CN112987667B - 一种基于opc ua的柔性制造产线的设备远程配置系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置系统，涉及工业自动化领域，包括远程主机、现场主机和产线设备。本发明还公开了一种基于OPCUA的柔性制造产线的设备远程配置方法，包括远程配置和远程监测。用户只需要远程操作就可以完成现场的配置，实时满足配置中的定制化需求；以跨平台和互操作性强的OPC UA作为配置系统的核心架构，在数据层面统一信息模型和操作方式，易于操作和维护；利用OPC UA的信息模型和通信方式实现信息的双向传输，方便用户及时查看配置效果和系统生产状态。

Description

一种基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置系统与方法

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，尤其涉及一种基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置系统与方法。

背景技术

“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在重要工业部门的很多岗位和设施，例如通信系统的基站设备，为减少技术支持的需要或实现准确、及时地处理报警等突发事件，要实行24小时无人值守和远程配置；而为迅速适应快速变化的生产需求，该类生产加工的设备需实现柔性生产等更加灵活有效的配置目的，更需要一套灵活有效的远程配置方案。然而，在现有的工业应用中，由于不厂商生产同设备之间的兼容性较差、产品方案移植性差、工业软件和自身设备耦合性高等一系列问题，现有的设备远程配置方案大多以固定的模式和设备为主，缺乏统一的标准和灵活的操作空间。

经检索发现，国内专利申请号为200510069639.6的名称为“通过宽带接入网关的本地设备的远程配置和控制”专利，提出了一种支持通过宽带接入网关远程配置和控制多个接入设备的系统和方法，但其主要涉及智能应用和房屋系统(例如安全、供暖和供冷系统)的配置和控制实例，不涉及工业生产中多个设备同时配置和柔性生产中的调度问题。国内专利申请号为201510104467.5的名称为“一种支持远程配置的票据打印智能控制系统”专利，提出了一种支持远程配置的票据打印智能控制系统，打印智能控制终端通过云打印配置服务器下载相对应的配置文件和指令集以实现票据终端的远程配置更新，但其仅限于通过某台智能控制终端对某台特定的票据终端进行配置，难以实现同时配置多个异构设备的需求。国内专利申请号为201320550891.9的名称为“基于OPC UA的通用数据采集模块”专利，提出了一种基于OPC UA的数据采集模块，通过可配置的数据模型和嵌入式平台下的OPCUA通信技术实现了工业自动化领域底层现场数据与上层监控和管理系统集成的标准化，但其仅可实现数据的监测和集成功能，不具备远程配置功能。

现有的配置方案以在本地配置为主，物理和信息空间上的限制较大，难以实时满足远程定制化需求；现有的设备配置系统中各个设备和子系统的数据格式和通信方式存在较大差异，不同设备间兼容性差，缺少统一的配置模型和方式；现有的设备配置方案大多以通过确认配置指令是否成功发送的方式判断配置是否成功，这一结果存在很大的不准确性，难以适应远程配置的场景。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置系统与方法。构建一种通用的远程配置方式，实时满足配置中的定制化需求；同时实时监测远程配置的结果和产线设备运行状态，方便及时查看配置效果和系统生产状态。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是构建通用的远程配置方式，实时满足配置中的定制化需求，实时感知产线上设备运行状态。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置系统，包括远程主机、现场主机和产线设备；

所述远程主机接收用户的生产需求，并根据用户的生产需求产生相应的产线设备配置信息，发送给所述现场主机；接收来自所述现场主机的产线设备运行状态信息，进行综合分析和处理后发送给用户；

所述现场主机接收来自所述远程主机的配置信息并分发给所述产线设备，也接收来自所述产线设备的运行状态信息并发送给所述远程主机；所述现场主机还可以根据配置信息和产线设备状态，进行计算后发出控制指令，实时调整所述产线设备状态；

