CN112543227A - 智能制造系统中基于opcua协议实现自动化产线定义处理的系统 - Google Patents

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康姗
闫雪松
赵铁成
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Abstract

本发明涉及一种智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，包括运动控制模块、数据网关、PC设备和交换机，所述的交换机和运动控制模块、数据网关和PC设备通过以太网连接，所述的PC设备通过双绞线与交换机相连接，所述的数据网关和运动控制模块通过编程接口相连接。采用了本发明的智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，使用以太网代替传统I/O信号线，产线机构和部署实施得到简化，降低产线机构设计和现场实施难度。本发明基于PC，运动控制软件，网络的架构会大幅降低产线成本。本发明基于软件架构产线，提供更好的数据界面和接口，推动设备联网。

Description

智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的 系统
技术领域
本发明涉及智能制造领域，尤其涉及工业自动化产线领域，具体是指一种智能制造系统 中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统。
背景技术
传统工业自动化产线依赖硬件PLC，I/O信号线，来组织产线各组件动作。硬件PLC的 I/O信号扩展需要外围扩展I/O端口，各部件之间需要连接I/O线，在复杂动作情况下，组件之间连线复杂，对于产线设计和现场连线都是挑战。随着制造业的发展，越来越多的生产会以自动化产线的形式启动，那么基于专用硬件实现，在价格上偏高，而基于PC的运动控制软件及网络的架构会大幅降低成本，降低产线设计和实施的难度。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足实用性好、成本低适用范 围较为广泛的智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统。
为了实现上述目的，本发明的智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理 的系统如下：
该智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，其主要特点是，所 述的系统包括运动控制模块、数据网关、PC设备和交换机，所述的交换机和运动控制模块、 数据网关和PC设备通过以太网连接，所述的PC设备通过双绞线与交换机相连接，所述的数 据网关和运动控制模块通过编程接口相连接，所述的运动控制系统包括具有软PLC功能和对 外暴露软PLC数据读写功能的编程接口，所述的数据网关提供Server端和Client端功能，通 过配置文件自定义数据项目。
较佳地，所述的数据网关包括OPCUA Server端，用于暴露设备内部数据，供其他设备的 OPCUA Client端读写，实现各设备间运动控制系统模块的软PLC数据交互。
较佳地，所述的OPCUAClient端的数量取决于本设备需要和外部设备PLC交互的数量。
较佳地，所述的数据网关使用运动控制模块的编程接口，对运动控制模块软PLC特定地 址上的数据进行读写，将软PLC的数据地址映射到OPCUA Server端对应的数据节点上。
较佳地，所述的其他设备的数据网关通过IP连接到设备的OPCUA Server端，对节点进 行读写，实现对当前设备的软PLC内部数据进行修改，实现设备间数据交互。
较佳地，所述的系统采用OPCUA工业协议和以太网，用于实现系统结构简化。
采用了本发明的智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，使用 以太网代替传统I/O信号线，产线机构和部署实施得到简化，降低产线机构设计和现场实施 难度。本发明基于PC，运动控制软件，网络的架构会大幅降低产线成本。本发明基于软件架 构产线，提供更好的数据界面和接口，推动设备联网，高层应用实施本发明基于软件架构的 产线，在对接高层管理软件(MES，ERP等)时，天然具有更好的亲和性，更容易架设规模 化的工业物联网以及相关应用。
附图说明
图1为本发明的智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统的结构 图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，其中包括 运动控制模块、数据网关、PC设备和交换机，所述的交换机和运动控制模块、数据网关和 PC设备通过以太网连接，所述的PC设备通过双绞线与交换机相连接，所述的数据网关和运 动控制模块通过编程接口相连接，所述的运动控制系统包括具有软PLC功能和对外暴露软 PLC数据读写功能的编程接口，所述的数据网关提供Server端和Client端功能，通过配置文 件自定义数据项目。
作为本发明的优选实施方式，所述的数据网关包括OPCUA Server端，用于暴露设备内部 数据，供其他设备的OPCUA Client端读写，实现各设备间运动控制系统模块的软PLC数据 交互。
作为本发明的优选实施方式，所述的OPCUA Client端的数量取决于本设备需要和外部设 备PLC交互的数量。
作为本发明的优选实施方式，所述的数据网关使用运动控制模块的编程接口，对运动控 制模块软PLC特定地址上的数据进行读写，将软PLC的数据地址映射到OPCUAServer端对 应的数据节点上。
作为本发明的优选实施方式，所述的其他设备的数据网关通过IP连接到设备的OPCUA Server端，对节点进行读写，实现对当前设备的软PLC内部数据进行修改，实现设备间数据 交互。
作为本发明的优选实施方式，所述的系统采用OPCUA工业协议和以太网，用于实现系统 结构简化。
本发明的具体实施方式中，提供了一种基于OPCUA工业协议的自动化产线软件定义技 术，以解决依赖于PLC和I/O信号线的传统工业自动化产线成本偏高和实施难度大的问题， 达到大幅降低产线成本、机构设计和现场实施难度，并提供更好的数据接口，便于介入工 业物联网以及上层应用系统。
本发明技术方案需要两个核心软件，PC架构的运动控制系统和基于OPCUA工业协议 的数据网关。运动控制系统需要具有软PLC功能和能够对外暴露软PLC数据读写功能的编 程接口。基于OPCUA工业协议的数据网关，需要同时提供Server端和Client端功能，而且关于数据项目需要具有配置文件自定义功能。
OPCUA数据网关使用运动控制系统的编程接口，对一台设备的运动控制系统软PLC特 定地址上的数据进行读写，将软PLC的数据地址映射到OPCUA Server端对应的数据节点上，那么其他设备的数据网关使用OPCUA Client端，通过IP连接到设备的OPCUA Server端，对节点进行读写，就可以实现对当前设备的软PLC内部数据进行修改，从而实现设备 间数据交互。
产线中原先需要使用硬件PLC的地方都换成PC加运动控制系统和OPCUA数据网关，然后产线内部内置交换机，PC都使用双绞线接入到产线交换机。OPCUA数据网关需要运 行一个OPCUA Server端，这个Server暴露本设备内部数据，供其他设备的OPCUA Client 读写；运行n个OPCUA Clinet端，n数值取决于本设备需要和多少个外部设备PLC交互。 这样通过以太网和OPCUA工业协议，就实现了各设备之间运动控制系统软PLC数据交互， 以此来完成动作逻辑。
动作逻辑设计对外的界面还是PLC编程，那么对于自动化PLC编程技术员来说没有发 生变化，但是底层使用以太网和OPCUA工业协议技术，HOOK掉数据信号线连接部分， 使一根一根信号线换成几根网线，以此达到了机构设计和部署实现的简化。基于PC硬件的 方案，减少了专用硬件的使用，降低了调试难度，节约了成本。
基于运动控制系统的软PLC，OPCUA工业协议，以太网，实现工业自动产线各部件动作逻辑，实现对硬件PLC，I/O信号线等传统工业自动控制技术替代。
本发明以上海维宏电子科技股份有限公司Phoenix软件平台作为具体实施例，所述的平 台包括运动控制系统和NcGateway数据网关为两个核心软件为例来实现由两台设备组成的 自动化产线。一台设备为上料设备，一台为CNC加工中心设备,IP地址分别为192.168.1.10,192.168.1.12。上料设备使用Phoenix软件的软PLC功能和硬件端子板，控制电 机，完成上料到位和到位传感器信号的收集，配置上料设备的NcGateway数据网关的OPCUA Server端配置文件，将到位信号的PLC地址Phoenix_InPlacey映射到OPCUA Server端节点WHstatus_InPlace。加工中心设备NcGateway数据网关配置OPCUA Client端配置文件，连接opc.tcp://192.168.1.10:9027的上料设备OPCUA Server端，将WHstatus_InPlace值 读取出来，写入加工中心软PLC的Phoenix_InComing地址上，当上料设备的 Phoenix_InPlacey为1后，就会同步数据到加工中心软PLC的Phoenix_InComing地址，加 工中心PLC程序监测到Phoenix_InComing值上升沿触发为1，然后加工中心开始加工，这 样就实现了一个自动来料加工的自动产线。
采用了本发明的智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，使用 以太网代替传统I/O信号线，产线机构和部署实施得到简化，降低产线机构设计和现场实施 难度。本发明基于PC，运动控制软件，网络的架构会大幅降低产线成本。本发明基于软件架 构产线，提供更好的数据界面和接口，推动设备联网，高层应用实施本发明基于软件架构的 产线，在对接高层管理软件(MES，ERP等)时，天然具有更好的亲和性，更容易架设规模 化的工业物联网以及相关应用。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种 修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限 制性的。

