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新闻

IEC 61131-3·PROFINET技术研讨会

全新PLCopen国际工程师资格认证培训班在沪成功举办

高校PLC通识教育与PLCopen工控软件开发理念研讨会在河南洛阳召开

通知

关于举办“2016工业控制与通讯技术国际论坛”的通知

关于举办“面向工业4.0的工业通信技术高级培训班”的通知

2016国际先进运动控制技术与应用高级研修班

TC4 - Communication

 

 

PLCOpen OPC-UA 服务器和客户端架构,这里有什么可以为你服务?

    概述:通信是工业4.0、智能工厂、工业物联网等倡议的重要组成部分。就意味着智能系统、传感器以及执行机构这个组成系统的效率变得尤为重要。本文显示,目前的最水平的解决方案已经可以满足大部分的需求,并且随着扩展,即使最苛刻的需求也将能够满足标准的规范、工具和实现。通信将会被纳入新的技术和架构中。

一般的介绍

    通信在工业控制中并不新。著名的CIM(通用信息模型)三角模型已有30年的历史,在如今,更有许多历史悠久的数据交换协议被应用在不同的工业领域。这些协议局限性在于不擅长传输复杂的数据,协议的扩展性也很有限。

    工业自动化的世界正在改变。我们想提越来越多的功能,并且为了达到这一目的,我们想连接更多的设备。这些设备变得智能化,也可能是智能系统的一部分。安全因素成为了通信最需要考虑的问题。在这一趋势下,我们需要新的方案使编程、安装、维护和更新更加简单。

    使用OPC UA通信作为工业环境的通信标准将会导致工业中多个不同行业的信息交互成为一个全新完整的形式:如果一个工业领域已经定义了一个特有的数据图表,那么高效、安全的传输数据以及重用可视化对象的问题也会直接解决。随着PLCOpen和OPC UA通信的结合,在IEC61131-3标准和工业控制标准之上,将协同工作的能力标准化,并设置了一个额外的等级。 

OPC UA技术的介绍

    OPC统一架构(OPC UA)为通用、开放、软硬件独立、安全、可靠的网络通信提供了基础,即提供了可配置超时和连接中断的检测以及加密通讯。为此,OPC UA使用了一个可伸缩的客户端/服务端架构,当客户端发起数据请求,服务器可以立即通过一个安全数据通道回应并返回数据,如图1所示。以上是PLCopen使用OPC UA技术在工业控制中协调通信的基础的概述,PLCopen正在与OPC基金会合作。

OPC UA服务器技术与IEC 61131-3相对应

    加入工作组的第一步就是先建立OPC UA信息模型的定义与IEC 61131-3软件模型的定义的映射。OPC UA的信息模型为服务端提供了标准的方法将对象暴露给客户端。在OPC UA中的对象由其他对象、变量和方法组成。在这种情况下,该对象被用来表示IEC 61131-3中的软件模型中的一些基本组件,例如CtrlProgram模块、CtrlTask模块、CtrlResource模块、CtrlFunction模块以及一些数值变量。这促成了一个集成了OPC UA服务端技术的控制器如何将数据结构和方法块暴露给OPC UA客户端(HMIs、ERP系统)的标准化方法。

    如图二所示,我们总共看见四个层次,前两个层次与OPC UA相关。第三层描述了IEC 61131-3协议和OPC UA信息模型之间的联系。接下来就是IEC软件模型的组成部分,这个部分建立了最底层与控制结构之间的映射关系。

    这种映射关系加强了通信的透明度,因为在今天,当一个基于IEC61131-3标准控制程序被加载到来自不同控制器供应商的控制平台上时,其中的控制器可以使用OPC UA模型与其他控制器进行通信,也可以通过OPC UA模型访问过程变量。然而OPC UA服务的命名空间的表现形式在各个平台中是不一样的:即使控制代码一样,也需要使用可视化程序调整每个控制器。这种方式并不能匹配客户的期望——相同的控制项目通过OPC UA以相同的方式访问。这就是PCLopen OPC UA的立足之处,PLCOpen OPC UA定义了控制器变量实例的访问,也描述了如何构造复杂的数据结构、使用的功能模块的类型以及哪些参数是传入参数,哪些参数是输出参数。其他元数据可以是任务的数量以及它们循环的次数。PLCOpen将全部的IEC 61131-3 软件模型以及控制器程序的内容都映射到OPC UA命名空间,这将会使总体不相同的OPC UA客户端(不同的系统,例如HMI或ERP),看起来相同。总的来说OPC UA定义如何通信,而PLCOpen定义通信什么。



