公司簡介

    貝加萊（B&R）是一家自動化技術(shù)領(lǐng)域的全球性領(lǐng)導(dǎo)廠商，總部位于奧地利Eggelsberg，于1979年由ErwinBernecker先生和JosefRainer先生共同創(chuàng)建。經(jīng)過30多年的發(fā)展，今天，B&R已經(jīng)在全球68個國家擁有175個分支機(jī)構(gòu)。

    貝加萊工業(yè)自動化(中國)有限公司是貝加萊全資子公司，于1996年在上海成立，在過去的十幾年里，貝加萊一直為中國機(jī)械制造業(yè)和流程工業(yè)領(lǐng)域提供深嵌行業(yè)經(jīng)驗(yàn)及關(guān)鍵技術(shù)的自動化方案。

    “深耕行業(yè)，加強(qiáng)軟件標(biāo)準(zhǔn)化與集成”，這是貝加萊在中國發(fā)展的源動力，也是贏得信任的重要因素，為客戶提供完美的自動化方案，并成為互贏的合作伙伴是貝加萊團(tuán)隊信奉的理念，也是對“PerfectionInAutomation”這一理念的精確闡述。

    對于智能制造而言，其實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是數(shù)字互聯(lián)——將整個企業(yè)從底層設(shè)備、現(xiàn)場傳感器到機(jī)器的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、能耗等進(jìn)行采集，并為全局的生產(chǎn)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線僅解決在控制層面的數(shù)據(jù)，而對智能制造則牽扯到全局的優(yōu)化、策略、路徑、規(guī)劃的問題，而這些互聯(lián)又牽扯到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)與多代次產(chǎn)品的集成問題，OPCUA則是解決這一問題的聚焦點(diǎn)，在這里有必要結(jié)合實(shí)際對其進(jìn)行分析并分析其應(yīng)用。

1智能制造對于通信的需求變化

    智能制造與傳統(tǒng)的垂直網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由所不同，傳統(tǒng)的金字塔架構(gòu)數(shù)據(jù)從底層到頂層一層層的數(shù)據(jù)，智能制造則會面臨一個新的局面，即分布的計算單元需要不同的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以端對端的方式進(jìn)行自由的組合應(yīng)用，自動化數(shù)據(jù)包括經(jīng)典的架構(gòu)，從控制級、過程控制、車間管理、SCADA、MES/ERP等多個層級。

    因此，基于CPS架構(gòu)的新自動化技術(shù)則需要全新的架構(gòu)來支撐網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線主要是解決互聯(lián)互通（通信的協(xié)議與規(guī)范），而在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，以及IT與自動化的融合中，存在著對于語義互操作的迫切需求，不僅要包括了通信所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，而且包括了數(shù)據(jù)的語法與語義，才能實(shí)現(xiàn)互相之間的溝通，對數(shù)據(jù)的識別處理。

2為什么采用OPCUA？

2.1OPCUA技術(shù)簡介

    OPCUA旨在解決語義互操作層面的互聯(lián)問題，當(dāng)然，整個OPCUA架構(gòu)，如圖1，包括了傳輸機(jī)制、元數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)信息模型以及行業(yè)信息模型，整個架構(gòu)設(shè)計思想是面向服務(wù)架構(gòu)（SoA）。

圖1OPCUA架構(gòu)

    其實(shí)OPCUA包括了傳輸協(xié)議（支持TCP二進(jìn)制、WebService的傳輸機(jī)制），右側(cè)是包括元信息模型的規(guī)范，OPCUA服務(wù)集提供連接、屬性管理、安全通信服務(wù)、瀏覽等多種與傳輸通信相關(guān)的服務(wù)子集。在基礎(chǔ)的信息模型中，OPCUA提供了標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)來訪問地址空間里的對象的框架，并確保信息的傳輸安全性。

    OPCUA的基礎(chǔ)信息模型在于為訪問者提供了訪問與操作的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)格式、語義的標(biāo)準(zhǔn)。

    OPCUA的對象（Object）是由被參考（Reference）連接的節(jié)點(diǎn)（Node）組成。不同的節(jié)點(diǎn)類(Class)傳輸不同的語義（Semantics）。一個變量節(jié)點(diǎn)代表“值”可以被讀或?qū)懀兞抗?jié)點(diǎn)有相關(guān)的數(shù)據(jù)類型（DataType）來定義實(shí)際值，如字符串、浮點(diǎn)數(shù)、結(jié)構(gòu)等。方法節(jié)點(diǎn)（MethodNode）代表可以被調(diào)用的功能，每個節(jié)點(diǎn)都有大量的屬性包括唯一的識別號稱為NodeID和稱為BrowsName的非本地化命名。

