[发明专利]基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统

摘要

基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统，模块主要分成数据采集层、数据交互层、仿真设备层；数据采集层包括工业机器人、PLC、OPC UA采集模块；数据交互层包括数据处理模块、Redis数据库模块、交互界面模块；仿真设备层包括RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心；数据采集层通过OPC UA协议采集PLC和工业机器人的输出数据并将数据作为输入传入数据交互层，同时将数据交互层传来的数据写入到设备中；数据交互层根据交互界面模块配置的数据地址将数据传入仿真设备层同时将仿真设备层的数据传送给数据采集层；仿真设备层通过API将数据交互层的数据传送至仿真模型，将仿真设备的信号传入到数据交互层；系统通过控制仿真设备的输入输出完成虚拟调试的功能。

主权项

1.一种基于OPC UA工业通讯协议的虚拟调试系统，其特征在于交互界面安装在Windows系统下，OPC UA采集模块与PLC、工业机器人通过局域网连接，数据交互模块与RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心通过Socket连接，此外OPC UA模块同数据交互模块直接连接；所述系统的交互界面模块包括信号配置界面、驱动配置界面；通过信号配置界面配置PLC、工业机器人、RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的输入输出信号、信号端口、信号名称并生成配置文件；数据交互模块读取配置文件中的输出信号，将PLC、工业机器人的输出信号和信号地址发送给OPC UA采集模块，OPC UA采集模块则根据信号地址读取设备中的信号值并发送至数据交互模块，数据交互模块同时将配置好的RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的输出信号以及信号地址发送给RoboDK仿真平台，RoboDK仿真平台通过API获取信号值并回传给数据交互模块，数据交互模块依据配置文件中的信号名称以键值对的方式存入Redis数据库模块；数据交互模块根据配置文件中的输入信号地址从Redis缓存数据库中读取信号值，将RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的输出信号值、地址发送给OPC UA采集模块，OPC UA采集模块将输出信号值根据地址写入PLC、工业机器人的输入端口中；在RoboDK仿真平台中编写Python程序来控制API将RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的输出信号发送到Redis数据库模块中，并从Redis数据库模块中读取PLC、工业机器人的输出信号值发送给RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心；各模块的具体构成是：1)交互界面模块：交互界面模块与数据交互模块连接，并通过以太网连接到OPC UA采集模块中的交换机，同时与PLC、工业机器人组成局域网，交互界面模块向PLC、工业机器人发送控制指令；该模块与数据交互模块连接部分，它的输入为配置的信号、信号地址、信号名称以及数据交互模块传来的工业机器人的关节数据、PLC、仿真设备的输入输出信号值，它将记录信号地址、信号名称的配置文件输出到数据交互模块；2)RoboDK仿真机器人：RoboDK仿真机器人与Redis数据库模块连接；它的输入是Redis数据库模块中存储的工业机器人的关节数据，并将仿真机器人的状态信号输出到Redi数据库模块中；通过RoboDK提供的基于Python语言的API，将工业机器人的各个关节轴的数据发送给仿真机器人使仿真机器人位置与姿态与工业机器人一致，同时将机器人工作站中的状态信号值发送到Redis服务器模块中；3)RoboDK仿真加工中心：RoboDK仿真加工中心与Redis数据库模块连接；它的输入是Redis数据库模块中存储的PLC的输出信号，将仿真加工中心的状态信号输出到Redis数据库模块；通过RoboDK提供的基于Python语言的API，将PLC的输出信号发送给仿真加工中心使仿真加工中心按照PLC程序的控制运行；4)Redis数据库模块：Redis数据库模块与数据交互模块、RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心连接；Redis数据库模块与数据交互模块连接部分，它的输入是数据交互模块从OPC UA采集模块获取到的工业机器人关节数据和PLC的输出信号值，它的输出是RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的状态信号值；Redis数据库模块与RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心连接部分，它的输入是仿真机器人、仿真加工中心的状态信号值，它的输出是工业机器人关节轴的位姿数据和PLC输出信号值；与数据交互模块和RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的连接过程中，往Redis数据库中存入数据时将数据序列化，从Redis数据库中取出数据时将获取的数据反序列化得到数据真实值；5)数据交互模块：数据交互模块同OPC UA采集模块、Redis数据库连接、交互界面模块；在于OPC UA数据库连接部分，它的输入是OPC UA采集模块采集的PLC的输出信号、工业机器人的关节数据的地址，它将仿真设备的状态信号值输出给OPC UA采集模块；与交互界面模块连接部分，它的输入是配置文件，通过读取配置文件中的信号信息，将PLC、工业机器人的信号地址发送给OPC UA采集模块；与Redis数据库连接部分，输入是RoboDK仿真机器人和RoboDK仿真加工中心的状态信号值，输出是工业机器人的关节数据、PLC的输入输出信号；6)OPC UA采集模块：OPC UA采集模块通过局域网连接PLC、工业机器人、数据交互模块；在OPC UA采集模块与数据交互模块连接部分，它的输入是数据交互模块传入的PLC、工业机器人信号的地址，通过OPC UA工业通讯协议访问PLC内置的OPC UA服务器，将采集到的机器人的关节数据、PLC的信号值输出到数据交互模块；它与PLC连接部分，输入是PLC的输出信号值，将RoboDK仿真加工中心的状态信号值写入到PLC的输入端口中；它与工业机器人连接部分，输入是工业机器人关节数据，OPC UA采集模块依据工业机器人的驱动将机器人的关节数据采集出来，并通过协议转换器将数据转化成符合OPC UA协议标准的数据，并通过OPC UA采集模块中的客户端来获取数据；7)工业机器人：工业机器人通过以太网与OPC UA采集模块、PLC相连接；与PLC连接部分，它的输入是PLC输出的变量值，同时利用工业机器人脚本编程功能编写好机器人运行逻辑，并且利用脚本来设置工业机器人中输出变量值，将寄存器中的变量值写入到PLC的输入端口；与OPC UA采集模块连接部分，它的输出是工业机器人的各个关节的位置姿态数据；8)PLC：通过以太网与工业机器人、OPC UA采集模块相连接；与工业机器人连接部分，它的输入是工业机器人传来的变量值，根据工业机器人输出的变量值来运行PLC程序，PLC则输出RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的控制信号，通过在PLC中编写梯形图程序并将变量值通过Modbus TCP发送给工业机器人输入端口以控制和驱动工业机器人；与OPC UA采集模块连接部分，它的输出是PLC程序中RoboDK仿真加工中心的控制信号，它的输入是OPC UA采集模块写入的RoboDK仿真机器人、RoboDK仿真加工中心的状态信号值。