引言
具有先進(jìn)通訊技術(shù)的OPC服務(wù)器可以為不同網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議提供協(xié)同工作能力。
正如一首流行歌曲中唱到，是愛(ài)讓我們?cè)谝黄稹Ｈ欢瑢?duì)于當(dāng)今時(shí)代的生產(chǎn)制造環(huán)境來(lái)說(shuō)，更像是通過(guò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)準(zhǔn)作為紐帶，使我們得以互聯(lián)和相互通訊。這些工具正在茁壯成長(zhǎng)，以一種全新的、有效的方式將我們的工業(yè)操作整合為一體，使生產(chǎn)效率得到前所未有地提升。
以前，工廠(chǎng)中的自動(dòng)化功能都是獨(dú)立的——組件、設(shè)備和系統(tǒng)相互獨(dú)立地運(yùn)行，管理和功能模塊也都互不相關(guān)。這種情況下，過(guò)程系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)緩慢，而且很難優(yōu)化，同時(shí)性能、維護(hù)計(jì)劃和利潤(rùn)率等相關(guān)數(shù)據(jù)也很難獲得。
那么今天工業(yè)推崇的互聯(lián)性是如何實(shí)現(xiàn)的呢？EtherCAT Technology Group公司的北美代表、項(xiàng)目管理專(zhuān)家和項(xiàng)目工程師Joey Stubbs說(shuō)道：“眾多的技術(shù)進(jìn)步將我們帶入了一個(gè)與10年前具有天壤之別的自動(dòng)化和制造業(yè)的世界。實(shí)際上，今天的技術(shù)能夠克服幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)壁壘。例如，你可以安裝一個(gè)帶有EtherCAT的DIN導(dǎo)軌計(jì)算機(jī)，與多種協(xié)議通訊。雖然這可能并不是最有效的系統(tǒng)，甚至不是最便宜的系統(tǒng)，但是它確實(shí)可行。”
OPC基金會(huì)總裁兼執(zhí)行董事Thomas J.Burke補(bǔ)充道，科技繼續(xù)以創(chuàng)紀(jì)錄的速度飛速發(fā)展，特別是在消費(fèi)電子領(lǐng)域，所以工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的供應(yīng)商和最終用戶(hù)也期待這種發(fā)展的到來(lái)。“今天的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及一切與其相關(guān)的事物——從樓宇自動(dòng)化、安保到智能電網(wǎng)概念，都在表達(dá)一種對(duì)開(kāi)放式工業(yè)系統(tǒng)的渴求，期盼真正的跨領(lǐng)域信息整合。”
多種多樣的網(wǎng)關(guān)、路由器和終端設(shè)備使制造商做到了多個(gè)不同系統(tǒng)之間的整合。
其中包括Beckhoff Automation公司下一代以太網(wǎng)終端，它可以提供清晰、開(kāi)放的通訊通道。
此部件為不同設(shè)備提供了與EtherCAT I/O節(jié)點(diǎn)的直接接口，包括Profibus、DeviceNet和CANopen。
如何整合
確實(shí)，當(dāng)前有很多理由將不同的生產(chǎn)制造系統(tǒng)進(jìn)行整合，甚至有很多種實(shí)現(xiàn)的方法。現(xiàn)代生產(chǎn)制造使用迥異的設(shè)備實(shí)現(xiàn)各種各樣的過(guò)程控制（如果想要在全球化競(jìng)爭(zhēng)中占得一席之位，就不得不這樣），而它們彼此之間必須能夠通訊，包括在所有工廠(chǎng)操作之間編譯并交換信息。不管是汽車(chē)制造業(yè)的自動(dòng)訂單和適時(shí)生產(chǎn)還是制藥和半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)跟蹤和追蹤有特殊要求的批處理作業(yè)，通訊都已成為確保生產(chǎn)系統(tǒng)最優(yōu)化操作的必要條件。
具有先進(jìn)通訊技術(shù)的OPC服務(wù)器可以為不同網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議提供協(xié)同工作能力。
不管互聯(lián)和整合是如何實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)的有效移動(dòng)都意味著只交換有用的信息。將昂貴軟件包的需求最小化或者能夠削減硬件成本的系統(tǒng)有助于獲得更好的過(guò)程控制、更好的產(chǎn)品和更高的利潤(rùn)率。Stubbs建議道，系統(tǒng)互聯(lián)所使用的方法都有以下三個(gè)共性：
有效移動(dòng)數(shù)據(jù)，例如實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)所使用的瞬時(shí)數(shù)據(jù)傳輸；
通過(guò)管理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件和硬件以降低成本；
