基于OPC UA架构的智能制造车间数据通信及应用研究
发布时间：2022-12-23 03:33
随着车间智能化程度的提升,车间设备更加多元化,数控机床、工业机器人、AGV、PLC等嵌入式系统设备的投入极大提升了车间生产效率,但种类繁多的底层设备也使得车间通信协议繁杂,各种类各品牌的设备之间的通信方式难以统一,容易形成信息孤岛,这无疑给车间智能化带来了极大的困难,而可以对各类设备进行统一化通信的OPC UA技术无疑是解决该类问题的一种重要方案。因此研究如何将OPC UA技术应用于制造车间并在此基础上开发制造执行系统具有重要意义。本文首先论述了目前车间在智能化过程中因底层设备繁多而产生的各种问题,如各设备之间因为不同通信协议而无法交互,形成信息孤岛,并针对这类问题提出使用OPC UA技术来解决。同时分析了国内外智能制造和OPC UA的研究现状,对车间各类设备情况进行分析,并重点对机器人位姿相关概念以及ROS系统进行了讨论,阐述了OPC UA技术的基本概念、信息建模方法以及通信原理,创新性地将OPC UA与ROS系统及其它类型的传感器进行结合,并以某车间智能制造生产线为例,研究并给出了ROS机器人以及传感器的OPC UA信息模型,在此基础上提出一种基于OPC UA的车间通信架构,使用R...
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.3 论文主要研究思路和内容
第2章 智能制造车间信息流分析
2.1 智能制造车间设备
2.2 工业机器人、AGV与 ROS系统
2.2.1 ROS系统简介
2.2.2 基于ROS系统的工业机器人和AGV小车
2.2.3 基于ROS系统的通信方式
2.3 机器人位姿的数学描述及其在ROS中的表示
2.3.1 机器人位姿简介
2.3.2 机器人位姿的数学描述
2.3.3 ROS机器人中的位姿表示
2.4 ARM开发板与传感器的通信
2.5 车间设备通信存在的问题
2.6 本章小结
第3章 基于OPC UA架构的数据通信方法
3.1 OPC UA概述
3.2 OPC UA通信原理
3.2.1 OPC UA的地址空间
3.2.2 OPC UA的通信模式
3.2.3 OPC UA信息交互网络架构
3.3 OPC UA与 ROS系统的结合
3.4 本章小结
第4章 基于OPC UA架构的智能制造通信系统
4.1 案例背景
4.1.1 车间设备通信现状
4.1.2 车间通信要求
4.2 OPC UA信息模型建立
4.2.1 传统车间通信模式和MES系统存在的问题
4.2.2 ROS机器人的OPC UA信息模型
4.2.3 传感器的OPC UA信息模型
4.2.4 车间设备OPC UA信息模型
4.3 基于OPC UA的车间数据通信架构设计
4.3.1 数据通信流程
4.3.2 底层设备集成OPC UA
4.3.3 基于OPC UA的车间通信架构
4.4 系统设计与实现
4.4.1 系统架构
4.4.2 编程实现
4.5 本章小结
第5章 基于OPC UA架构的MES系统设备监控模块开发
5.1 系统架构设计
5.1.1 MES系统整体框架
5.1.2 MES系统体系结构
5.2 MES设备监控模块设计
5.2.1 MES设备监控模块功能设计
5.2.2 机器人运动状态分析
5.2.3 用例设计
5.3 MES系统开发技术
5.3.1 系统开发环境
5.4 数据库设计
5.4.1 实体关系(E-R)图设计
5.4.2 数据库表结构设计
5.5 MES系统集成OPC UA
5.6 MES系统设备监控模块开发
5.6.1 机器人监控
5.6.2 传感器监控
5.7 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能制造的大数据分析[J]. James Moyne,Jimmy Iskandar. 中国电子商情(基础电子). 2020(Z1)
[2]物联网技术在智慧图书馆中的应用研究[J]. 郭晓柯. 无线互联科技. 2019(22)
[3]基于MES系统的生产车间信息化管理探析[J]. 翁刚. 信息通信. 2019(09)
[4]面向智能制造终端的车间生产数据采集与传输方法[J]. 郭磊,陈兴玉,张燕龙,陈亮希,马世纪,罗自强,吴钱昊. 机械与电子. 2019(08)
[5]一种基于RS485的异步串行通信设计[J]. 刘晨峰. 中国新通信. 2019(10)
[6]基于485总线的高精度数据采集系统设计[J]. 卢超,梁烁,严帅,王智友,张会新. 电子器件. 2018(06)
[7]基于TCP/IP协议栈的串口-网口通信方案设计[J]. 齐宣,李一民,龙华,齐良春. 电子测量技术. 2018(08)
[8]李克强谈“中国制造2025”:从制造大国迈向制造强国[J]. 中国计量. 2017(12)
[9]支持多点远距离通信的RS-232串行总线系统[J]. 黄建刚,张敏,罗正华. 成都大学学报(自然科学版). 2017(02)
[10]制造企业车间信息化的建设[J]. 赵福伟,韩朝. 工业控制计算机. 2017(04)
博士论文
[1]物联网定位中的隐私保护与精确性研究[D]. 王光辉.南京邮电大学 2019
硕士论文
[1]四轴机器人的OPC UA数据采集客户端开发及安全性研究[D]. 许申声.重庆邮电大学 2018
[2]中小企业制造执行系统生产排程研究及系统开发[D]. 刘恒.湖北工业大学 2018
[3]适用于量子密钥分发系统的TCP/IP协议栈的VLSI设计[D]. 林弘伟.中国科学技术大学 2018
[4]面向复杂精密装备总装车间的智能制造模式及部分关键技术研究[D]. 邓鹏程.重庆大学 2018
[5]基于OPC UA的828D数控机床群远程监控系统设计[D]. 张弛.兰州理工大学 2018