所述产线设备接收来自所述现场主机的配置信息并按照配置指令作业，也发送自身运行状态信息给所述现场主机。

进一步地，所述远程主机包括OPC UA客户端RC、数据库和控制模块；

所述控制模块接收来自用户的生产需求，结合所述数据库中产线信息模型中预置的产品装配工艺设备需求、每道工艺预计用时信息，将生产需求转化为柔性车间调度问题，并调用启发式算法进行求解，生成产线设备的配置信息，并将其发送给所述OPC UA客户端RC；所述控制模块接收来自所述OPC UA客户端RC的产线设备运行状态信息，结合所述数据库中产线信息模型中预置的产线设备运行状态正常条件判断产线上所述设备运行状态是否正常，并将判断结果返回给用户；

所述数据库存储有与产线和生产需求相关的产线OPC UA信息模型，供所述控制模块需要时读取；

所述OPC UA客户端RC接收所述控制模块计算出的产线设备的配置信息并远程访问和修改OPC UA服务器OS的远程配置信息模型、周期性访问所述OPC UA服务器OS中保存的产线设备运行状态并将其发送给所述控制模块。

进一步地，所述现场主机包括OPC UA服务器OS，内嵌OPC UA的Sub/Pub(Subscriber/Publisher，订阅/发布)模块Pub/Sub OS；

所述OPC UA服务器OS接收来自所述OPC UA客户端RC的产线设备配置信息并通过其内嵌的Pub/Sub模块发布产线设备的配置信息、通过其内嵌的Pub/Sub模块订阅来自产线设备Pub/Sub模块发布的产线设备状态信息并更新服务器上的这一状态以供所述OPC UA客户端RC读取；

所述OPC UA服务器OS还会保存产线上所述设备的信息模型和设备配置信息模型。

进一步地，所述产线设备支持OPC UA，包括Pub/SubE模块、控制器、传感器和执行机构；

所述Pub/Sub E模块订阅由所述Pub/Sub OS模块发布的信息并将其发送给所述控制器、接收来自所述传感器的产线设备运行状态信息并发布这一信息；

所述控制器分析Pub/Sub E中接收到的产线设备配置信息并生成所述执行机构级别的控制信号，将控制信息发送给所述执行机构；

所述执行机构根据所述控制器发送的信号进行作业；

所述传感器监测所述执行机构的运行参数，并实时发送给所述Pub/Sub E模块。

本发明还提供了一种基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置方法，包括以下步骤：

步骤1、远程配置：用户输入生产需求，系统自动调用相关算法进行通信，配置产线上各个设备的参数以使其按照预期的需求进行作业；

步骤2、远程监测：各产线设备在运转过程中，用户可以远程获取产线的运行状态，以检验设备远程配置情况。

进一步地，所述步骤1远程配置包括以下步骤：

步骤1.1、用户将生产需求传输并存储至远程主机的控制模块中；

步骤1.2、远程主机控制模块在接收到生产需求后，查找数据库中产线信息模型中预置的生产产品的装配工艺信息，将生产过程中的产线设备配置需求转化为一个车间调度问题，并调用控制模块中预先编写好的解决车间调度问题的算法进行智能规划，生成各产线设备运行的调度表，并将调度表上每台产线设备的运行状态信息分别按照事件触发的先后顺序转化为每台产线设备将要执行的作业信息，将其保存到远程配置信息模型中，将远程配置信息模型作为配置信息发送给远程主机客户端RC；

步骤1.3、远程主机客户端RC接收到来自控制模块的各个产线设备的配置信息后，会将其发送给现场主机服务器OS，修改服务器OS的远程配置信息模型；

步骤1.4、现场主机服务器OS接收到各产线设备的配置信息之后，将其发送给Pub/Sub OS模块，并由Pub/Sub OS模块发布配置信息；

步骤1.5、产线设备上的Pub/Sub E模块订阅到由远程主机Pub/Sub OS发布的设备配置信息数据之后，会接收到对该设备的运行需求、配置参数一系列信息，之后把这些信息发送给控制器；