Claims (6)

1.一种智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，其特征在于，所述的系统包括运动控制模块、数据网关、PC设备和交换机，所述的交换机和运动控制模块、数据网关和PC设备通过以太网连接，所述的PC设备通过双绞线与交换机相连接，所述的数据网关和运动控制模块通过编程接口相连接，所述的运动控制系统包括具有软PLC功能和对外暴露软PLC数据读写功能的编程接口，所述的数据网关提供Server端和Client端功能，通过配置文件自定义数据项目。
2.根据权利要求1所述的智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，其特征在于，所述的数据网关包括OPCUA Server端，用于暴露设备内部数据，供其他设备的OPCUA Client端读写，实现各设备间运动控制系统模块的软PLC数据交互。
3.根据权利要求2所述的智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，其特征在于，所述的OPCUA Client端的数量取决于本设备需要和外部设备PLC交互的数量。
4.根据权利要求1所述的智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，其特征在于，所述的数据网关使用运动控制模块的编程接口，对运动控制模块软PLC特定地址上的数据进行读写，将软PLC的数据地址映射到OPCUA Server端对应的数据节点上。
5.根据权利要求4所述的智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，其特征在于，所述的其他设备的数据网关通过IP连接到设备的OPCUA Server端，对节点进行读写，实现对当前设备的软PLC内部数据进行修改，实现设备间数据交互。
6.根据权利要求1所述的智能制造系统中基于OPCUA协议实现自动化产线定义处理的系统，其特征在于，所述的系统采用OPCUA工业协议和以太网，用于实现系统结构简化。
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