摘 要

随着社会经济科学技术的发展，人们的物质水平越来越高。物质水平的高低取决于生产，制造业在现代社会中扮演着越来越重要的角色。制造业是一个国家的基础，是决定国家发展水平的最基本的因素之一，直接体现了一个国家的生产力水平。数控机床是制造行业的重要工具，随着科技发展走向信息网络化，数控机床加上信息智能的元素成为机床行业发展的必然。加工产品种类繁多导致了刀具种类和功能也随之增加。刀具的信息化网络化管理十分有必要。

本文首先对刀具管理应用软件进行需求分析，将管理目标缩小到对刀具寿命和刀具补偿系数的获取。软件功能有与服务器的连接、断开与服务器的连接、读取服务器地址空间变量、修改服务器地址空间变量和监控服务器地址空间变量。目标机床为带有西门子数控系统840d sl的数控机床。西门子数控系统将可通过工业以太网，RS485串行总线和测量系统总线等通信网络进行数据交互。对于工业以太网，西门子数控系统自带OPC UA选件来提供以太网协议与接口。其次对OPC UA规范分析及关键技术描述。然后在VS2010编程平台上通过C 语言编程实现应用程序的功能。最后对软件进行基本功能进行测试。测试结果表明：应用程序能完成与数控系统服务器的连接，断开，读取变量，修改变量，监控变量等功能。

关键词：刀具管理；需求分析；OPC UA规范；OPC UA客户端； 功能测试。

ABSTRACT

With the development of social and economic,science and technology, people's material level is getting higher and higher.The level of material depends on the production, manufacturing industry plays a more and more important role in the modern society.Manufacturing industry is the foundation of a country, and it is one of the most basic factors that determine the level of national development, which directly reflects the level of productivity of a country.CNC machine tools is an important tool manufacturing industry, with the development trend of science and technology,information and network, CNC machine tools plus intelligent and information elements become the inevitable in development of the machine tool industry.Variety of processing products led to the tool type and function also increased. Tool information network management is very necessary.

This article firstly analysis what functions tool management software needs. The management objectives will be reduced to the tool life and the acquisition of tool compensation coefficient.Software have the functions of disconnect from the server and the connection to the server, the server reads the address space variables,modify the server address space variables,monitor server address space variables.The target machine is CNC machine tools which is installed with Siemens CNC system 840d sl.Siemens CNC system will be available via Industrial Ethernet, RS485 serial bus and measurement system bus and other communication network for data exchange.For industrial Ethernet, Siemens CNC system comes with OPC UA optioned to provide Ethernet protocols and interfaces.Secondly, the OPC UA specification are analysised and key techniques are described.Then on the VS2010 programming platform,we realize the function of the application by the C programming language.Finally, the basic functions of the software are tested.Test results show that: The application can completes functions which are disconnect from the server and the connection to the server, the server reads the address space variables,modify the server address space variables,monitor server address space variables.

Key Words：Tool management ; Needs analysis ; OPC UA specification ; OPC UA client ; function testing.

目 录

第1章 绪论 1

引言 1

1.1 刀具管理系统研究背景和现状 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 国内外研究现状 2

1.2 本文研究内容 2

1.2.1 对基于车间以太网的刀具管理系统需求进行分析 2

1.2.2 完成刀具管理系统整体方案的设计 3

1.3 经济性分析 3

1.4 本章小结 4

第2章 刀具管理软件的需求分析研究 5

2.1 需求概述 5

2.1.1 需求目的 5

2.1.2 需求背景 5

2.2 刀具管理软件目标 5

2.3 刀具管理软件需求确定 6

2.3.1 连接服务器 6

2.3.2 读取服务器地址空间 7

2.3.3 监测服务器地址空间变量 7

2.3.4 修改服务器地址空间 8

2.3.5 其他功能 8

2.4 本章小结 9

第3章 OPC UA规范的应用分析 10

3.1 OPC UA概述 10

3.2 OPC UA客户端/服务器的数据交互 10

3.3 OPC UA客户端库函数 11

3.4 本章小结 14

第4章 OPC UA控制台客户端的实现 15

4.1 OPC UA客户端架构 15

4.2 OPC UA客户端实现的基础 16

4.3 OPC UA客户端功能的实现 19

4.3.1 客户端与服务器的连接实现 19

4.3.2 服务器地址空间数据的读取 22

4.3.3 订阅服务器地址空间的数据变化 25

4.3.4 修改服务器地址空间变量 31

4.3.5 客户端应用程序工作总体流程 34

4.4 OPC UA客户端测试 36

4.5 本章小结 40

第5章 总结 41

5.1 研究成果 41

5.2 研究展望 41

参考文献 42

致 谢 43

第1章 绪论

引言

制造业是一个国家的经济命脉基础，一个国家的发展水平很大程度上取决于制造业是否繁荣，一个国家的生产力水平由制造业直接体现。当今的制造业从传统的机械特征加工技术走向信息化，网络化，智能化。而数控加工设备是制造业的重要手段和设备，在制造中扮演着十分重要的角色^[1]。我国数控机床数量很多，保有量估计已达万台，要加工的产品更是功能各异，种类繁多，为此刀具的种类和功能也相应地繁多来适应机械制造业日益提高的要求^[2]。

当前市场经济竞争激烈,刀具种类越来越多，以前的那种人工配刀和传统的刀具管理方式过于落后,不能满足生产与产品设计的的要求。所以，数控机床刀具的信息化、网络化管理对于整个制造业的生产具有巨大意义，所以对数控机床的刀具进行信息化、网络化、智能化管理十分必要^[3]。

1.1 刀具管理系统研究背景和现状

1.1.1 研究背景

刀具的有效管理是现代制造业获得高效益的基础，随着社会的发展，对机械产品加工精度效率以及单件小批量特殊产品加工要求的提高，对相应的数控系统和数控机床研究开发配套的刀具管理系统是必须的。现在数控机床使用的刀具一般都比较昂贵，而且刀具又是消耗性资源，所以刀具在使用时要是利用的不好将很大影响数控加工设备的生产柔性，进而直接或间接的影响生产效率与生产成本 ^[4]。对数控机床刀具管理系统研究和开发，实现刀具信息的集成化智能化管理，对增加生产率，提高产品质量都有积极作用。