入,可高效支撑以OPC UA协议为输出的异构标准化跨平台运行,有利于同时支持更多不同种类采集终端云边协同参数采集的实现。     

测控网、物联网、互联网，于工业“是什么”与“干什么”（二）

正3工业网络技术发展3.1工业测控网工业测控网包含了"测"(数据采集)与"控"(控制系统)的所有关联网络,实现现场设备(如传感器、执行设备等)与控制设备(如PLC、DCS控制器等)之间的互联互通。在当前智能制造和工业4.0技术发展的背景下,工业测控网是主要解决工业现场"信息孤岛",实现智能制造数字化、网络化、智能化的基础网络设施。     

OPC UA系统安全的需求分析和设计

OPC UA是一种基于Web服务的新型软件接口规范和应用,能够让不同地区的工业自动化系统之间通过网络进行交互。因此安全问题对于系统的发展十分关键。根据系统的安全需求,在现有模型的基础上加入安全策略管理模块,提高OPC UA安全模型性能,使得OPC UA的安全特性适用于不同的安全级。并且设计安全模型中的信息模型,从而更好的平衡OPC UA的通信安全和通信效率之间的关系。     

融合多传感器的工业机器人故障信息采集系统

由于工业机器人在频繁的运行中受到各种摩擦、振动、温度变化以及负载作用的影响,从而使设备出现故障的概率大大提升。为了更加全面掌握工业机器人的运行状态,采用ZigBee无线传输技术设计了融合多传感器的工业机器人故障信息采集系统。采集节点读取振动传感器、电机转速传感器和温度传感器采集的数据获取工业机器人不同部位的工况信息,然后通过ZigBee无线模块发送到接收装置。接收装置将工业机器人的运行状态信息进行解析,并将提取出来的特征信息与故障特征进行比对,从而对工业机器人进行故障诊断和预测。