步骤1.6、产线设备上的控制器分析、处理上述配置需求，生成执行机构层面的控制信号，驱动执行机构作业。

进一步地，所述步骤2远程监测包括以下步骤：

步骤2.1、产线设备的执行机构作业时，传感器会实时监测设备运行状态，并把这些数据发送给设备上的Pub/Sub E模块；

步骤2.2、产线设备上的Pub/Sub E模块接收到设备运行状态数据后，将其发布；

步骤2.3、现场主机服务器OS内嵌的Pub/Sub OS模块订阅各个产线设备Pub/Sub模块发布的设备状态信息并将其发送给服务器OS；

步骤2.4、现场主机服务器OS更新其上的产线设备运行状态信息模型以供远程主机客户端RC读取；

步骤2.5、远程主机客户端RC周期性读取现场主机服务器OS上的各产线设备运行信息，并将其发送给远程主机中的控制模块；

步骤2.6、远程主机控制模块通过数据库中产线信息模型中预置的生产模式进行条件判断，可判断产线上所有设备运行状态是否正常，并按照需求和用户设置将设备的运行状态反馈给用户；

步骤2.7、用户通过控制模块可以查看远程配置的结果，即产线上各个设备的运行状态。

进一步地，所述步骤1远程配置中，各个产线设备的OPC UA信息模型已经提前建立好，保存在现场主机的OPC UA服务器OS上；产线设备的信息模型均继承自设备父类的基本抽象类型，设备父类包括设备名称、设备运行的各个状态变量、设备各个状态变量的设置点基本信息；各个产线设备子类根据具体的设备类型、特征和功能对设备父类进行必要的继承和重载。

进一步地，所述步骤1远程配置中，用户对产线设备进行远程配置时，是通过远程主机上的OPC UA客户端RC修改现场主机上的OPC UA服务器OS上的远程配置信息模型，并由现场主机发布设备级的配置信息到各产线设备来实现的；产线设备配置信息模型集成封装了各个设备可调整的设置点，并有对应封装好的函数接口；远程主机中的客户端RC只需调用配置函数，传入要修改的各产线设备设置点信息作为函数参数，即可修改设备配置信息模型；现场主机中的服务器OS在接收到修改后的信息模型之后，会将各产线设备更新之后的设置点的信息通过现场主机的Pub/Sub OS模块发布，设备通过对应的Pub/Sub模块接收新的设置点信息后通过控制器进行调整，即完成基于OPC UA信息模型的远程配置。

进一步地，所述步骤1远程配置，各产线的相关数据以产线OPC UA信息模型的形式保存；所述产线OPC UA信息模型包括产线各产线设备静态属性、生产工艺规则信息和一些含有固定生产模式的方法；

所述产线各产线设备静态属性，包括各产线设备的型号、序列号、出厂日期、运行参数参考值信息；

所述生产工艺规则信息，包括各生产工艺基础信息、要求、参数信息；

所述含有固定生产模式的方法，包括预先定义好的生产计划、订单具体信息与各产线设备对应的配置信息。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：

1.构建一种设备配置系统，使得配置过程可以在远程完成，用户只需要远程操作就可以完成现场的配置，实时满足配置中的定制化需求；

2.把系统中各个产线设备和子系统的数据格式和通信方式统一起来，构建一种通用的配置方式，使同时配置多个异构设备变得简单易行；

3.构建一种设备配置系统，使之可以通过实时感知产线上设备运行状态的方式判断配置结果，以适应远程配置的需求；

4.把设备远程配置中用户的个性化需求映射转化为一个柔性车间调度问题，并利用启发式算法解决，节约了配置决策的时间和成本，提高了配置系统中决策的质量；

5.以跨平台和互操作性强的OPC UA作为配置系统的核心架构，在数据层面统一信息模型和操作方式，使得该系统可以支持不同厂商的设备，用规范和统一的方式对产线设备进行远程配置，易于操作和维护；

