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威尼斯人线上娱乐官网:OPC UA——工业4.0的赢家-河北神力索具手机信息验证送38彩金有限公司

时间:2019-01-15 19:46:45   作者:   来源:   阅读:151   评论:0
内容摘要:OPC UA——工业4.0的赢家2018年12月27日 11:14:24泉源:控制工程网当前在德国,开放平台通信统一架构OPCUA的尺度被公认为是一种有前途的、实现一连信息交流的要领。因此它已经成为工业4.0未来尺度的主要候选者。德国机械制造协会VDMA与FraunhoferIO......

OPC UA——工业4.0的赢家

2018年12月27日 11:14:24泉源:控制工程网

当前在德国,开放平台通信统一架构OPCUA的尺度被公认为是一种有前途的、实现一连信息交流的要领。因此它已经成为工业4.0未来尺度的主要候选者。德国机械制造协会VDMA与FraunhoferIOSB宣布了针对中小型机械制造企业如何在以后导入OPCUA及其迁移的可能战略的导则。导则明确的强调,OPCUA不是自动化实时通信的另一个尺度,而是一种为现在尚处于信息孤岛的设备之间建设附加通信通道的工具。在工业4.0中,其主要任务为新的服务提供信息传输,而不是替代现有的实时通信协议。由于OPCUA只是实现新的客户场景的工具,所以没有须要期待客户对OPCUA提出明确要求才开始行动。特别是对于成套设备和机械制造厂商,应面该思量的是实现这些场景大部门要建设在独立于供应商的基础上,而且保证信息交流的可互操作性。

图1给出用于工业4.0通信的OPCUA工具箱,包罗以下各列(自左至右):传输、信息宁静、信息存取、同伴规范和扩展信息模子。众所周知,OPCUA是一种面向服务的架构SOA,为机械数据(诸如设备形貌、丈量数值、参数和控制变量)信息交流的尺度化构建了合乎工业要求的平台。这里再一次强调指出,在工业4.0的情况下运用OPCUA,目的不是要取代机械装置内业已普遍使用简直定性通信的手段,而是为差异生产厂商生产的成套装置、机械设备和部件之间提供一种统一的通信方式。

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图1:用于工业4.0通信的OPCUA工具箱

作为OPCUA工具箱中的各个要素,传输层实现接纳差异通信协议和通信类型的信息存取,但这些差异的通信协议和通信类型必须有一个配合的基础,即接纳互联网协议(IP)。因此OPCUA要求网络的基础架构一定要赋有IP通信的能力。OPCUA兼容IPV4和IPV6.当前OPCUA基于客户端-服务器(C/S)和宣布-订阅(pub/sub)通信机制,如图2所示。OPCUA的应用法式可同时并行地使用这两种通信机制。一个OPCUA的应用法式在同一时刻,既可以作为服务器、客户端,也可以作为宣布端和订阅端。其发现的功效性使它能发现OPCUA服务器及其功效性。未来它将支持运用时间敏感联网TSN技术简直定性通信。

客户端-服务器通信直接实现客户端和服务器之间的数据交流,消息的吸收是被确认的。宣布端-订阅端通信类型适合于间接的数据交流,发送者和吸收者无需相互知晓,也无需同时被激活。它适合于大量的传感器与一个吸收器相通信的场景(例如云端的状态监控和优化服务),或一个发送端和多个吸收端的场景。一台注塑机可以同时向公司的多个差异的服务器(如可视化、MES或节能系统)发送其质料用量和能源使用量的丈量值,就是后面那种应用场景。

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图2:OPCUA的通信机制

信息宁静是OPCUA的一个要害要素,是一种必须在构建软件平台的早期就必须认真思量的问题。信息宁静的机制必须笼罩传输层、信息存取和发现机制等多个方面。信息宁静机制要求对通信加入者的身份和存取权举行治理。为增强和改善身份识别,身份治理赋予对OPCUA应用法式举行授权的能力。身份治理既可以对每一个OPCUA应用法式举行治理,又可接纳全公司的公共密钥基础架构(PKI)举行治理。PKI可以对身份举行宣布、分配和测试。

信息存取包罗调用读写变量的类函数和视察事件。

同伴规范和扩展信息模子----信息模子表述由节点组成的网络以及这些节点的关系。而节点可以用来表达具有差异特性的庞大工具,譬如设备、机械装置、成套装置。在OPCUA中工具可以容纳变量、类函数和事件。OPCUA信息模子可以表述任意的分层检索,此外,还可表述类型和节点的实例。对节点加以尺度化时可带有类型,这样就能够举行信息存取,而与特定节点的实例无关。例如一种注塑机的类型包罗注塑机所有的通用变量、类函数和事件。类型和类型的实例都是信息模子的一部门。由此OPCUA的应用法式就具有了在无需事先知晓的情况下明确庞大节点的能力。如果由两个厂商制造了同一类型的机械设备,这两种实现代表了两种实例。统一的信息存取通过两个厂家的同一类型完成。没有须要对特定厂家的信息举行存取。这就允许应用法式的开发可以独立举行,而无需顾及设备、机械和系统。例如一台注塑机可以用包罗一个类函数“启动任务”、一个变量“当前的功耗”和事件“温度已到达”等信息来形貌。