    對于對象與可變節(jié)點(diǎn)（VariableNode）都稱為實(shí)例節(jié)點(diǎn)（IntanceNode），節(jié)點(diǎn)總是參考一個類型定義(ObjectType或VariableType)，這些節(jié)點(diǎn)描述他們的語義和結(jié)構(gòu)。

2.2采用OPCUA的8個主要原因

    圖2總結(jié)了OPCUA之所以成為智能制造聚焦的互聯(lián)技術(shù)在于如圖所示的幾個方面，比較關(guān)鍵的在于：

    （1）OPCUA建立了信息模型，對于不同的行業(yè)而言，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、并制定協(xié)同的機(jī)制本質(zhì)在于建立信息模型，將相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)按照一定的架構(gòu)進(jìn)行采集分組并進(jìn)行應(yīng)用分析。

圖2支持OPCUA的8個主要原因

    （2）安全機(jī)制：對于OPCUA而言，其支持X509的安全信息交互標(biāo)準(zhǔn)，并支持角色與規(guī)則定義，為應(yīng)用定義不同層級的權(quán)限管理。

    （3）廠商無關(guān)的獨(dú)立性：對于EndUser而言，這非常重要，因?yàn)槿魏我粋€企業(yè)的私有通信標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)約不能成為一個用戶的標(biāo)準(zhǔn)，而OPCUA自身是公益型組織，而各個技術(shù)組織都愿意跟隨OPCUA的發(fā)展腳步。目前各個現(xiàn)場總線基金會如POWERLINK、Profinet等都已經(jīng)加入OPCUA基金會，包括FDT/DTM、OMAC/PackML、MTConnect、Euromap等垂直行業(yè)技術(shù)組織。

3OPCUA針對行業(yè)信息模型

    OPCUA基金會不僅得到了各個現(xiàn)場總線組織的支持，也包括了OMAC/PackML、MTConnect、ISA-95、AutomationML等行業(yè)技術(shù)組織的支持。

    如圖3，即使Euromap77規(guī)約對注塑機(jī)與MES之間進(jìn)行交互的設(shè)備接口，這定義了對象數(shù)據(jù)的類型、結(jié)構(gòu)，除了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)模型，在機(jī)器的數(shù)據(jù)對象和結(jié)構(gòu)中包括了機(jī)器的基本信息、配置、注射單元、模具、驅(qū)動系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)對象與標(biāo)準(zhǔn)，并在Euromap77.2、77.3中對作業(yè)單、數(shù)據(jù)組管理進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)的定義，這使得不同的上層管理系統(tǒng)可以以標(biāo)準(zhǔn)的方式訪問不同廠商的注塑機(jī)，對其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并可以給出指令給予機(jī)器執(zhí)行。

圖3Euromap的信息模型結(jié)構(gòu)

4貝加萊完整的智能制造數(shù)據(jù)互聯(lián)方案

    貝加萊為整個互聯(lián)提供了完整的解決方案：包括以下幾個層面：

    （1）設(shè)備高動態(tài)實(shí)時響應(yīng)-采用POWERLINK實(shí)時以太網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)針對100μS的高速控制任務(wù)，適用于運(yùn)動控制、CNC和機(jī)器人、高性能視覺系統(tǒng)等時間嚴(yán)苛的任務(wù)。

    （2）針對OPCUA，貝加萊在POWERLINK的異步數(shù)據(jù)階段支持TCP/IP的傳輸，可以用于解決OPCUA的傳輸（OPCUA本身支持的是http和TCP傳輸），這樣POWERLINK可以用于實(shí)時任務(wù)亦可用于非實(shí)時任務(wù)的語義數(shù)據(jù)傳輸。

    （3）openSAFETY是針對功能安全應(yīng)用的傳輸機(jī)制，其可以獨(dú)立于總線而運(yùn)行，openSAFETY解決功能安全一致性問題，確保現(xiàn)場的設(shè)備不會對人體造成傷害，也確?？刂葡到y(tǒng)不會遭遇認(rèn)為的破壞。

    （4）TSN技術(shù)：針對未來的IIoT應(yīng)用，大數(shù)據(jù)的傳輸和分析之用途，并減少在通信互聯(lián)的硬件和軟件投入，TSN將采用802.1的新的傳輸機(jī)制，目前大部分領(lǐng)先的自動化公司如ABB、B&R、SIEMENS、Schneider、BoschRexroth等都在開發(fā)新一代的TSN產(chǎn)品，而其它IT廠商則包括了華為、CISCO等也積極的推進(jìn)TSN的產(chǎn)品化進(jìn)程。

    除了這些自有的POWERLINK、openSAFETY以及面向未來的OPCUA+TSN外，貝加萊還有大量豐富的總線模塊用于連接現(xiàn)在工廠的老舊設(shè)備包括Profibus、Ethernet/IP、SERCOSIII等模塊可供互聯(lián)之用。