6.利用OPC UA的信息模型和通信方式实现信息的双向传输，在实现配置功能的同时实时监测远程配置的结果和产线设备运行状态，方便用户及时查看配置效果和系统生产状态。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的设备远程配置系统的结构示意图；

图2是本发明的系统执行配置和监测过程的流程示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的远程配置系统结构示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的用户生产需求示意图；

图5是本发明的一个较佳实施例的数据库中产线信息模型示意图；

图6是本发明的一个较佳实施例的调度结果甘特图；

图7是本发明的一个较佳实施例的调度结果产线设备配置信息；

图8是本发明的一个较佳实施例的配置信息模型示意图；

图9是本发明的一个较佳实施例的产线设备信息模型示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本发明提供了一种基于OPC UA的设备远程配置系统，整个系统由远程主机、现场主机和若干个现场产线设备组成，如图1所示。各部分功能如下：

远程主机接收用户的生产需求，并根据用户的生产需求产生相应的产线设备配置信息，发送给现场主机；接收来自现场主机的产线设备运行状态信息，进行综合分析和处理后发送给用户；

现场主机接收来自远程主机的配置信息并分发给各产线设备，也接收来自各产线设备的运行状态信息并发送给远程主机。现场主机还可以根据配置信息和现场产线设备状态，进行优化计算后发出控制指令，实时调整产线设备状态。

各产线设备接收来自现场主机的配置信息并按照配置指令作业，也发送自身运行状态信息给现场主机。

远程主机包含OPC UA客户端RC(Remote Client)、数据库和控制模块，其中控制模块实现与用户交互的功能。各部分功能如下：

控制模块接收来自用户的生产需求，结合数据库中产线信息模型中预置的产品装配工艺设备需求、每道工艺预计用时信息，将上述生产需求转化为柔性车间调度问题，并调用启发式算法进行求解，生成各产线设备的配置信息，并将其发送给客户端RC；控制模块接收来自客户端RC的各产线设备运行状态信息，结合数据库中产线信息模型中预置的各产线设备运行状态正常条件判断产线上所有设备运行状态是否正常，并将判断结果返回给用户。

数据库存储有与产线和生产需求相关的产线OPC UA信息模型，供控制模块需要时读取。

客户端RC接收控制模块计算出的各产线设备的配置信息并远程访问和修改服务器OS(On-site Server)的远程配置信息模型、周期性访问服务器OS中保存的各产线设备运行状态并将其发送给控制模块。

现场主机包含OPC UA服务器OS，其内嵌有OPC UA的Sub/Pub(Subscriber/Publisher，订阅/发布)模块Pub/Sub OS，功能如下：

服务器OS接收来自客户端RC的各产线设备配置信息并通过其内嵌的Pub/Sub模块发布各个设备的配置信息、通过其内嵌的Pub/Sub模块订阅来自各个设备Pub/Sub模块发布的设备状态信息并更新服务器上的这一状态以供客户端RC读取。

服务器OS还会保存产线上各个产线设备的信息模型和设备配置信息模型。

产线上的设备全部支持OPC UA，每台设备都由Pub/Sub模块、控制器、传感器和执行机构几个部分组成。以设备i(i＝1,2,3,…,n,其中n为产线上设备总数)为例：

所述Pub/Sub Ei(Equipment i)模块订阅由Pub/Sub OS模块发布的信息并将其发送给控制器i、接收来自传感器i的产线设备i运行状态信息并发布这一信息。

