從傳感器到云端如何提升互操作性？

在現(xiàn)有商用產(chǎn)品的互操作性上，F(xiàn)DT組織和OPC基金會(huì)展開了合作，旨在幫助工廠和其它工業(yè)設(shè)施，在企業(yè)范圍內(nèi)獲得從傳感器到云端的互操作性，增強(qiáng)整個(gè)工業(yè)部門的生命周期管理。

自2011以來，F(xiàn)DT組織和OPC基金會(huì)在現(xiàn)有商用(off-the-shelf)產(chǎn)品的互操作性上展開了合作，旨在幫助工廠和其它工業(yè)設(shè)施，在使用開放標(biāo)準(zhǔn)方面獲得更高的回報(bào)。這種合作，為在企業(yè)范圍內(nèi)獲得從傳感器到云端的互操作性，增強(qiáng)整個(gè)工業(yè)部門的生命周期管理打開了一扇門(見圖1)。

圖1：FDT組織和OPC基金會(huì)的合作，為在企業(yè)范圍內(nèi)獲得從傳感器到云端的互操作性、增強(qiáng)整個(gè)工業(yè)部門的生命周期管理等領(lǐng)域打開了一扇門。圖片來源：FDT組織

建立開放標(biāo)準(zhǔn)

為理解當(dāng)前如火如荼的FDT和OPC標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展及其在過程、和工廠中所能提供的收益，需要對其歷史發(fā)展軌跡做一個(gè)簡短的回顧。

FDT標(biāo)準(zhǔn)始于1998年，并相繼被吸收到IEC 62453、ISA103和中國GB/T 29618標(biāo)準(zhǔn)中。它致力于在現(xiàn)場設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)之間提供一個(gè)開放的、供應(yīng)商中立的通訊和配置接口。這包括用于訪問設(shè)備復(fù)雜功能的通用環(huán)境(見圖2)。

圖2：FDT標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)場設(shè)備和主系統(tǒng)之間，提供了一個(gè)開放的、供應(yīng)商中立的通訊和配置接口，這包括用于訪問設(shè)備復(fù)雜功能的公用環(huán)境。

該標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)主要的軟件部分：一部分是包括圖形用戶界面(GUI)的框架應(yīng)用(FDT/框架);另一部分是設(shè)備類型管理器(DTM)，該管理器作為設(shè)備驅(qū)動(dòng)，為制造商提供給定設(shè)備所顯示屬性的控制功能。該框架應(yīng)用程序可以被嵌入到可編程邏輯控制器()的編程工具、分布式()和資產(chǎn)管理系統(tǒng)中，或作為一個(gè)獨(dú)立的配置工具使用。新版本FDT2.0能夠支持最新的運(yùn)營環(huán)境，并使用了Microsoft .NET技術(shù)平臺。

OPC標(biāo)準(zhǔn)始于1996年，致力于在生產(chǎn)制造工廠和其它企業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)安全和可靠的數(shù)據(jù)交換。OPC統(tǒng)一架構(gòu)(OPC UA)是一個(gè)平臺獨(dú)立、面向服務(wù)的體系架構(gòu)，并將OPC原有的技術(shù)規(guī)范功能集成到同一框架之下。

FDT標(biāo)準(zhǔn)，旨在成為重要的信息樞紐，而OPC UA標(biāo)準(zhǔn)則提供了基礎(chǔ)設(shè)施，使信息可供其它應(yīng)用程序和平臺使用。兩者協(xié)同工作，使得傳感器、網(wǎng)絡(luò)、拓?fù)湫畔?，能夠提供給企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)系統(tǒng)、云端、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)以及工業(yè)4.0。

增加現(xiàn)有產(chǎn)品的互操作性

FDT/OPC聯(lián)合項(xiàng)目的設(shè)想是通過為FDT 2.0標(biāo)準(zhǔn)提供標(biāo)準(zhǔn)插件，使其可以利用OPC UA規(guī)范，在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)為啟用數(shù)據(jù)通訊提供連結(jié)性。這種方法充分體現(xiàn)了設(shè)備到云計(jì)算的策略，從而可以為現(xiàn)有以及未來支持FDT的設(shè)備提供配置、診斷、設(shè)備健康狀態(tài)、通信、歷史數(shù)據(jù)訪問、報(bào)警和事件服務(wù)等功能。

FDT標(biāo)準(zhǔn)采用物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦壿嬐負(fù)鋪韺?shí)現(xiàn)工廠分層。工業(yè)環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議允許框架應(yīng)用系統(tǒng)與任何設(shè)備對話。這包括通過不同網(wǎng)絡(luò)的透明通道實(shí)現(xiàn)訪問終端設(shè)備的能力。在運(yùn)行生命周期內(nèi)，框架應(yīng)用程序還可以接收調(diào)試、診斷、預(yù)測和其它高層次數(shù)據(jù)。為使這些數(shù)據(jù)源能夠提供給OPC UA架構(gòu)使用，這些數(shù)據(jù)被映射到OPC UA的數(shù)據(jù)模型中，支持FDT /框架的系統(tǒng)被配置為OPC UA服務(wù)器(見圖3)。

圖3：顯示設(shè)備類型信息的映射

客戶端可以請求與FDT/OPC服務(wù)器和接入拓?fù)?、健康以及其它?shù)據(jù)的安全連接。客戶端訪問沒有數(shù)量的限制，而只受限于服務(wù)器的容量及網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制。

