CN109831354A - 基于opc ua工业通讯协议的虚拟调试系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统

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。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，本发明提出一种基于OPC UA工业通讯协议协议的虚拟调试系统。

首先该系统能够克服针对工业控制系统与现场通讯设备通信安全但是不能连接多种类型设备的问题，其次也解决了在消耗较少计算机资源的情况下实时获取指定数据的问题，最后将OPC UA工业通讯协议运用于虚拟调试系统，验证了在大型制造系统中基于OPCUA协议的方案的可行性。

本发明为解决现有技术问题所采用的技术方案是：

一种基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统，在交互界面模块中配置设备读取和写入的信号、信号地址并生成配置文件，数据交互模块读取配置文件将信号地址发送至OPC UA采集模块，OPC UA采集模块通过OPC UA客户端来实时采集工业机器人，PLC的输出信号值，并将虚拟设备运行的状态信号值写入PLC的输入端口；在RoboDK中编写Python程序获取PLC、工业机器人的输入信号来驱动仿真模型，同时将仿真模型运行时的状态信号写入到Redi服务器模块中。所述的虚拟调试系统，包括：

1)交互界面模块：交互界面模块与数据交互模块连接，并通过以太网连接到OPCUA采集模块中的交换机与PLC、工业机器人组成局域网，交互界面模块向局域网内的所有设备发送控制指令；该模块与数据交互模块连接部分，它的输入为配置的信号、信号地址、信号名称以及数据交互模块传来的机器人的关节信息、PLC、工业机器人的输入输出信号值，它将记录信号地址、信号名称的配置文件输出到数据交互模块；

2)RoboDK仿真机器人：RoboDK仿真机器人与Redis数据库模块连接；它的输入是数据交互模块传入Redis数据库模块的工业机器人的关节数据，输出是RoboDK中仿真机器人的状态信号；通过RoboDK提供的基于Python语言的API，将工业机器人的各个关节轴的数据发送给仿真机器人使仿真机器人位置与姿态与工业机器人一致，同时将机器人工作站中的状态信号发送到Redis服务器模块中；

3)RoboDK仿真加工中心：RoboDK仿真加工中心与Redis数据库模块连接；它的输入是数据交互模块传入Redis数据库模块的PLC的输出信号，输出是仿真加工中心的状态信号；通过RoboDK提供的基于Python语言的API，将PLC的输出信号发送给仿真加工中心使仿真加工中心按照PLC程序的控制运行；

4)Redis数据库模块：Redis数据库模块与数据交互模块、RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心连接；Redis数据库模块与数据交互模块连接部分，它的输入是数据交互模块从OPC UA采集模块获取到的工业机器人关节数据和PLC的输出信号值，得到的解析值就是真实数据值，它的输出是RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的状态信号值；Redis数据库模块与RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心连接部分，它的输入是仿真机器人、仿真加工中心的状态信号值，它的输出是工业机器人关节轴的位姿数据和PLC输出信号值；与数据交互模块和RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的连接部分，往Redis数据库中存入数据时将数据序列化，从Redis数据库中取出数据时将获取的数据反序列化得到数据真实值；

5)数据交互模块：数据交互模块同OPC UA采集模块、Redis数据库连接、交互界面模块；在于OPC UA数据库连接部分，它的输入是OPC UA采集模块采集到的PLC的输出信号、工业机器人的关节数据的地址，它的输出是仿真设备的状态信号值；与交互界面模块连接部分，它的输入是配置文件，通过读取配置文件中的信息，将PLC、工业机器人的信号地址发送给OPC UA采集模块；与Redis数据库连接部分，输入是RoboDK仿真机器人和RoboDK仿真加工中心的状态信号值，输出是工业机器人的关节数据、PLC的输入输出信号；

6)OPC UA采集模块：OPC UA采集模块通过局域网连接PLC、工业机器人、数据交互模块；在OPC UA采集模块与数据交互模块连接部分，它的输入是数据交互模块传入的PLC、工业机器人信号的地址，通过OPC UA工业通讯协议访问PLC内置的OPC UA服务器，将采集到的机器人的关节数据、PLC的信号值输出到数据交互模块；它与PLC连接部分，输入是PLC的输出信号值，输出是RoboDK仿真加工中心的状态信号值，OPC UA采集模块通过TCP/IP协议将RoboDK仿真加工中心的状态信号值输出到PLC的输入端口中使PLC的程序按照逻辑运行；它与工业机器人连接部分，输入是工业机器人关节数据，OPC UA采集模块依据工业机器人的驱动将机器人的关节数据采集出来，并通过协议转换器将数据转化成符合OPC UA协议标准的数据，并通过OPC UA采集模块中的客户端来获取数据；