所述控制器i分析Pub/Sub Ei中接收到的产线设备配置信息并生成执行机构级别的控制信号，将控制信息发送给执行机构i。

所述执行机构i根据控制器i发送的信号进行作业。

所述传感器i监测执行机构i的运行参数，并实时发送给Pub/Sub Ei模块。

上述系统主要具有远程配置和远程监测两个功能，如图2所示。

所述远程配置功能为由用户输入生产需求，系统自动调用相关算法进行通信，配置产线上各个设备的参数以使其按照预期的需求进行作业；

所述远程监测功能为各产线设备在运转过程中，用户可以远程获取产线的运行状态，以检验设备远程配置情况。

远程配置步骤如下(若干条产线和每条产线上的若干个产线设备同时配置，以一条产线上的设备i为例)：

1.用户将生产需求(如订单信息)传输并存储至远程主机的控制模块中；

2.远程主机控制模块在接收到生产需求后，会查找数据库中产线信息模型中预置的生产产品的装配工艺信息，将生产过程中的产线设备配置需求转化为一个车间调度问题，并调用控制模块中预先编写好的解决车间调度问题的算法进行智能规划，生成各产线设备运行的调度表，并将调度表上每台产线设备的运行状态信息分别按照事件触发的先后顺序转化为每台产线设备将要执行的作业信息，将其保存到远程配置信息模型中，将远程配置信息模型作为配置信息发送给远程主机客户端RC；

3.远程主机客户端RC接收到来自控制模块的各个产线设备的配置信息后，会将其发送给现场主机服务器OS，修改服务器OS的远程配置信息模型；

4.现场主机服务器OS接收到各产线设备的配置信息之后，将其发送给Pub/Sub OS模块，并由Pub/Sub OS模块发布配置信息；

5.产线设备i上的Pub/Sub Ei模块订阅到由远程主机Pub/Sub OS发布的设备配置信息数据之后，会接收到对该设备的运行需求、配置参数一系列信息，之后把这些信息发送给控制器i；

6.产线设备i上的控制器i分析、处理上述配置需求，生成执行机构层面的控制信号，驱动执行机构i作业。

远程监测步骤如下(若干个产线设备同时配置，以产线设备i为例)：

1.产线设备i的执行机构i作业时，传感器i会实时监测设备运行状态，并把这些数据发送给设备上的Pub/Sub Ei模块；

2.产线设备上的Pub/Sub Ei模块接收到设备运行状态数据后，将其发布；

3.现场主机服务器OS内嵌的Pub/Sub OS模块订阅各个产线设备Pub/Sub模块发布的设备状态信息并将其发送给服务器OS；

4.现场主机服务器OS更新其上的产线设备运行状态信息模型以供远程主机客户端RC读取；

5.远程主机客户端RC周期性读取现场主机服务器OS上的各产线设备运行信息，并将其发送给远程主机中的控制模块；

6.远程主机控制模块通过数据库中产线信息模型中预置的生产模式进行条件判断，可判断产线上所有设备运行状态是否正常，并按照需求和用户设置将设备的运行状态反馈给用户；

7.用户通过控制模块可以查看远程配置的结果，即产线上各个设备的运行状态。

上述系统中，各个产线设备的OPC UA信息模型已经提前建立好，保存在现场主机的OPC UA服务器OS上。这些产线设备的信息模型均继承自设备父类的基本抽象类型，该设备父类包含设备名称、设备运行的各个状态变量、设备各个状态变量的设置点基本信息。各个产线设备子类根据具体的设备类型、特征和功能对设备父类进行必要的继承和重载。

上述系统中，用户对产线设备进行远程配置时，是通过远程主机上的OPC UA客户端RC修改现场主机上的OPC UA服务器OS上的远程配置信息模型，并由现场主机发布设备级的配置信息到各产线设备来实现的。该产线设备配置信息模型集成封装了各个产线设备可调整的设置点，并有对应封装好的函数接口。远程主机中的客户端RC只需调用配置函数，传入要修改的各产线设备设置点信息作为函数参数，即可修改产线设备配置信息模型。现场主机中的服务器OS在接收到修改后的信息模型之后，会将各产线设备更新之后的设置点的信息通过现场主机的Pub/Sub OS模块发布，产线设备通过对应的Pub/Sub模块接收新的设置点信息后通过控制器进行调整，即完成了基于OPC UA信息模型的远程配置。