2: IEC模型以集成的OPC UA设备为基础

PLCopen OPC UA信息模型的标准可以在PLCopen网站上下载。

PLCopen / IEC 61131-3中添加OPC UA客户端技术

    在现代世界中,严格的层次分离和自顶向下的信息流(类似于CIM三角模型定义的),正在失去其主导地位。在智能网络中,每个设备或服务必须能够与其他服务建立独立的通信。
为此,PLCopen和OPC UA在PLCopen/IEC 61131-3控制器中添加了OPC UA客户端功能(通常排除服务器的功能)。为此PLCopen和OPC Foundation定义了一组客户端功能块。通过在控制器上实现这些功能,可以向任何可用的OPC UA服务器发起通信会话。控制器可以独立于现场总线系统,与其他控制器水平交换复杂的数据,或者在MES/ERP系统中使用OPC UA服务器调用其他设备交换复杂数据,以便收集数据或向云中写入新的生产订单。它允许与集成OPC UA安全特性相结合的生产线独立运行。
这些包括类似于连接到创建了一个(安全性是可选的)传输连接的OPC UA会话的功能以及类似于对单个组成部分或一系列组成部分进行读写的功能。其中一个控制器可以创建一个订阅并且将监视的项目加入这个订阅列表;另外的控制器可以通过OPC UA客户器的地址空间监视事件,当然还用诊断的功能。此外,还可以使用方法调用在其他地方运行的例程,该例程可以运行在云中,并在本地反馈,也可以在运行在任何能够与之通信的智能系统上。


    用于IEC 61131-3的PLCopen OPC UA客户端的规范在2014年首次以版本1.0发布。最新版本是1.1版本,您可以下载次文档PLCopen_OPC-UA Client for IEC 61131.3

对你有什么益处?新的通信方式

    通过将OPC UA信息模型映射到PLCopen/IEC 61131-3软件模型,对嵌入了OPC UA服务端技术的不同品牌的控制器有了统一的外观和体验。这就是“开箱即用”的通信(可以加入安全因素)的基础。如果协调好整个公司的命名规范,只要支持PLCopen与OPC UA映射,他们甚至可以轻松地将HMI中的模版关联到与品牌无关的控制器应用中的数据结构。这些命名约定的一个例子是PackTags和ISA88机和机组状态技术报告中以OMAC包装规范(PackML)定义的状态机。通过一致地使用这些约定,控制器可以通过PLCopen环境上的OPC UA客户端映射立刻连接到控制器。

    通过控制器中的客户端,可以在最低层发起通信,使得完整的新层次和架构的实现成为可能,并且可以使控制器恢复控制。与使用的通信架构(就像通信总线)无关,控制器到控制器的通信也可以轻松的实现。这里给出了新的控制架构的可能性,其中通信贯穿产品完成的各个阶段,如图3所示。


3: 最新的生产线

    例如,如果一个控制器可以对其上移动产品的运输系统(例如皮带)设定特定的速度,该运输系统必须由机器人臂拾取。控制器可以执行机器人的控制器,以此控制机器人在传送带拾取产品。机器人反过来可以对智能相机进行方法调用,以获得产品的旋转和平移值,机器人可以计算轨迹,以平稳和正确的方式拾取产品。此外,可以由控制器发起与ERP/MES系统的通信,用于产品跟踪。

 
4: 先进的客户端-服务端通信

    这也提供了新的可能性,例如,如图5所示,在组织中尽可能低层次启动通信,并将通信作为工业4.0的基础。这意味着产品可以具有包含用于创建其的相关信息的RFID。该信息可以由控制器读取,并且不同的工作站可以对该信息进行适当的操作,例如,在第一站中添加99克酸奶,最后,检查站可以回写已经检查的操作,并且启动对ERP系统的方法的调用,以将所完成的处理的结果传递到跟踪系统。跟踪系统可以运行在云端,该技术在如今已经可行!


5: 基于工业4.0的设想

OPC基金会将来的发展

    这不是故事的结束。OPC UA的增强功能,例如通过TSN(时间敏感网络)的实时扩展将使实时数据通信称为可能,为传输安全相关信息和运行不同智能设备,如机器人。后者结合发布者/订阅功能,使不同的沟通哲学成为可能。这再次示出了基于通信的架构的编程、安装和维护的进一步增强和改进是可行的。 

    无论工业4.0、智能工厂、工业物联网或其他公司需要什么,目前的解决方案可以满足其中的大多数要求,即使是最苛刻的要求也能满足标准规格、工具和实现。只要使用这两种协议(PLCopen、OPC UA)中的任意一个,通信就不会是难事。

引用

OPC基金会详见: http://www.OPCFoundation.org 
OMAC PackML详见: www.omac.org/workgroups/packaging-workgroup/

 

 

 


