将来源于不同制造商的不同系统(全部具有不同的接口、配置和通信机制)联网,是工业4.0 和工业物联网(IIoT)所面临的挑战。这就是OPC UA的用武之地。OPC UA为从现场到云端的连续信息交换创建了统一的基础。
OPC UA是开放平台通信统一体系结构的缩写,可以实现生产中的机器独立于平台,具备互操作性,实现跨供应商协作,还实现了机器和系统之间的通信(无论是在封闭网络中还是通过Internet)。但是OPC UA不仅仅是一个通信协议:该体系结构还包括数据模型和交互概念。可延展性是该标准的另一个巨大优势。根据需求概要和应用范围,重点可以放在性能或安全性上,例如授权、加密、认证或身份验证。
下文我们将介绍开放数据交换标准可以实现哪些应用。
OPC UA可以与标准工业机器控制系统并行使用,从而将增值数据传输到云端。通过倍加福 Comtrol开发的 MultiLink TM 技术,IO-Link master 能够通过多种协议将传感器数据传输到PLC和云端。BTC12 中端网关与 IO-Link master 建立通信,并连接云端接口,确保安全的数据传输。这样就可以实现各种物联网应用,例如预测性维护。
OPC UA也可以对现有的解决方案进行改造。如果已经在使用传统的 IO-link master,可以将其替换为具有OPC UA接口的ICE2(EtherNet/IP)和 ICE3(PROFINET)系列 IO-link master。
通过集成的 MultiLinkTM 功能,可以同时为不同系统(如几个云端)提供实时数据。除了向多个云端传输数据外,集成的OPC UA服务器还可以通过PROFINET与更高层级的PLC进行并行通信。
在未来的应用中,用户将面临没有传统PLC、更没有高性能PLC的应用挑战。
这类应用的一个示例就是资产管理以及通过OPC UA直接连接ERP或MES跟踪组件。在其他应用领域,如自动引导车辆中,其实并不强制使用高性能PLC。由于其可扩展的内存,可以将OPC UA客户端移植到相对便宜的微控制器上。在有些应用中,无法通过PLC实现新功能,而是使用基于PC的控制系统。
集成到 IO-Link master 中的OPC UA接口建立了与这些系统的直接连接,例如,与边缘网关(如倍加福 BTC12 盒型单客户机)的直接连接。这样就可以在没有传统PLC环境的情况下实现应用。
焊接单元是使用多个PLC的典型示例。在复杂的焊接单元内,包含了多个PLC、机器人及其控制。一个基于PC的测量工位、基于PC的视觉质量控制和一个冷却供水。一个更高层级的PLC通过PROFINET控制系统中的所有进程,基于PC的系统通过EtherNet TCP/IP网卡运行,而冷却供水站和机器人控制器分别通过专有协议运行。
案例1:尽管现场总线协议不同,使用OPC UA仍可以实现系统之间的通信和直接的数据交换。例如,这样可以实现机器人直接或通过云与工厂内的其他系统通信。
案例2:记录并评估冷却水实质的排放值(包括其他过程参数,如循环时间和温度值),便于进行预防性维护。通过OPC UA,将确定值传输至更高层级的系统或直接传输至云端,数字服务和其他人都可以进行访问。分析记录并根据可能的偏差识别出异常情况,防止发生错误和由此造成的损坏。
案例3:测量站将测量数据传输至数据库,同时传输至控制系统。使用OPC UA,可以通过两个不同的通道轻松传输测量数据。
倍加福将OPC UA集成到ICE2(EtherNet/IP)和ICE3(PROFINET)IO-Link master系列中,这为现场到云端的无缝通信奠定了基础。除了实时现场总线协议,这些模块还配备OPC-UA接口,非常适用于基于云的系统。由于其完全基于Web的配置概念,不需要任何其他软件,就可以高效地进行调试,而且对于没有高级PLC的独立应用也是一个理想的解决方案。