7)工业机器人：工业机器人通与OPC UA采集模块、PLC相连接；与PLC连接部分，它的输入是PLC输出的变量值，它的输出是寄存器中的变量值，利用工业机器人脚本编程功能编写好机器人运行逻辑，并且利用脚本来控制工业机器人中输出变量值；与OPC UA采集模块连接部分，它的输出是工业机器人的各个关节的位置姿态数据；

8)PLC：PLC与OPC UA采集模块，通过以太网与工业机器人相连接；与工业机器人连接部分，它的输入是工业机器人传来的变量值，根据工业机器人输出的变量值来运行PLC程序，PLC则输出RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的控制信号，输出是PLC程序中的变量值，通过在PLC中编写梯形图程序并将变量值通过Modbus TCP发送给工业机器人输入端口以控制和驱动工业机器人；与OPC UA采集模块连接部分，它的输出是PLC程序中RoboDK仿真加工中心的控制信号，它的输入是RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的状态信号值。

所述的基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统，其特征在于：所述的数据采集基于OPC UA工业通讯协议采用订阅模式实时获取OPC UA服务端的数据并将采集到的数据按设备类型存储存储至Redis服务器模块中，当服务端数据发生变化时可以用回调的方式通知客户端，避免了循环读取导致读取到了大量的重复的数据，提升了系统性能并保证了系统的实时性。并且系统采用OPC UA工业通讯协议，保证了数据公开透明并且可以连接不同类型的设备，所述的采集方式如下：

OPC UA采集模块初始化OPC UA通信栈后，建立客户端与服务端通信基础并读取OPC UA的配置文件，此时将OPC UA采集模块作为客户端连接至OPC UA的服务器，使用HTTP协议浏览OPC UA服务器地址空间，根据信号、数据的地址，设定监控项，接收处理监控项数据变化通知以完成数据的读取。

工业设备与PC端之间的通信方式采用了交换机组成局域网的方式，实现了多台设备之间的数据交换，其数据传输方式采用HTTP通信协议，通过插件式开发框架，提高了系统的可移植性，结合信号配置文件降低了各个设备模块之间的耦合，采用线程池对每一台设备的数据采集线程进行管理，当某一设备模块采集线程发生故障时线程池可以快速的补充线程以提高系统的容灾性；自主选用需要的模块，并控制和监视各个模块的工作状态提高了调试的效率；在整个系统中利用仿真设备代替现实中没有的设备，降低了系统的成本；用Redis服务器模块存储和管理各个设备需要的信号以及数据的流通，提高了系统的实时性能并保障数据可重复利用性；通过界面交互模块添加、修改和删除的功能，帮助快速的配置信号，降低了系统操作的复杂性。

本发明的优点是：

本发明比较其它类别的虚拟调试系统，首先能保证工业控制系统与现场设备通信安全，也能支持连接多型设备，同时也利用OPC UA工业通信协议的特点完成了实时获取指定需求的数据，可以满足各种不同类型的需求。插件式开发能保证系统的可拓展性，可保证插件开发的快速性，并能快速接入系统。能够配置信号、模块，可根据需求灵活搭建自己的调试环境，同时提供监控，强制等功能方便调试自己搭建的系统。提供真实设备与虚拟设备交互的功能，既还原了真实的工业制造中的场景，也能贴近真实场景，同时也能保证人员和设备的安全，一种基于OPC UA协议的虚拟调试系统是进行工业机器人培训和操作的最佳选择，成本低廉，真实度高。

附图说明

图1为本发明的平台组成示意图。

图2为本发明的控制原理框图。

图3为本发明的实际效果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。

该发明所用的工业机器人是Keba六自由度机械臂系统，该机械臂系统具备示教器，用于运行和操作机器人脚本，该机器人系统还包含控制器，往该控制器中加载3Kg无负载的仿真系统，该控制器就可以在仿真状态下执行任务，虚拟调试系统中还含有PLC，PLC型号是西门子公司S71200，PLC可以通过SIMATIC开启OPC UA服务器功能。