上述系统中，各产线的相关数据以产线OPC UA信息模型的形式保存。所述产线信息模型包含各产线设备静态属性、生产工艺规则信息和一些含有固定生产模式的方法。

所述各产线设备静态属性，包括各产线设备的型号、序列号、出厂日期、运行参数参考值信息；

所述生产工艺规则信息，包括各生产工艺基础信息、要求、参数信息；

所述含有固定生产模式的方法，包括譬如预先定义好的生产计划、订单具体信息与各产线设备对应的配置信息信息。

如图3所示，某工厂使用上述基于OPC UA的远程配置系统的某条产线包括一台喷漆机和一台刻字机，分别完成喷漆和刻字任务，用户可以定制化喷漆颜色和刻字内容。现有订单B，内容为生产产品B1和B2各一件，B1和B2的要求如图4所示。在产品生产过程中，要求先喷漆后刻字，某一工序开始之后就不能中断，每个产品同时只能在一台机器上加工一道工序，且每台机器同时只能加工一个产品。

用户通过办公室中安装有上述系统远程主机端软件的台式电脑对处于生产车间的产线设备进行远程配置和监测。在生产车间中，有安装有上述系统现场主机端软件的与产线设备相连的边缘计算节点，该边缘计算节点与车间中产线上的设备相连。产线上的各个设备均安装有上述系统设备端软件。

远程配置过程如下：

1.用户在控制模块将如图4所示的产品生产需求输入控制模块，控制模块会访问数据库，获取每道工序的工艺和所用时间。控制模块会在数据库中的产线信息模型中获取到如图5所示的工艺及时间信息。结合图4的产品生产需求和图5的工艺及时间信息，控制模块会调用车间调度算法，生成一个调度结果，合理规划各产线设备的运行情况，使完工总时间最小。调度结果甘特图如图6所示，调度结果产线设备配置信息如图7所示。随后，控制模块将生成的产线设备配置信息传送给客户端RC。

2.客户端RC接收到产线设备配置信息后，会将配置信息分别写入OPC UA服务器OS的信息模型“远程配置1-设备信息-喷漆机”和“远程配置1-设备信息-刻字机”的“任务队列”变量中。配置信息模型如图8所示。其中，对象“喷漆机”和“刻字机”均为“机器人”对象类的实例，“机器人”类又继承自“设备类别”父类。各对象及类别的继承关系和所含部分如图9所示。

3.配置信息全部发送完成之后，服务器OS会把每一台产线设备的新信息模型发送给Pub/Sub OS模块，并由后者把这些信息模型发布。

4.产线设备端以喷漆机为例，刻字机实施方式相似。喷漆机上搭载的Pub/Sub E1模块会分别识别、接收并保存到本设备的信息模型，读取到其中的任务队列信息，将任务队列中的第一个任务(即“红色”)出队，发送给喷漆机中的控制器。同时，任务队列和当前任务更新时，Pub/Sub E1模块也会将这一信息更新到该产线设备的信息模型中。

5.控制器接收到“红色”指令后，调用预先编写好的程序，生成为该产品进行红色喷漆作业所需的机械臂运动轨迹，并生成与轨迹对应的机械臂控制信号，控制机械臂进行作业。

远程监测过程如下：

1.产线设备端以喷漆机为例，刻字机实施方式相似。位置传感器会实时监测机械臂的空间位置，并将位置的(x,y,z)坐标信息发送给Pub/Sub E1模块。

2.Pub/Sub E1模块接收到机械臂的空间位置坐标后，会将三个坐标信息分别写入本产线设备信息模型的“运行状态-当前坐标”的x、y、z变量中。结合每次任务队列和当前任务更新时该产线设备信息模型的更新，Pub/Sub E1模块会周期性地将喷漆机的信息模型发布。

3.现场主机的Pub/Sub OS模块会接收来自各产线设备发布的信息模型，并将其更新到OPC UA服务器OS上。

4.OPC UA客户端RC会周期性地访问OPC UA服务器OS中的各产线设备信息模型，更新各产线设备的当前任务信息和位置信息，并与数据库中存储的产线信息模型中的静态属性集中的生产工序中各产线设备的可能状态相结合，通过控制模块进行逻辑判断，判断产线上两台产线设备是否都处于正常工作状态，并将结果返回给用户。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置系统，其特征在于，包括远程主机、现场主机和产线设备；