優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備管理

系統(tǒng)廠商可以使用服務(wù)器輔助設(shè)備進(jìn)行部署。將框架應(yīng)用程序嵌入到DCS、PLC或其它系統(tǒng)的系統(tǒng)供應(yīng)商，具有將OPC UA服務(wù)器集成到一個(gè)應(yīng)用程序中的能力，這樣就可以從任何客戶端訪問應(yīng)用程序。

將由設(shè)備類型管理器(DTM)所提供的信息集成以及納入到信息模型的其它設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，是設(shè)備診斷、配置、遠(yuǎn)程資產(chǎn)管理以及與制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)整合的重要功能。信息模型旨在提高網(wǎng)絡(luò)功能和設(shè)備管理，這有助于通過訪問數(shù)據(jù)來優(yōu)化企業(yè)，而無需針對協(xié)議做處理。它還提供了對以前不支持設(shè)備的支持。

使用DTM或其它設(shè)備，如電子設(shè)備描述(EDD) 以及現(xiàn)場設(shè)備集成(FDI)裝置包等常用的工程工具，就可以對網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備進(jìn)行配置。由DTM所提供的信息，包括設(shè)備類型、參數(shù)和輸入/輸出(I/O)，可以幫助建立信息模型。該合作旨在增加信息模型的豐富性，同時(shí)充分利用服務(wù)器。在自動(dòng)化架構(gòu)中，服務(wù)器無處不在，主要用于傳輸和路由信息。

設(shè)備通訊方法和使用工業(yè)設(shè)備信息模型的機(jī)器數(shù)據(jù)，旨在利用全局視圖和集成來整合就地控制和監(jiān)視。由于用其可以更好、更快的進(jìn)行決策制定，因此這是一個(gè)很好的大數(shù)據(jù)應(yīng)用示例。

控制網(wǎng)絡(luò)的連結(jié)性

框架應(yīng)用(frame appliaction)，具有訪問工廠設(shè)施內(nèi)所有控制網(wǎng)絡(luò)以及連接到網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備的權(quán)限。它還具有控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的全部知識信息。在框架應(yīng)用程序內(nèi)的OPC UA服務(wù)器，使得任何客戶應(yīng)用程序能夠?yàn)g覽控制結(jié)構(gòu)拓?fù)湟约斑x擇網(wǎng)上的任何儀表以便獲得該設(shè)備的關(guān)鍵信息?？蚣軕?yīng)用程序在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)自動(dòng)路由，可以繞過擁堵網(wǎng)段，直接連接到客戶端(見圖4)

圖4：在FDT /框架應(yīng)用程序內(nèi)的OPC UA服務(wù)器，使得任何客戶應(yīng)用程序，能夠?yàn)g覽控制結(jié)構(gòu)拓?fù)湟约斑x擇網(wǎng)上的任何儀表，以便獲得該設(shè)備的關(guān)鍵信息。

任何具有適當(dāng)安全權(quán)限的現(xiàn)有商用OPC UA客戶端，都可以訪問嵌入在框架應(yīng)用程序中的服務(wù)器。類似概念的應(yīng)用有很多。一個(gè)維修技術(shù)員，如果手持安裝了基于安卓或基于iOS設(shè)備的移動(dòng)應(yīng)用程序，那就可以將移動(dòng)裝置應(yīng)用到工廠車間，獲得對關(guān)鍵設(shè)備信息的訪問權(quán)限。對于運(yùn)行人員來講，這就好像不需要任何自定義的代碼或其它應(yīng)用程序就可以將無線設(shè)備直接連接到資產(chǎn)上，這一切成為可能都是因?yàn)榻涌谒鶐淼谋憷?/p>

“OPC UA接口規(guī)定，允許從更高級別的系統(tǒng)(比如資產(chǎn)管理系統(tǒng))訪問設(shè)備數(shù)據(jù)。”

未來平臺的獨(dú)立性

輔助設(shè)備提供了傳感器到云端以及整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通訊，以便實(shí)現(xiàn)工業(yè)最終用戶所期望的——充分利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)和工業(yè)4.0所帶來的優(yōu)勢。FDT則希望更進(jìn)一步，建立IIoT解決方案，實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)性、在線安全和互操作性的支持，同時(shí)可以獨(dú)立于平臺的部署在單機(jī)客戶端/服務(wù)器或云架構(gòu)上。

FDT/OPC標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)合，旨在創(chuàng)建一個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備連接構(gòu)成的系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施。遠(yuǎn)程訪問連接的機(jī)器、生產(chǎn)裝置和設(shè)備有助于推動(dòng)性能改進(jìn)。這種方法有助于統(tǒng)一系統(tǒng)工程實(shí)施和配置，并為工業(yè)4.0的設(shè)備診斷提供支持，建立與工業(yè)3.0網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備連接的橋梁。

技術(shù)合作的目的是確保自動(dòng)化系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)和其它工廠企業(yè)系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間在線數(shù)據(jù)的無縫交換。這種設(shè)計(jì)是為了幫助工業(yè)終端用戶利用數(shù)據(jù)和信息模型，以及建模和相應(yīng)的服務(wù)，來實(shí)現(xiàn)從應(yīng)用到設(shè)備的集成。