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基于OPC UA的数据采集与监控系统关键模块的设计与实现

徐兵兵  
【摘要】:近几年,传统OPC规范在工业自动化领域得到国际认可,广泛运用在数据采集与监控(SCADA)系统上。但是,随着信息技术的发展,SCADA系统已不满足在下层与设备进行数据交换和过程监控,逐渐将功能向上层数据管理和更复杂的业务逻辑处理延伸,致使系统规模日益扩大,用户对信息的交换和共享的要求越来越高。另一方面,整个行业的发展重心从COM技术转向跨平台的Web服务技术和SOA技术,具有COM依赖性的OPC技术将失去技术支撑。而OPC UA规范是在不损失传统OPC规范任何功能和性能的前提下,对OPC技术的全面升级,它为不同自动化设备、总线、协议之间的数据交换提出了统一的标准,具有许多技术优势,满足了用户对目前SCADA系统的要求。本文首先研究了OPC UA规范中地址空间模型、节点模型、信息模型和服务等关键技术。然后把这些技术运用到SCADA系统中,根据SCADA系统的需求,设计实时数据库(RTDB)的地址空间的各种节点类别和内存组织等数据结构。再者研究了UA SDK主要模块,并且对SCADA系统的关键模块-实时数据服务模块和下装服务模块进行需求分析,设计、实现了实时数据服务模块和下装服务模块。最后对基于OPC UA的SCADA系统的实时数据服务模块和下装服务模块进行功能和性能测试,同时用客户端展示OPC UA关键技术。本文主要研究内容、方法和成果如下:(1)本文研究了OPC UA的重要理论,包括地址空间、对象、变量、节点等OPC UA数据组织模型,OPC UA信息模型,OPC UA服务。并且在这些理论基础上研究了UA SDK主要模块,这些内容是开发基于OPC UA的工业控制系统的关键技术。(2)本文运用OPC UA数据组织模型、信息模型和类型定义的方法,并且对SCADA系统进行需求分析,设计了SCADA系统使用的各种节点类别、实时数据库的内存组织结构等数据结构。(3)本文对SCADA系统的实时数据服务模块进行需求分析,在设计的系统节点类别基础上,实现了SCADA系统的基础类库,进而集成UA SDK设计、实现了实时数据服务模块,并对此模块进行了功能和性能测试。(4)本文对SCADA系统的下装服务模块进行需求分析,运用UA SDK主要模块和面向对象思想设计、实现了下装服务模块,并对此模块进行了功能和性能测试。同时,运用C/S结构,连接客户端展示SCADA系统使用的基础类型、地址空间、节点、引用和服务等OPC UA重要技术概念。OPC UA标准定义了统一的数据获取方式、统一的地址空间和服务集。OPC UA服器把实时数据、历史数据、报警信息和事件等信息集成到统一的地址空间里,通过统一的服务集中的服务访问他们,基于OPC UA的SCADA系统数据组织灵活、数据服务多样、服务通讯方便、系统集成容易,满足了用户的需求。


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