所述远程主机接收用户的生产需求，并根据用户的生产需求产生相应的产线设备配置信息，发送给所述现场主机；接收来自所述现场主机的产线设备运行状态信息，进行综合分析和处理后发送给用户；

所述现场主机接收来自所述远程主机的配置信息并分发给所述产线设备，也接收来自所述产线设备的运行状态信息并发送给所述远程主机；所述现场主机还可以根据配置信息和产线设备状态，进行计算后发出控制指令，实时调整所述产线设备状态；

所述产线设备接收来自所述现场主机的配置信息并按照配置指令作业，也发送自身运行状态信息给所述现场主机；

所述远程主机包括OPC UA客户端RC、数据库和控制模块；

所述控制模块接收来自用户的生产需求，结合所述数据库中产线信息模型中预置的产品装配工艺设备需求、每道工艺预计用时信息，将生产需求转化为柔性车间调度问题，并调用启发式算法进行求解，生成产线设备的配置信息，并将其发送给所述OPC UA客户端RC；所述控制模块接收来自所述OPC UA客户端RC的产线设备运行状态信息，结合所述数据库中产线信息模型中预置的产线设备运行状态正常条件判断产线上所述设备运行状态是否正常，并将判断结果返回给用户；

所述数据库存储有与产线和生产需求相关的产线OPC UA信息模型，供所述控制模块需要时读取；

所述OPC UA客户端RC接收所述控制模块计算出的产线设备的配置信息并远程访问和修改OPC UA服务器OS的远程配置信息模型、周期性访问所述OPC UA服务器OS中保存的产线设备运行状态并将其发送给所述控制模块；

所述现场主机包括OPC UA服务器OS，内嵌OPC UA的Sub/Pub(Subscriber/Publisher，订阅/发布)模块Pub/Sub OS；

所述OPC UA服务器OS接收来自所述OPC UA客户端RC的产线设备配置信息并通过其内嵌的Pub/Sub模块发布产线设备的配置信息、通过其内嵌的Pub/Sub模块订阅来自产线设备Pub/Sub模块发布的产线设备状态信息并更新服务器上的这一状态以供所述OPC UA客户端RC读取；

所述OPC UA服务器OS还保存产线上所述产线设备的信息模型和产线设备配置信息模型。

2.如权利要求1所述的基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置系统，其特征在于，所述产线设备支持OPC UA，包括Pub/Sub E模块、控制器、传感器和执行机构；

所述Pub/Sub E模块订阅由所述Pub/Sub OS模块发布的信息并将其发送给所述控制器、接收来自所述传感器的产线设备运行状态信息并发布这一信息；

所述控制器分析所述Pub/Sub E模块中接收到的产线设备配置信息并生成执行机构级别的控制信号，将控制信息发送给所述执行机构；

所述执行机构根据所述控制器发送的信号进行作业；

所述传感器监测所述执行机构的运行参数，并实时发送给所述Pub/Sub E模块。

3.一种基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、远程配置：用户输入生产需求，系统自动调用相关算法进行通信，配置产线上各个设备的参数以使其按照预期的需求进行作业；

步骤2、远程监测：各产线设备在运转过程中，用户远程获取产线的运行状态，以检验产线设备远程配置情况；

所述步骤1远程配置包括以下步骤：

步骤1.1、用户将生产需求传输并存储至远程主机的控制模块中；

步骤1.2、远程主机控制模块在接收到生产需求后，查找数据库中产线信息模型中预置的生产产品的装配工艺信息，将生产过程中的产线设备配置需求转化为一个车间调度问题，并调用控制模块中预先编写好的解决车间调度问题的算法进行智能规划，生成各产线设备运行的调度表，并将调度表上每台产线设备的运行状态信息分别按照事件触发的先后顺序转化为每台产线设备将要执行的作业信息，将其保存到远程配置信息模型中，将远程配置信息模型作为配置信息发送给远程主机客户端RC；

