面向制造物联网的OPC UA信息模型研究与实现

摘要

随着物联网在传统制造产业中的深入运用，中国制造业迎来了转型升级的变革。为了解决制造物联网感知层设备的异构性和信息孤岛问题，越来越多制造企业开始为物联网寻找通用、安全和可靠的通信协议。OPC UA作为新一代通讯框架，逐渐成为制造物联网领域的通信解决方案。不仅如此，OPC UA还提出了信息模型的概念，相对于传统OPC而言为制造过程提供了更丰富有效的数据语义。
　　本文以华中科技大学制造物联网实验平台为研究对象，参考制造物联网以及自动化控制领域的相关标准规范，结合OPC UA的信息模型概念，对制造物联网涉及的重点设备进行分类和信息建模，并且将创建的信息模型转换成XML描述文档。然后针对实例化信息模型中不同的设备对象，分别利用传统OPC技术、Socket通信技术和特定设备通信接口实现对所有底层设备的数据采集。最后通过OPC UA服务器SDK进行服务器的二次开发，将采集到的底层数据与服务器的地址空间进行绑定，实现了制造物联网的信息模型。为了展示OPC UA的信息建模在物联网中的应用，本文还针对物联网实验平台中的生产过程控制模块，开发了基于OPC UA的制造执行管理系统。
　　本文在传统OPC技术的基础上成功应用了OPC UA信息建模技术，大大加快了OPC UA的推广进度，节省了开发资源。通过OPC UA客户端的测试发现，通过OPC UA的信息建模技术，很好地解决了制造物联网中数据的互操作问题，采用OPC UA技术开发的制造执行管理系统也成功地使得生产过程变得更加透明化。

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1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要内容和组织结构

2 OPC技术概述

2.1 传统OPC技术

2.2 OPC UA规范

2.3 OPC UA信息模型

2.4 OPC UA软件架构

2.5 本章小结

3 基于OPC UA的物联网信息建模研究

3.1 制造物联网实验平台

3.2 制造物联网信息建模

3.3 信息模型的描述

3.4 服务器绑定实时数据源

3.5 本章小结

4 制造物联网信息模型的实现

4.1 系统整体架构

4.2 服务器数据访问模块实现

4.3 服务器地址空间实现

4.4 OPC UA信息模型的测试与应用

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 论文展望

致谢

参考文献