该发明设计了一种基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统，如图1所示，平台组成主要包括交互界面模块1、工业机器人2、PLC 3、OPC UA采集模块4、数据交互模块5、Redis服务器模块6、RoboDK仿真机器人7、RoboDK仿真加工中心8；交互界面模块1安装在用户的电脑上便于设置和操作；工业机器人2与西门子PLC系统首先利用交换机组成局域网，通过MudBus协议来发送和接收I/O信号；交互界面模块1与工业机器人2和西门子PLC 3之间通过交换机互相连接，交互界面模块可以控制工业机器人以及RoboDK仿真平台；交互界面模块1与数据交互模块5之间通过配置文件完成信号信息的传送，交互界面模块1往配置文件中写入信息，并控制数据交互模块5的运行状态，数据交互模块5将从配置文件中读取信号的设置并发送给OPC UA采集模块4；OPC UA采集模块4通过以太网连接至由PLC 3、工业机器人2组成的局域网中，此时OPC UA采集模块4中的OPC UA服务器会根据接收的信号地址实时采集相应的设备中的数据，并保存至Redis服务器模块6中；数据交互模块5会从Redis服务器模块6中获取信号，并根据信号的设置写入到对应的设备中；RoboDK仿真机器人7、RoboDK仿真加工中心8在RoboDK仿真平台中搭建，同时利用RoboDK中提供的Python的API将相应设备模型的信号根据交互模块中的信号设置的格式发送至Redis服务器模块5保存，其信号交互方式同工业机器人2，PLC 3相同。

结合图1和图2，本发明专利的具体实施方式如下：

交互界面模块：首先将交互界面模块通过以太网连接至交换机上，保证PC与工业机器人和PLC处在同一网段内，在交互界面模块上配置需要采集的信号，打开交互界面模块的系统管理操作界面，启动西门子PLC和机器人系统的插件；在西门子PLC的交互界面模块点击配置按钮，配置需要连接的目标PLC的IP地址，在输入输出表中右击选择“添加”，填入数据库虚拟键名、信号的地址、信号名备注和当前值，确认无误后表中将会添加一条输入或输出的信号，此时交互界面模块创建的信号生成配置文件，数据交互模块读取配置文件并将需要独写的信号发送到OPC UA采集模块，数据交互模块会在Redis数据库中创建相应的虚拟键名，然后把数据信息存在键值中，同时在交互界面的输入输出表中右击能修改信号的地址、删除信号、强制信号值和取消强制，这些操作完成之后和上述操作结果一样会同步到Redis服务器中；打开工业机器人的交互界面模块，点击配置按钮配置目标工业机器人的IP地址、关节虚拟键名和输入输出端口虚拟键名，配置完成之后将会虚拟键名的信息发送给数据交互模块，数据交互模块会在Redis数据库中创建对应的虚拟键名，与之关联的键值会存储机器人的关节数据和PLC输入输出数据；

RoboDK仿真机器人7、RoboDK仿真加工中心8：RoboDK仿真软件中创建工业机器人模型及工业机器人工作环境，添加需要的虚拟设备，在RoboDK中编写Python程序，通过RoboDK的API将需要的虚拟设备的信号与数据实时写入到Redis服务器模块中，并将实时从Redis服务器模块中采集到的相应的虚拟设备的数据值利用Socket通过RoboDK的API发送给对应的模型进行同步的动作，数据交互模块读取这些数据后发送交互界面模块，交互界面模块会将状态数据实时地显示，同时根据信号设置写入到对应设备的输入输出端口中；

Redis服务器模块：Redis服务器模块和RoboDK仿真设备安装在本地电脑上，首先使用Redis Desktop Manager在建立本地Redis库，将IP地址设为本机地址，并利用RedisDesktop Manager连接，提示连接成功则Redis数据库可以正常使用；

数据交互模块：利用局域网与PLC模块、工业机器人和交互界面模块相连接，通过OPC UA工业通讯协议与OPC UA数据采集模块直接连接，通过Socket与RoboDK仿真设备连接；当数据交互模块收到来自PC端发出的工作指令后，数据交互模块开始主动实时的利用OPC UA服务器访问设备中的OPC UA客户端，采集需要的信号与数据并存至Redis数据缓存模块，与此同时RoboDK中的仿真模型会通过Socket将仿真设备的信号和数据存储至Redis缓存中，数据交互模块根据信号用户需要将信号写入到对应的设备或者虚拟设备中完成数据的交互；

OPC UA采集模块：OPC UA通过局域网连接PLC，并使用OPC UA工业通讯协议直接访问PLC内置的OPC UA服务器，初始化OPC UA通信栈后，建立客户端与服务端通信基础并读取OPC UA的配置文件，此时将OPC UA采集模块作为客户端连接至OPC UA的服务器，使用HTTP协议浏览OPC UA服务器地址空间，读写由数据交互模块传输来的信号与数据，利用服务器提供的方法处理时事件报警，设定监控项，并接收处理监控项数据变化通知以完成监控项读取；