步骤1.3、远程主机客户端RC接收到来自控制模块的各个产线设备的配置信息后，会将其发送给现场主机服务器OS，修改服务器OS的远程配置信息模型；

步骤1.4、现场主机服务器OS接收到各产线设备的配置信息之后，将其发送给Pub/SubOS模块，并由Pub/Sub OS模块发布配置信息；

步骤1.5、产线设备上的Pub/Sub E模块订阅到由远程主机Pub/Sub OS发布的设备配置信息数据之后，会接收到对该设备的运行需求、配置参数一系列信息，之后把这些信息发送给控制器；

步骤1.6、产线设备上的控制器分析、处理上述配置需求，生成执行机构层面的控制信号，驱动执行机构作业；

所述步骤2远程监测包括以下步骤：

步骤2.1、产线设备的执行机构作业时，传感器会实时监测设备运行状态，并把这些数据发送给设备上的Pub/Sub E模块；

步骤2.2、产线设备上的Pub/Sub E模块接收到设备运行状态数据后，将其发布；

步骤2.3、现场主机服务器OS内嵌的Pub/Sub OS模块订阅各个产线设备Pub/Sub模块发布的设备状态信息并将其发送给服务器OS；

步骤2.4、现场主机服务器OS更新其上的产线设备运行状态信息模型以供远程主机客户端RC读取；

步骤2.5、远程主机客户端RC周期性读取现场主机服务器OS上的各产线设备运行信息，并将其发送给远程主机中的控制模块；

步骤2.6、远程主机控制模块通过数据库中产线信息模型中预置的生产模式进行条件判断，可判断产线上所有设备运行状态是否正常，并按照需求和用户设置将设备的运行状态反馈给用户；

步骤2.7、用户通过控制模块查看远程配置的结果，即产线上各个设备的运行状态。

4.如权利要求3所述的基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置方法，其特征在于，所述步骤1远程配置中，各个产线设备的OPC UA信息模型已经提前建立好，保存在现场主机的OPC UA服务器OS上；产线设备的信息模型均继承自设备父类的基本抽象类型，设备父类包括设备名称、设备运行的各个状态变量、设备各个状态变量的设置点基本信息；各个产线设备子类根据具体的设备类型、特征和功能对设备父类进行必要的继承和重载。

5.如权利要求3所述的基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置方法，其特征在于，所述步骤1远程配置中，用户对产线设备进行远程配置时，通过远程主机上的OPC UA客户端RC修改现场主机上的OPC UA服务器OS上的远程配置信息模型，并由现场主机发布设备级的配置信息到各产线设备；产线设备配置信息模型集成封装了各个设备可调整的设置点，并有对应封装好的函数接口；远程主机中的客户端RC只需调用配置函数，传入要修改的各产线设备设置点信息作为函数参数，即可修改设备配置信息模型；现场主机中的服务器OS在接收到修改后的信息模型之后，会将各产线设备更新之后的设置点的信息通过现场主机的Pub/Sub OS模块发布，设备通过对应的Pub/Sub模块接收新的设置点信息后通过控制器进行调整，完成基于OPC UA信息模型的远程配置。

6.如权利要求3所述的基于OPC UA的柔性制造产线的设备远程配置方法，其特征在于，所述步骤1远程配置，各产线的相关数据以产线OPC UA信息模型的形式保存；所述产线OPCUA信息模型包括各产线设备静态属性、生产工艺规则信息和含有固定生产模式的方法；

所述各产线设备静态属性，包括各产线设备的型号、序列号、出厂日期、运行参数参考值信息；

所述生产工艺规则信息，包括各生产工艺基础信息、要求、参数信息；

所述含有固定生产模式的方法，包括预先定义好的生产计划、订单具体信息与各产线设备对应的配置信息。

Images