低成本作業(yè)，減少需要過(guò)多地占用CPU資源的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作，因?yàn)檫@些資源本可以更好地用于提高實(shí)際產(chǎn)出和過(guò)程控制。
今天的系統(tǒng)為此做了長(zhǎng)久的努力。與部件和設(shè)備之間的連接不同，現(xiàn)在的系統(tǒng)不但可以在同一個(gè)工廠(chǎng)內(nèi)完成互聯(lián)，還可以在不同工廠(chǎng)之間做到互聯(lián)。Beckhoff Automation公司的技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理Corey McAtee說(shuō)道，工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)控制可以在三個(gè)獨(dú)立的概念或者層級(jí)之間工作——設(shè)備、過(guò)程和工廠(chǎng)：
1. 設(shè)備級(jí)別控制結(jié)構(gòu)包括安全性和功能性，例如PLC、數(shù)字運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，這些功能以前都是獨(dú)立的，但是現(xiàn)在被整合在一起。這都要?dú)w功于供應(yīng)商們對(duì)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的接納，這些小模塊更容易通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，例如EtherCAT，使這些模塊可以通過(guò)設(shè)備的控制器完成很多功能。
2. 過(guò)程級(jí)別。沒(méi)有設(shè)備可以獨(dú)立運(yùn)作；它們都是流水線(xiàn)或者是過(guò)程的一部分。McAtee說(shuō)道：“一個(gè)制造商可能擁有三臺(tái)來(lái)自于三個(gè)不同供應(yīng)商的設(shè)備，而它們必須協(xié)同工作并且做到相互通訊。例如OPC-UA
（統(tǒng)一架構(gòu)）之類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)確保數(shù)據(jù)通過(guò)軟件完成交換，使用固定格式連接這些獨(dú)立模塊，使其具有類(lèi)似的操作模式和體驗(yàn)。共享很成功，因?yàn)閿?shù)據(jù)都是統(tǒng)一、一致和兼容的。”
3. 工廠(chǎng)級(jí)別遍及企業(yè)，包括高層級(jí)的通訊，它對(duì)于工廠(chǎng)管理至關(guān)重要。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換要求相當(dāng)高的硬件和軟件支持，以創(chuàng)建、搜集和維護(hù)這些信息。McAtee說(shuō)道，軟件工具的整合（例如OPC-UA的軟件工具與高層級(jí)系統(tǒng)的集成）正在簡(jiǎn)化這個(gè)過(guò)程，各種壁壘應(yīng)聲而倒。
Burke對(duì)此概念做了詳細(xì)說(shuō)明：“今天，信息群落需要高度集成，因?yàn)楣菊铝τ谕ㄟ^(guò)不同系統(tǒng)之間的適時(shí)數(shù)據(jù)交換來(lái)提升其盈利能力。幾年前，當(dāng)專(zhuān)有系統(tǒng)在工廠(chǎng)和過(guò)程應(yīng)用中大行其道時(shí)，沒(méi)有人擔(dān)心數(shù)據(jù)整合，不管是組件之間還是通過(guò)防火墻。因?yàn)槟菚r(shí)候沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)，而今天每一個(gè)人都希望各種各樣的信息可以安全可靠地整合在一起。”
軟件使其簡(jiǎn)單、便捷
隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，它已成為企業(yè)系統(tǒng)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)放技術(shù)，諸如OPC及其衍生技術(shù)，讓以往獨(dú)立的自動(dòng)化過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的交互連接。標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議具有易懂、靈活、具有成本效益以及開(kāi)放性的特點(diǎn)。它們比其它因素更能激勵(lì)控制系統(tǒng)之間的通訊。例如網(wǎng)絡(luò)特性和企業(yè)層面日常事務(wù)處理等的優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展到了控制領(lǐng)域，而且隨著生產(chǎn)廠(chǎng)商越來(lái)越多地采用這些技術(shù)，他們發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的方法來(lái)擴(kuò)展應(yīng)用。
然而，Stubbs強(qiáng)調(diào)道：不能僅僅因?yàn)橥ㄓ崊f(xié)議是“標(biāo)準(zhǔn)”的就認(rèn)為它們是開(kāi)放的，真正的開(kāi)放協(xié)議必須具有三個(gè)特性：