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图3:OPCUA按逻辑分层

图3将图1所示的OPCUA工具箱的要素映射到OPCUA规范的逻辑分层。通过信息存取使得信息模子可被使用。而OPCUA的应用法式可按通信要求让信息模子作为服务器或宣布端,以及用作客户端或订阅端。传输层形貌信息存取层的技术关系,发现层则形貌将OPCUA服务器列表的可能性。一般在诸如现场设备、控制器、台式盘算机或IT服务器等设备中,接纳OPCUA服务器作为信息的发送源。在图3中列出三种OPCUA的信息模子:设备的信息模子、同伴规范和扩展信息模子。设备的信息模子及其集成(即设备集成)组成同伴规范和扩展信息模子的基础。它包罗设备模子(性能和功效性)、通信模子(通信的拓扑结构)和集成模子(设备集成的规则)。表1列出有关工业自动化方面的若干同伴规范。

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表1:OPCUA的工业自动化同伴协议概貌

在一个企业中,基于OPCUA的工业4.0的通信可以分成四个阶段逐步实现(见图4):

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图4:中小企业接纳OPCUA升级的四个阶段

第一阶段基于OPCUA的工业4.0的通信其基本前提是网络运行要建设在互联网协议(InternetProtocol,IP)的基础上。如果已经有了这个基于IP的网络,那么OPCUA就可作为来自差异制造厂生产的机械的信息存取的统一接口。在第一阶段中机械的相关参数或系统监控参数可用手动的要领集成到状态监控系统中。相比接纳多种差异的通信解决方案,这一要领已经显现出其优越性。

第二阶段通过接纳尺度化的信息模子(即所谓OPCUA的同伴规范)可以取得用例(usecase)的即插即用。由差异供应商制造的机械和成套设备,其焦点的功效性都在细分行业制定的同伴规范中予以同等的模子化,调用这些被模子化的功效就能够对这些机械完成统一的集成和使用。越来越多的操作人员要求这种可互操作性,例如来自塑料机械和橡胶机械行业和来自通过RFID自动识此外细分行业。在德国,一些零部件制造商、机械和成套设备制造厂商已经开始迈向工业4.0的通信。第一个效果是同伴规范EUROMAP77,规范界说了塑料机械和橡胶机械的统一信息模子。该规范可以用来支持和资助较小规模的公司明确信息模子所带来的利益。同时也为其它行业开发同伴规范提供了一个合适的规范。

第三阶段运用扩展的信息模子将所在企业奇特的诀窍和需要保密的非尺度功效性容纳在其中,为体现企业知识产权在性能和效益方面的优越提供利便。企业这方面的专有技术(例如机械装备的优化功效)将受到OPCUA基于规则的授权的准确掩护。

第四阶段资产治理壳AAS是作为工业4.0资产的基本单元及其虚拟表达。各个资产治理壳通过工业4.0的通信相互举行相互作用。可以在OPCUA以及同伴规范和扩展信息模子的基础上实现AAS,这就是工业4.0通信的升级迁移的第四阶段。AAS的焦点看法以资产的性能为中心,这些性能可被明确为尺度的词汇,使用这些性能不仅可以把信息模子(同伴规范)中特定细分行业的关系予以尺度化,还可涉及用在信息模子和工业4.0基本单元中的单独的术语。凭据国际注册数据识别码(IRDI)划定的识别码对性能举行识别,因而使性能与差异的语言和细分行业的专用名称无关,不会因为语言和名称的差异而发生混淆。AAS运用IEC61360国际尺度对性能加以尺度化。

企业接纳OPCUA作为工业4.0的通信的迁移升级历程必须循序渐进,不行能一蹴而就。一方面是因为只管OPCUA相对而言是工业4.0可以接纳的通信技术中最有基础和最成熟的,但究竟还在进一步生长的阶段,尚有许多与正在开发的其它通信技术(如TSN)融合的事情要做;另一方面,企业的迁移升级首先要以企业对当前市场需求的响应作为首要的驱动因素,同时适当兼顾技术的生长趋势,制定一个合理的迁移战略。不妨依照上述的四个升级阶段来思量。

在升级的第一阶段首先解决信息的存取问题,接纳OPCUA作为信息存取的统一通信接口。其前提是建设基于IP的网络,例如以太网或无线网络(WIFI或5G)并完成配置组态。网络的建设必须一次完成,不宜分期建设。接下去将种种来自机械设备和成套装置的变量接纳手动的措施订阅。譬如先实现基于这些变量的状态监控的场景,这既可以降低停机时间,让用户看到显着的利益,又在这个历程中满足了OPCUA的基本要求,配置了OPCUA工具箱的相关模块。

