数字化车间PLC互联互通关键技术的研究与实现

发布时间：2022-08-08 14:08

　　随着工业4.0时代的到来,越来越多传统工业向数字化迈进,其中数字化生产车间成为了工厂建设的重要一环。通过使用网络互联使工厂设备和系统实现自动化,从而促进了传统工业的发展。但是由于设备供应商、设备类型和自动化级别的差异,使得工业现场设备具有多种硬件接口和通信协议,增加了数字化车间设备之间互联互通的难度。本文基于以上问题,并结合国内外工业互联网的现状以及工控PLC领域的研究进展,对工业数字化车间互联互通的目前需求设计了解决方案,提出了一种数字化车间设备之间互联互通的关键技术,该技术包括四个模块:基于现场级设备数据采集模块,串口/网络多协议通信模块,内置OPC UA服务器的嵌入式设备以及基于WCF框架的OPC UA客户端。数据采集模块中首先分析工业常用协议Modbus RTU/TCP和Profibus DP协议帧结构和通信过程,利用梯形图和C语言分别在PLC和服务器上实现协议的主/从站程序。使用MATLAB编写主成分分析程序将最初选择的十个特征属性降维成相关性较低的七个特征属性,包括协议帧长度、功能码、功能码长度、标志位、设备地址、寄存器地址、校验位校验方式七个特征,然后将上述七个特征,基于... 

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 本课题的背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 课题主要研究内容与组织结构
第2章 关键技术概述及需求分析
    2.1 工业通信协议
        2.1.1 ModBus协议
        2.1.2 Profibus协议
        2.1.3 HART协议
        2.1.4 Ethernet/IP协议
        2.1.5 POWERLINK协议
        2.1.6 Profinet协议
        2.1.7 Devicenet协议
        2.1.8 InterBus协议
    2.2 数字化车间PLC互联互通关键技术需求分析
第3章 PLC互联互通关键技术的设计
    3.1 总体架构设计
    3.2 嵌入式设备技术参数
    3.3 网络系统结构设计
    3.4 服务端设计
        3.4.1 数据采集模块
        3.4.2 多协议通讯模块
        3.4.3 OPC UA服务器
    3.5 客户端设计
        3.5.1 WCF框架
        3.5.2 客户端与服务集
        3.5.3 客户端与数据库通信模型
第4章 PLC互联互通关键技术的实现
    4.1 PLC配置
    4.2 服务器端实现
        4.2.1 数据采集程序实现
        4.2.2 多协议动态识别算法
        4.2.3 OPC UA服务器实现
    4.3 OPC UA客户端实现
        4.3.1 基于WCF框架的OPC UA客户端
        4.3.2 OPC UA客户端程序
第5章 实验验证与测试
    5.1 测试环境
    5.2 功能测试
        5.2.1 设备配置模块测试
        5.2.2 数据采集模块测试
        5.2.3 OPC UA服务器模块测试
        5.2.4 OPC UA客户端模块测试
    5.3 性能测试
第6章 结论与展望
    6.1 本文总结
    6.2 不足与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SDK嵌入式OPCUA服务器设计与实现[J]. 赵艳领,闫晓风,刘丹.  制造业自动化. 2017(01)
[2]串口到以太网的协议转换器的设计与实现[J]. 唐琳,廖先莉,程皓.  电子世界. 2016(14)
[3]基于STM32的以太网接口转多串口透传模块设计[J]. 赵智增,冯春鹏.  山西电子技术. 2016(02)
[4]RS-485总线以太网接口转换装置研究[J]. 巩全成,吴亚锋,李江红.  计算机工程. 2012(22)
[5]基于嵌入式Linux的Modbus协议转换的设计与实现[J]. 楼蔚松,廖任秀,唐金花.  金华职业技术学院学报. 2007(06)

硕士论文
[1]嵌入式实时通信网关服务器的设计与实现[D]. 张睿.南京大学 2018
[2]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
[3]OPC UA客户端访问与测试功能研究及开发[D]. 李金亮.华北电力大学（北京） 2011



本文编号：3671652