1. 協(xié)議必須符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（例如IEC或者IEEE）。協(xié)議說(shuō)明必須能夠直接從標(biāo)準(zhǔn)頒發(fā)機(jī)構(gòu)獲得。
2. 協(xié)議的知識(shí)產(chǎn)權(quán)擁有者必須允許競(jìng)爭(zhēng)者和第三方機(jī)構(gòu)將協(xié)議應(yīng)用到各自的系統(tǒng)或者設(shè)備中。
3. 第三方設(shè)備必須能夠輕松配置到控制系統(tǒng)中，特別是知識(shí)產(chǎn)權(quán)擁有者的控制系統(tǒng)。
開(kāi)放系統(tǒng)能夠在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、專(zhuān)用設(shè)備協(xié)議和HMI客戶(hù)端之間搭建橋梁。
Kepware公司的總裁Tony Paine說(shuō)道：“客戶(hù)對(duì)于不同產(chǎn)品能夠相互連接的要求和需要，比其他任何因素更能激勵(lì)交互連接性和協(xié)同工作性的發(fā)展。在沒(méi)有OPC的日子，每次供應(yīng)商想要和組件連接時(shí)，都必須在驅(qū)動(dòng)中建立連接。供應(yīng)商陷入了設(shè)備缺乏連通性的窘境，為了不讓此弊端成為產(chǎn)品銷(xiāo)售的絆腳石，供應(yīng)商著手開(kāi)發(fā)工具，令最終用戶(hù)和OEM廠(chǎng)商可以自行搭建通訊路徑。但是系統(tǒng)仍舊與其供應(yīng)商的技術(shù)不可分割。于是，很多業(yè)界領(lǐng)先的自動(dòng)化設(shè)備供應(yīng)商形成了過(guò)程控制和生產(chǎn)自動(dòng)化應(yīng)用（OPC）的規(guī)范，基于最新的微軟公司的技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的協(xié)同工作能力。結(jié)果是數(shù)以百計(jì)的支持OPC數(shù)據(jù)存取的項(xiàng)目蓬勃發(fā)展，使用通用接口從設(shè)備、組件和系統(tǒng)讀取和寫(xiě)入信息的能力得以提升。”
協(xié)同工作和一致性是一種很好的業(yè)態(tài)，這同樣激發(fā)了用戶(hù)對(duì)于未來(lái)的期冀。一旦工廠(chǎng)車(chē)間實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，各大公司就開(kāi)始對(duì)工廠(chǎng)和工廠(chǎng)之間的通訊和數(shù)據(jù)共享抱有希望了。Paine補(bǔ)充道：“OPC標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)此具有持續(xù)的推動(dòng)力。”他引述了OPC-UA的近期發(fā)展，這些發(fā)展確保在因特網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)安全通訊。（關(guān)于OPC和OPC-UA的更多信息請(qǐng)閱讀后面《OPC:下一代技術(shù)》一文。）
利用以太網(wǎng)的能力
開(kāi)放協(xié)議以一種方式幫助不同系統(tǒng)完成整合，以太網(wǎng)和它的衍生技術(shù)以及改良技術(shù)則以另一種方式投身其中。以太網(wǎng)出現(xiàn)不久就成為企業(yè)系統(tǒng)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。然后，那些曾經(jīng)被認(rèn)為不可能發(fā)生的進(jìn)步都發(fā)生了——隨之企業(yè)系統(tǒng)進(jìn)入了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化的領(lǐng)域。多種基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議現(xiàn)在正在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)找到其用武之地（更多以太網(wǎng)類(lèi)型請(qǐng)參閱后面文章《各種各樣的以太網(wǎng)》）。
Rockwell Automation公司EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)部經(jīng)理Mike Hannah說(shuō)道：“基于以太網(wǎng)的協(xié)議有很多，卻與EtherNet/IP不盡相同，很多都是針對(duì)特殊目的的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，所以即使它們可以在一定程度上支持協(xié)同工作能力，將不同功能（例如運(yùn)動(dòng)、I/O和用戶(hù)接口）集成到企業(yè)控制室內(nèi)但仍舊很復(fù)雜，通常都要求額外的編程和網(wǎng)關(guān)來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)。”