当地发现服务器(localdiscoveryserverLDS)用来发现新扩展的在一台机械装置或成套设备上的OPCUA服务器。对此,LDS不要求举行附加的组态。而OPCUA客户端(如来自MES或其它的机械装置)可以用LDV来发现可用的OPCUA服务器和发现可供使用的信息宁静选项。在这些信息的基础上,OPCUA客户端建设了与这些OPCUA服务器的毗连。

接着要做的是全公司规模的身份治理,即身份授权。对每一个项目都必须针对IT信息宁静对存取权举行组态,对身份举行治理。对每一个OPCUA应用法式的授权都需要验证识别。为了建设各个OPCUA应用法式之间的宁静毗连,这些应用法式必须相互证明其可信。第一步先用手动的方式建设身份授权,然后举行全公司级此外身份授权治理。

至此,各个OPCUA应用法式的通信便可以通过OPCUA的SOA宁静地举行,用户可以浏览之前导入的基本模子、读写变量、调用类函数和订阅事件。系统(譬如ERP、MES和PLC)之间的通信可以接纳手动组态,例如把某个由PLC处置惩罚的能源丈量值定期地发往MES。

进入第二阶段为了开发尺度的信息模子可以参照细分行业的OPCUA同伴规范。

一般而言同伴规范总是建设在设备或设备集成的信息模子之上。信息模子形貌设备的通用特性和功效性,及其可能操作的拓扑结构。同伴规范界说细分行业的设备及其应用,例如现场设备、PLC或某类机械装置。运用同伴规范会提高可互操作性,并使用例做到即插即投入使用。在调试或改装时,系统集成和自动化公司现在都是要手动调试控制法式,这些调试一般都凭据手册和非正式的纪录信息数据表,对于差异的制造厂商这些手册和数据表各不相同。以后如果机械制造厂和成套设备厂都运用同伴规范,那么就具备了对这些厂举行信息交流的存取能力。由于都是尺度化的信息可资使用,要将一台新的机械集成到一个成套设备中去很容易,再也没有厂与厂之间的差异。这样要把部件、机械、成套设备集成到MES系统,就很利便。如果已经有了某个细分行业现成的同伴规范,一定要使用;如果没有现成的同伴规范,也可以建设一个新的信息模子,然后以同伴规范的形式予以尺度化。在德国机械制造商协会VDMA肩负其为会员单元开发与OPC基金会相助的同伴规范的事情。

表2给出OPC基金会有关OPCUA服务器的行规,凭据设备的巨细划分有纳型嵌入式(NanoEmbedded)、微型嵌入式和嵌入式服务器行规和尺度服务器行规,功效性也有相当大的差异,因而对实现的硬件资源要求(如盘算能力、内存等)也有很大差异。顺便指出,在OPC的看法中,OPC服务器是指提供数据的设备,OPC客户端是指使用数据的设备。

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表2:OPCUA服务器的行规

第三阶段引入扩展同伴规范,是为了在尺度化信息模子和独立于制造厂的信息基本荟萃的基础上,体现差异制造厂的差异化的特性。例如有些机械设备可以提供基于制造厂的履历和专有技术的节能优化或者循环时间优化的功效,这些功效并没有尺度化,那么便可以通过建设扩展信息模子以明确的方式提供。而OPCUA的信息模子对非授权的存取具有良好的掩护。

这里顺便指出,OPCUA服务器可以容纳多个信息模子,尺度信息模子和扩展信息模子可同时存在于一个OPCUA的应用法式中。

OPCUA满足工业4.0通信的要求。由图5可知,基于OPCUA的工业4.0通信可以用在工业4.0参考架构模子RAMI4.0的分层递阶维度中所有层级的通信。OPCUA可以实现从最小的传感器到跨企业各层级的通信。在RAMI4.0的另一维度,基于OPCUA的SOA信息存取运用于通信层,而同伴规范和扩展信息模子属于信息层的领域。OPCUA也适适用于工业4.0基本单元的通信,以及毗连设备(资产)与资产治理壳AAS。这后面一种情况则体现在集成层。

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图5:OPCUA在RAMI4.0中的位置

竣事语

从现在的推进形势视察,切合工业4.0要求的通信要获得全面成熟的应用,或许还要十年左右的时间。这不仅仅是因为许多相关的技术还处于开发、试验阶段,因为许多尺度尚待开发制定和国际化,还因为涉及各主要工业国家和新兴工业国家相关执法的制定和通信运营商之间的协商。工业4.0所要求的通信究竟是前所未有的通信集成,牵涉到万物(包罗软件和硬件)和企业、人员的互联。虽然尚有政治因素,全球化和反全球化的斗争现在大有愈演愈烈之势,可能对此也会发生难以预料的影响。

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