[发明专利]基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统

说明书

基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统，模块主要分成数据采集层、数据交互层、仿真设备层；数据采集层包括工业机器人、PLC、OPC UA采集模块；数据交互层包括数据处理模块、Redis数据库模块、交互界面模块；仿真设备层包括RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心；数据采集层通过OPC UA协议采集PLC和工业机器人的输出数据并将数据作为输入传入数据交互层，同时将数据交互层传来的数据写入到设备中；数据交互层根据交互界面模块配置的数据地址将数据传入仿真设备层同时将仿真设备层的数据传送给数据采集层；仿真设备层通过API将数据交互层的数据传送至仿真模型，将仿真设备的信号传入到数据交互层；系统通过控制仿真设备的输入输出完成虚拟调试的功能。

技术领域

本发明涉及多种工业设备的调试系统，尤其是一种基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统。

背景技术

随着各行业对工业机器人的广泛使用，工业机器人在工业制造过程中占据的地位越来越重要，而由工业机器人组成的制造系统具备相当的专业性，如果操作不当会对系统造成危害，因此要求操作人员具备一定的经验。“虚拟”即利用仿真模型代替真实设备。“调试”即通过试验使得系统中各设备按照程序设定顺利运行。

大部分传统的虚拟调试系统都是在仿真平台进行，所有的设备都是虚拟的，因此只需要操作人员在软件上操作就可以了，并且由于采用的都是虚拟设备，同真实工况相差比较大，还是无法起到调试的作用。传统的虚拟调试系统不够灵活只能针对特定系统，且参数都是理论参数较真实工况有一定差距。过去的虚拟调试系统的数据采集环节都是利用设备自带的协议采集设备的输入输出数据，因此可扩展性，可移植性较差，同时也造成了相当程度的计算资源。随着工业4.0的到来，OPC UA协议即将成为一种通用协议，采用OPC UA协议将会解除采集模块与其他模块的耦合。因此需要一种较高灵活性，同真实工况接轨的并采用行业通用协议的虚拟调试设备，能针对不同系统，较高程度的还原真实设备，并能带给良好的操作体验。

目前，针对各型设备的数据采集模块都是通过以太网，根据各个设备特定的通讯协议采集数据，设备间的数据交互都是通过以太网来完成。同时现有的虚拟调试系统无法通过插件式开发来完成模块之间的解耦，提高系统的可拓展性以及灵活性。李军、马秀丽、杨娇等提出一种机器人及其示教通信系统(李军，马秀丽，杨娇等.一种OPC UA数据通信处理方法:中国108494763A[P].2018-09-04),实现了将OPC UA应用到控制系统与现场设备的通信中，解决了针对工业控制系统与现场设备通信安全但不能连接多种类型设备的问题，但是该方法并没有解决实时获取指定的数据的需求；陈磊、乐杨、徐志升等提出了一种用于虚拟调试系统的虚拟调试平台(陈磊，乐杨，徐志升等.一种用于虚拟调试系统的虚拟调试平台:中国，207799371U[P].2018-08-31.)，该系统能够完成基于PLC的电气调试工作站，利用模拟仿真图形站对模拟仿真软件的管理和维护，但是该系统中的信号不具备可配置性，导致系统不够灵活，同时该系统针对的仅仅是电气工作站，针对目标太过单一，无法满足工业制造过程中的需求。代亚男提出基于OPC UA的智能工厂数据中心关键技术研究(代亚男.基于OPC UA的智能工厂数据中心关键技术研究与应用[D].西安理工大学,2018)提出了搭建车间环境下统一的数据中心访问平台。其内容包括设备数据的通道建立、设备建模、DA-UA数据空间通信、UA统一框架下的设备实时数据和历史数据接口开发、UA与Azure IoT云平台的通信测试。初步形成了分布式网络环境下以车间统一数据中心为基础的MES和WMS应用体系。刘洋、刘明哲、徐皑冬、王锴等针对目前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(刘洋，刘明哲，徐皑冬，王锴等.基于消息代理的OPC UA发布/订阅模式研究与实现[J].高技术通讯,2018,28(06):553-559.)。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。虚拟调试对数据采集得实时性要求非常高，仅仅采用发布者和订阅者功能并不能满足虚拟调试的需求，而且该文中并没有在大型系统中试验该功能的可行性。