2: IEC模型以集成的OPC UA设备为基础

PLCopen OPC UA信息模型的标准可以在PLCopen网站上下载。

PLCopen / IEC 61131-3中添加OPC UA客户端技术

    在现代世界中,严格的层次分离和自顶向下的信息流(类似于CIM三角模型定义的),正在失去其主导地位。在智能网络中,每个设备或服务必须能够与其他服务建立独立的通信。
为此,PLCopen和OPC UA在PLCopen/IEC 61131-3控制器中添加了OPC UA客户端功能(通常排除服务器的功能)。为此PLCopen和OPC Foundation定义了一组客户端功能块。通过在控制器上实现这些功能,可以向任何可用的OPC UA服务器发起通信会话。控制器可以独立于现场总线系统,与其他控制器水平交换复杂的数据,或者在MES/ERP系统中使用OPC UA服务器调用其他设备交换复杂数据,以便收集数据或向云中写入新的生产订单。它允许与集成OPC UA安全特性相结合的生产线独立运行。
这些包括类似于连接到创建了一个(安全性是可选的)传输连接的OPC UA会话的功能以及类似于对单个组成部分或一系列组成部分进行读写的功能。其中一个控制器可以创建一个订阅并且将监视的项目加入这个订阅列表;另外的控制器可以通过OPC UA客户器的地址空间监视事件,当然还用诊断的功能。此外,还可以使用方法调用在其他地方运行的例程,该例程可以运行在云中,并在本地反馈,也可以在运行在任何能够与之通信的智能系统上。


    用于IEC 61131-3的PLCopen OPC UA客户端的规范在2014年首次以版本1.0发布。最新版本是1.1版本,您可以下载次文档PLCopen_OPC-UA Client for IEC 61131.3

对你有什么益处?新的通信方式

    通过将OPC UA信息模型映射到PLCopen/IEC 61131-3软件模型,对嵌入了OPC UA服务端技术的不同品牌的控制器有了统一的外观和体验。这就是“开箱即用”的通信(可以加入安全因素)的基础。如果协调好整个公司的命名规范,只要支持PLCopen与OPC UA映射,他们甚至可以轻松地将HMI中的模版关联到与品牌无关的控制器应用中的数据结构。这些命名约定的一个例子是PackTags和ISA88机和机组状态技术报告中以OMAC包装规范(PackML)定义的状态机。通过一致地使用这些约定,控制器可以通过PLCopen环境上的OPC UA客户端映射立刻连接到控制器。

    通过控制器中的客户端,可以在最低层发起通信,使得完整的新层次和架构的实现成为可能,并且可以使控制器恢复控制。与使用的通信架构(就像通信总线)无关,控制器到控制器的通信也可以轻松的实现。这里给出了新的控制架构的可能性,其中通信贯穿产品完成的各个阶段,如图3所示。


3: 最新的生产线

    例如,如果一个控制器可以对其上移动产品的运输系统(例如皮带)设定特定的速度,该运输系统必须由机器人臂拾取。控制器可以执行机器人的控制器,以此控制机器人在传送带拾取产品。机器人反过来可以对智能相机进行方法调用,以获得产品的旋转和平移值,机器人可以计算轨迹,以平稳和正确的方式拾取产品。此外,可以由控制器发起与ERP/MES系统的通信,用于产品跟踪。

 
4: 先进的客户端-服务端通信

    这也提供了新的可能性,例如,如图5所示,在组织中尽可能低层次启动通信,并将通信作为工业4.0的基础。这意味着产品可以具有包含用于创建其的相关信息的RFID。该信息可以由控制器读取,并且不同的工作站可以对该信息进行适当的操作,例如,在第一站中添加99克酸奶,最后,检查站可以回写已经检查的操作,并且启动对ERP系统的方法的调用,以将所完成的处理的结果传递到跟踪系统。跟踪系统可以运行在云端,该技术在如今已经可行!


5: 基于工业4.0的设想

OPC基金会将来的发展

    这不是故事的结束。OPC UA的增强功能,例如通过TSN(时间敏感网络)的实时扩展将使实时数据通信称为可能,为传输安全相关信息和运行不同智能设备,如机器人。后者结合发布者/订阅功能,使不同的沟通哲学成为可能。这再次示出了基于通信的架构的编程、安装和维护的进一步增强和改进是可行的。 

    无论工业4.0、智能工厂、工业物联网或其他公司需要什么,目前的解决方案可以满足其中的大多数要求,即使是最苛刻的要求也能满足标准规格、工具和实现。只要使用这两种协议(PLCopen、OPC UA)中的任意一个,通信就不会是难事。

引用

OPC基金会详见: http://www.OPCFoundation.org 
OMAC PackML详见: www.omac.org/workgroups/packaging-workgroup/

 

 

 

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