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通信亮点-垂直通信
作者:pijing 发布日期:2022-03-16 15:37

●   用于垂直通信的OPC UA

●   用于现场通信的PROFINET

●   易于数据整合的信息模型

 

概览

●   面向未来的融合

       资产管理信息在实际应用中非常受欢迎,譬如安装了哪些设备,安装的是哪种版本,安装条件是什么?没有这些信息,既不能开展运维规划,也无法进行资产管理或者深度诊断功能。当前的挑战是:如何将这些数据从现场传输到IT系统,并且如何做到从现场获得的信息对用户是有用的。现在“OPC UA-PROFINET”协同规范V1.0给出了答案。

       为简化用户实现PROFINET和OPC UA之间的交互,PI和OPC基金会已经开展了一段时间的研究。作为中间件,OPC UA无法独立提供实际应用的数据,比如资产管理数据,然而,现场大约3000万个带有PROFINET接口的设备可以实现这个要求,并且PROFINET从诞生之初就能够通过相应的识别和维护服务实现该要求。OPC UA和PROFINET协同规范V1.0就展示了如何实现此共享任务。

 

   PROFINET作为“真正交换以太网”的灵活性

       允许用户在PROFINET网络的任意位置安装额外的以太网设备。针对此部署,不需要对现有的自动化解决方案作费力的调整。由于PROFINET的开放性,甚至可以灵活地添加具有OPC UA接口的更复杂的传感器或设备,然后可将这些数据直接发送到相应的云服务或者边缘网关。因此,OPC UA和PROFINET之间的交互能够提供一种灵活地,面向未来的解决方案。

 

●   视频

-OPC UA in PROFINET networks

 

技术细节

用户友好的网络

       在用户导向和面向未来的网络中,现有技术和新技术之间以及跨制造商解决方案可以顺畅地相互协作。OPC UA和PROFINET的融合就是非常好的例子。将OPC UA作为中间件,定义面向对象的数据和信息模型。PROFINET通过应用行规提供必要的的信息。

       为了确保这种相互协作对所有的PROFINET设备都有效且统一,PNO和OPC基金会于2017年6月联合成立了“OPC-PNO工作组”,工作组最重要的任务就是实现将现有及未来的数据和信息模型从PROFINET到OPC UA的标准化映射,目标是创建“PROFINET-OPC UA协同规范”。2020年1月,已经正式发布了第一版的PROFINET-OPC UA协同规范,重点侧重现场的资产管理和诊断。主要目标是实现不同用户组不同视图的映射。

       从工艺角度来看,机器的生产数据或加工顺序非常重要。但是从维护的角度来看,使用的设备更重要。能源管理部门需要的则是不同的信息,而对另外的一组用户则有可能感兴趣的是网络的细节信息。比如,PROFINET视图处理的是设备的表征及其通信关系,网络视图处理接口和端口,功能视图处理控制回路或传感器功能的信息模型。这些同一机械或工厂的不同视图必须组合在一起,而这是通过语义参考来达成的。

      视图都是在协同规范框架内基于详细的用例描述开发的,譬如对于日常运行非常重要的子模型和数据的一些视图。

       与基于OPC UA DI的经典协同协同规范(仅处理设备建模)相比,PROFINET协同规范是对使用了大量带有PROFINET控制器和设备的整个自动化系统进行建模。

       因此,PROFINET模型由控制器子模型和设备子模型构成。控制器子模型包含PROFINET控制器中模块和子模块配置的PROFINET连接(应用关系)。设备子模型由PROFINET设备及实际存在的模块和子模块构成。通过OPC UA参考实现这两个子模型相互之间的连接。

       此外,信息模型包含PROFINET网络物理层拓扑的映射。因此,PROIFNET设备的以太网接口、端口和电缆的精确布线都会包含在OPC UA信息模型中,从而用于网络诊断。此OPC UA信息模型使用了OPC UA修正案7“接口和插件”。规范的附录对信息模型的使用也作了示例描述。