[6]基于优先排产的电子产品MES系统设计与实现[D]. 倪从正.杭州电子科技大学 2018
[7]支持OPC UA功能的工业无线传感器网络设计与实现[D]. 宁懿.北京交通大学 2018
[8]基于OPC UA的地铁综合监控系统关键模块的研究与实现[D]. 陈兵.西安电子科技大学 2017
[9]基于OPC UA规范的数控系统数据统一接口的研究[D]. 秦仁凯.华中科技大学 2017
[10]基于OPC UA的数控机床远程监控系统研究[D]. 谢春秋.兰州理工大学 2017
本文编号：3724628
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.3 论文主要研究思路和内容
第2章 智能制造车间信息流分析
2.1 智能制造车间设备
2.2 工业机器人、AGV与 ROS系统
2.2.1 ROS系统简介
2.2.2 基于ROS系统的工业机器人和AGV小车
2.2.3 基于ROS系统的通信方式
2.3 机器人位姿的数学描述及其在ROS中的表示
2.3.1 机器人位姿简介
2.3.2 机器人位姿的数学描述
2.3.3 ROS机器人中的位姿表示
2.4 ARM开发板与传感器的通信
2.5 车间设备通信存在的问题
2.6 本章小结
第3章 基于OPC UA架构的数据通信方法
3.1 OPC UA概述
3.2 OPC UA通信原理
3.2.1 OPC UA的地址空间
3.2.2 OPC UA的通信模式
3.2.3 OPC UA信息交互网络架构
3.3 OPC UA与 ROS系统的结合
3.4 本章小结
第4章 基于OPC UA架构的智能制造通信系统
4.1 案例背景
4.1.1 车间设备通信现状
4.1.2 车间通信要求
4.2 OPC UA信息模型建立
4.2.1 传统车间通信模式和MES系统存在的问题
4.2.2 ROS机器人的OPC UA信息模型
4.2.3 传感器的OPC UA信息模型
4.2.4 车间设备OPC UA信息模型
4.3 基于OPC UA的车间数据通信架构设计
4.3.1 数据通信流程
4.3.2 底层设备集成OPC UA
4.3.3 基于OPC UA的车间通信架构
4.4 系统设计与实现
4.4.1 系统架构
4.4.2 编程实现
4.5 本章小结
第5章 基于OPC UA架构的MES系统设备监控模块开发
5.1 系统架构设计
5.1.1 MES系统整体框架
5.1.2 MES系统体系结构
5.2 MES设备监控模块设计
5.2.1 MES设备监控模块功能设计
5.2.2 机器人运动状态分析
5.2.3 用例设计
5.3 MES系统开发技术
5.3.1 系统开发环境
5.4 数据库设计
5.4.1 实体关系(E-R)图设计
5.4.2 数据库表结构设计
5.5 MES系统集成OPC UA
5.6 MES系统设备监控模块开发
5.6.1 机器人监控
5.6.2 传感器监控
5.7 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能制造的大数据分析[J]. James Moyne,Jimmy Iskandar. 中国电子商情(基础电子). 2020(Z1)
[2]物联网技术在智慧图书馆中的应用研究[J]. 郭晓柯. 无线互联科技. 2019(22)
[3]基于MES系统的生产车间信息化管理探析[J]. 翁刚. 信息通信. 2019(09)
[4]面向智能制造终端的车间生产数据采集与传输方法[J]. 郭磊,陈兴玉,张燕龙,陈亮希,马世纪,罗自强,吴钱昊. 机械与电子. 2019(08)
[5]一种基于RS485的异步串行通信设计[J]. 刘晨峰. 中国新通信. 2019(10)
[6]基于485总线的高精度数据采集系统设计[J]. 卢超,梁烁,严帅,王智友,张会新. 电子器件. 2018(06)
[7]基于TCP/IP协议栈的串口-网口通信方案设计[J]. 齐宣,李一民,龙华,齐良春. 电子测量技术. 2018(08)
[8]李克强谈“中国制造2025”:从制造大国迈向制造强国[J]. 中国计量. 2017(12)
[9]支持多点远距离通信的RS-232串行总线系统[J]. 黄建刚,张敏,罗正华. 成都大学学报(自然科学版). 2017(02)
[10]制造企业车间信息化的建设[J]. 赵福伟,韩朝. 工业控制计算机. 2017(04)
博士论文
[1]物联网定位中的隐私保护与精确性研究[D]. 王光辉.南京邮电大学 2019
硕士论文
[1]四轴机器人的OPC UA数据采集客户端开发及安全性研究[D]. 许申声.重庆邮电大学 2018
[2]中小企业制造执行系统生产排程研究及系统开发[D]. 刘恒.湖北工业大学 2018
[3]适用于量子密钥分发系统的TCP/IP协议栈的VLSI设计[D]. 林弘伟.中国科学技术大学 2018
[4]面向复杂精密装备总装车间的智能制造模式及部分关键技术研究[D]. 邓鹏程.重庆大学 2018
[5]基于OPC UA的828D数控机床群远程监控系统设计[D]. 张弛.兰州理工大学 2018
[6]基于优先排产的电子产品MES系统设计与实现[D]. 倪从正.杭州电子科技大学 2018
[7]支持OPC UA功能的工业无线传感器网络设计与实现[D]. 宁懿.北京交通大学 2018
[8]基于OPC UA的地铁综合监控系统关键模块的研究与实现[D]. 陈兵.西安电子科技大学 2017
[9]基于OPC UA规范的数控系统数据统一接口的研究[D]. 秦仁凯.华中科技大学 2017
[10]基于OPC UA的数控机床远程监控系统研究[D]. 谢春秋.兰州理工大学 2017
本文编号：3724628
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