摘要
随着工业智能化的不断发展，工厂车间底层设备种类越来越多，各种工业传感器、工业机器人和工业控制器等底层设备被应用于现代工业生产过程中。通过使用这些底层设备，不仅使得工厂车间的生产效率大大提升、降低人力资源成本，而且提升了工厂自动化的智能化水平。但与此同时，一些不容忽视的问题也随之出现。在工业生产过程中，设备数据的来源通常是多样化和异构化的，设备数据的采集方式和设备数据格式各不相同，这使得生产过程中的数据集成和分析变得更加复杂和困难。目前，由于缺乏统一的工业通讯标准，上层系统被动开发底层设备数据采集驱动或者集成上位机软件的方式来实现对不同底层设备数据的获取，这严重阻碍了工业生产车间智能化的建设。因此针对上述问题，本文利用OPCUA（OpenPlatformCommunicationsUnifiedArchitecture,开放平台通信统一架构）技术，实现了对工厂车间多源异构数据的采集与监控管理。 首先，针对车间中不同工业设备数据通信协议不一致导致多源异构数据采集复杂的问题，本文设计并开发了一个数据采集网关，该网关根据不同设备的数据通信协议来开发对应的数据采集模块和协议转换模块，实现对多源异构设备数据的统一采集，并将多源异构数据转换成统一数据格式。 其次，本文针对不同设备之间数据交互困难、多源异构数据难以统一监控的问题，在数据采集网关中实现基于OPCUA技术的C/S通信模型架构。具体工作内容包括： (1)利用open62541开源SDK在数据采集网关中部署OPCUA服务器。通过建模工具UaModeler对不同工业设备进行数据信息建模，并根据建模工具生成的XML描述文件，将具体设备和设备数据信息表示为对应类型的节点，从而构建OPCUA服务器地址空间。 (2)将OPCUA服务器地址空间中的不同设备节点进行链接操作，实现不同设备之间的数据交互。 (3)将OPCUA地址空间中的节点跟协议转换模块建立联系，实现服务器对设备过程数据的采集，同时为上层系统获取设备数据提供统一的数据访问接口。 (4)利用UaExpert软件作为OPCUA客户端，与数据采集网关中的OPCUA服务器进行数据通信，实现对多源异构数据的统一管理和监控等功能。 最后，本文通过ModbusSlave软件和模拟电表工具来模拟工业生产车间中的两种不同的工业设备，并将两种设备接入到数据采集网关上进行数据采集。然后使用UaExpert客户端软件连接OPCUA服务器进行测试和验证，实验证明数据采集网关各项功能符合目标需求。
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