       作为“概念验证”的展会模型已经证明了此方式在实践中是可行的。从控制器-控制器映射到能源管理,再到定位器的NOA(Namur开放架构)连接的众多用例,展示了其可涵盖广泛的应用范围。由于PROFINET的开放性,可以添加更多带有OPC UA接口的复杂传感器或设备,这些传感器或设备可直接将其数据信息发送到相应的云服务或边缘网关,而无需费力地重构自动化解决方案。

 

用例

令人信服的融合

       多年来,PROFINET一直能够令人满意的在现场执行各种复杂多样任务,比如机器启动,工程化设计或冗余需求。超过3000万带有PROFINET接口的现场设备可提供相关信息。OPC UA是对PROFINET技术的有效补充,它能够对大量的数据源进行对象建模。正是由于这样的融合,为用户带来了真正的附加价值。如以下资产管理的和诊断的实际示例所示。第一版的PROFINET-OPC UA协同规范主要侧重于这两种应用。

 

资产管理

       多年来,许多用户都不了解系统中所安装设备的硬件和固件的状态信息,如果没有这些信息,就无法创建运维计划,更不用说合适的管理了。现在这些问题正被解决。

       第一版的PROFINET-OPC UA协同规范解决了资产管理和诊断的需求,具体详情如下:

       ●  资产识别

          列出所有PROFINET节点(控制器和设备):

              – 模块和子模块(实际安装的和期望的)

              – I&M和资产信息(标签功能,标签定位,版本,供应商,…)

              – 网络参数

              – PROFINET网络的物理拓扑

      ●  资产变更检测

              – 全新、远程和替换设备/子模块——对接设备

              – 设备中的固件更新

              – 物理拓扑的变更

      ●  变更资产信息

              – 站的名称,标签功能

 

诊断

       智能诊断策略还需要现场更详细的信息。在这里PROFINET-OPC UA协同规范也提供了实用的策略。

●   显示PROFINET连接(AR)

●   识别控制器配置和实际资产(设备、模块和子模块)之间的差异

●   报告PROFINET设备诊断

●   网络诊断(计数器,错误邻居)

 

OPC-Server

     图示中相应的OPC-Server可安装在不同设备中:

          1. PLC

          2. 网关/边缘

          3. 直接设备集成

     根据应用和环境的不同,这些解决方案具有不同的优势。

 

FAQ

1、未来,我会需要OPC UA和PROFINET吗?

       是的,由于OPC UA具备垂直通信和控制层机器间联网的优势,而PROFINET能够满足现场的所有需求。这就是为什么制定如下的策略:

       1.控制层及以上使用OPC UA

       2.现场层使用PROFINET和OPC UA

 

2.什么是OPC UA?

       OPC 统一架构(OPC UA)是一套安全、可靠且独立于制造商和平台的工业通信。它能够使得跨操作系统的不同制造商的设备之间进行数据交互。

       OPC UA的优势是基于强大的、面向对象的信息模型,该模型可以远程“浏览”,并通过面向服务的架构(SoA)提供许多不同的服务,如数据访问、报警与条件、方法、历史数据等。

       因此,OPC UA不仅仅是一种协议,它非常适合用于自动化技术中不同制造商的应用程序之间的数据交换。OPC定义的是垂直通信,而不是IO通信。

 

3.OPC和OPC UA之间有什么区别?

       最初的OPC是基于微软Windows机制OLE(对象链接和嵌入式)的DCOM通信;OPC UA(统一架构)的开发独立于Winows,是基于标准的以太网机制。

 

4.OPC UA:客户端/服务器和发布/订阅之间的区别是什么?

       客户端/服务器通信是一种点对点通信,其中客户端可以访问服务器的数据。客户端/服务器通信始终基于TCP / IP。

       发布/订阅的方式是“一对多”通信。发布者提供的数据可以被网络中任意数量的订阅者接收。根据性能需求,发布/订阅功能的通信可以通过不同协议(比如UDP)实现。