工业机器人：使用以太网连接至交换机以保证工业机器人与PC和PLC处于同一局域网内，打开示教盒设定工业机器人的IP保证与PC和PLC处于同一网段内，勾选ModBus通讯选项，并保证ModBus通讯端口是502端口，将机器人程序文件拷贝进U盘并保证文件在Keba机器人系统指定的路径下，使用机器人示教盒选择相应的机器人程序导入程序并选择需要执行的程序，将工作模式设定为自动模式，运行该程序；

PLC：通过博图设定PLC的IP地址，与工业机器人和交互界面模块处于同一网段内，打开PLC程序，在组态中修改PLC通讯端口、寄存器读写起始地址、通讯端口以及位置偏移量并保证与工业机器人程序中通讯端口、寄存器读写起始地址、通讯端口以及位置偏移量一致，编译下载PLC程序；

结合图3，本系统的实际效果展示。

以上是整个系统的控制情况，OPC UA采集模块的存在让系统能够连接和读取多种型号的设备的信息，让系统各个模块之间的耦合降低，提升了开发的速率，让系统架构变的简洁，数据交互模块让各设备之间的交互脱离物理连接，仅仅通过局域网就可以在多台设备之中间成信号的流转，让系统更加的灵活，同时由于本系统中OPC UA采集模块是利用订阅事件来保证实时采集数据，故而整个系统可以保证相当低的延时，同时降低了系统的能耗。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统，其特征在于交互界面安装在Windows系统下，OPC UA采集模块与PLC、工业机器人通过局域网连接，数据交互模块与RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心通过Socket连接，此外OPC UA模块同数据交互模块直接连接；

所述系统的交互界面模块包括信号配置界面、驱动配置界面；通过信号配置界面配置PLC、工业机器人、RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的输入输出信号、信号端口、信号名称并生成配置文件；数据交互模块读取配置文件中的输出信号，将PLC、工业机器人的输出信号和信号地址发送给OPC UA采集模块，OPC UA采集模块则根据信号地址读取设备中的信号值并发送至数据交互模块，数据交互模块同时将配置好的RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的输出信号以及信号地址发送给RoboDK仿真平台，RoboDK仿真平台通过API获取信号值并回传给数据交互模块，数据交互模块依据配置文件中的信号名称以键值对的方式存入Redis数据库模块；数据交互模块根据配置文件中的输入信号地址从Redis缓存数据库中读取信号值，将RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的输出信号值、地址发送给OPC UA采集模块，OPC UA采集模块将输出信号值根据地址写入PLC、工业机器人的输入端口中；在RoboDK仿真平台中编写Python程序来控制API将RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的输出信号发送到Redis数据库模块中，并从Redis数据库模块中读取PLC、工业机器人的输出信号值发送给RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心；

各模块的具体构成是：

1)交互界面模块：交互界面模块与数据交互模块连接，并通过以太网连接到OPC UA采集模块中的交换机，同时与PLC、工业机器人组成局域网，交互界面模块向PLC、工业机器人发送控制指令；该模块与数据交互模块连接部分，它的输入为配置的信号、信号地址、信号名称以及数据交互模块传来的工业机器人的关节数据、PLC、仿真设备的输入输出信号值，它将记录信号地址、信号名称的配置文件输出到数据交互模块；

2)RoboDK仿真机器人：RoboDK仿真机器人与Redis数据库模块连接；它的输入是Redis数据库模块中存储的工业机器人的关节数据，并将仿真机器人的状态信号输出到Redi数据库模块中；通过RoboDK提供的基于Python语言的API，将工业机器人的各个关节轴的数据发送给仿真机器人使仿真机器人位置与姿态与工业机器人一致，同时将机器人工作站中的状态信号值发送到Redis服务器模块中；

3)RoboDK仿真加工中心：RoboDK仿真加工中心与Redis数据库模块连接；它的输入是Redis数据库模块中存储的PLC的输出信号，将仿真加工中心的状态信号输出到Redis数据库模块；通过RoboDK提供的基于Python语言的API，将PLC的输出信号发送给仿真加工中心使仿真加工中心按照PLC程序的控制运行；

4)Redis数据库模块：Redis数据库模块与数据交互模块、RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心连接；Redis数据库模块与数据交互模块连接部分，它的输入是数据交互模块从OPC UA采集模块获取到的工业机器人关节数据和PLC的输出信号值，它的输出是RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的状态信号值；Redis数据库模块与RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心连接部分，它的输入是仿真机器人、仿真加工中心的状态信号值，它的输出是工业机器人关节轴的位姿数据和PLC输出信号值；与数据交互模块和RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的连接过程中，往Redis数据库中存入数据时将数据序列化，从Redis数据库中取出数据时将获取的数据反序列化得到数据真实值；

5)数据交互模块：数据交互模块同OPC UA采集模块、Redis数据库连接、交互界面模块；在于OPC UA数据库连接部分，它的输入是OPC UA采集模块采集的PLC的输出信号、工业机器人的关节数据的地址，它将仿真设备的状态信号值输出给OPC UA采集模块；与交互界面模块连接部分，它的输入是配置文件，通过读取配置文件中的信号信息，将PLC、工业机器人的信号地址发送给OPC UA采集模块；与Redis数据库连接部分，输入是RoboDK仿真机器人和RoboDK仿真加工中心的状态信号值，输出是工业机器人的关节数据、PLC的输入输出信号；

6)OPC UA采集模块：OPC UA采集模块通过局域网连接PLC、工业机器人、数据交互模块；在OPC UA采集模块与数据交互模块连接部分，它的输入是数据交互模块传入的PLC、工业机器人信号的地址，通过OPC UA工业通讯协议访问PLC内置的OPC UA服务器，将采集到的机器人的关节数据、PLC的信号值输出到数据交互模块；它与PLC连接部分，输入是PLC的输出信号值，将RoboDK仿真加工中心的状态信号值写入到PLC的输入端口中；它与工业机器人连接部分，输入是工业机器人关节数据，OPC UA采集模块依据工业机器人的驱动将机器人的关节数据采集出来，并通过协议转换器将数据转化成符合OPC UA协议标准的数据，并通过OPCUA采集模块中的客户端来获取数据；

7)工业机器人：工业机器人通过以太网与OPC UA采集模块、PLC相连接；与PLC连接部分，它的输入是PLC输出的变量值，同时利用工业机器人脚本编程功能编写好机器人运行逻辑，并且利用脚本来设置工业机器人中输出变量值，将寄存器中的变量值写入到PLC的输入端口；与OPC UA采集模块连接部分，它的输出是工业机器人的各个关节的位置姿态数据；

8)PLC：通过以太网与工业机器人、OPC UA采集模块相连接；与工业机器人连接部分，它的输入是工业机器人传来的变量值，根据工业机器人输出的变量值来运行PLC程序，PLC则输出RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的控制信号，通过在PLC中编写梯形图程序并将变量值通过Modbus TCP发送给工业机器人输入端口以控制和驱动工业机器人；与OPC UA采集模块连接部分，它的输出是PLC程序中RoboDK仿真加工中心的控制信号，它的输入是OPC UA采集模块写入的RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的状态信号值。

2.根据权利要求1所述的基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统，其特征在于：所述的数据采集基于OPC UA工业通讯协议采用订阅模式实时获取OPC服务端的数据并将采集到的数据按设备类型存储至Redis服务器模块中，当服务端数据发生变化时可以用回调的方式通知客户端，避免了由于循环读取而导致读取到了大量重复数据，提升了系统性能并保证了系统的实时性，并且系统采用OPC UA工业通讯协议，保证了数据公开透明并且可以连接不同类型的设备，所述的采集方式如下：

OPC UA采集模块初始化OPC UA通信栈后，建立客户端与服务端通信基础并读取OPC UA的配置文件，此时将OPC UA采集模块作为客户端连接至OPC UA的服务器，使用HTTP协议浏览OPC UA服务器地址空间，根据信号、数据的地址，设定监控项，接收处理监控项数据变化通知以完成数据的读取。

3.根据权利要求1所述的基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统，其特征在于：工业设备与PC端之间的通信方式采用了交换机组成局域网的方式，实现了多台设备之间的数据交换，其数据传输方式采用HTTP通信协议，通过插件式开发框架，提高了系统的可移植性，结合信号配置文件降低了各个设备模块之间的耦合，采用线程池对每一台设备的数据采集线程进行管理，当某一设备模块采集线程发生故障时线程池可以快速的补充线程以提高系统的容灾性；自主选用需要的模块，并控制和监视各个模块的工作状态提高了调试的效率；在整个系统中利用仿真设备代替现实中没有的设备，降低了系统的成本；用Redis服务器模块存储和管理各个设备需要的信号以及数据的流通，提高了系统的实时性能并保障数据可重复利用性；通过界面交互模块添加、修改和删除的功能，帮助快速的配置信号，降低了系统操作的复杂性。