由于其多功能性和制造商的獨立性，OPC UA現(xiàn)在已經(jīng)在許多不同的工業(yè)應(yīng)用中使用。但是，OPC UA不僅僅是傳統(tǒng)意義上的傳輸協(xié)議。相反，OPC UA是用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）和工業(yè)4.0的，與協(xié)議無關(guān)的工業(yè)框架，其中包含用于與制造商和平臺無關(guān)的安全可靠的信息交換機(jī)制，以及語義信息建模和自我選擇的選項。設(shè)備的描述。OPC UA可以從各個級別的傳感器擴(kuò)展到MES / ERP，也可以擴(kuò)展到云。

為了滿足最終用戶，供應(yīng)商以及從過程自動化到工廠自動化的集成商對用例的所有要求，2018年11月，OPC基金會建立了現(xiàn)場水平通信（FLC）計劃，并得到了眾多主要自動化供應(yīng)商的支持。該計劃的范圍是共同指定和標(biāo)準(zhǔn)化來自不同制造商的控制器和現(xiàn)場設(shè)備的語義，協(xié)議和物理接口。

FLC涵蓋的主要用例是控制器到控制器和控制器到設(shè)備，包括對控制器和現(xiàn)場設(shè)備的IIoT連接的支持。與FLC相關(guān)的技術(shù)工作包括以下主題：

定義“自動化組件”，其功能，接口和行為是過程和工廠自動化中各種應(yīng)用中使用的不同F(xiàn)LC兼容控制器和設(shè)備所共有的功能，接口和行為定義系統(tǒng)行為和常見功能的序列（例如，引導(dǎo)和連接建立）

l I / O，運(yùn)動控制，功能安全性和系統(tǒng)冗余之類的應(yīng)用程序配置文件的協(xié)調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)化

l 在線和離線場景下現(xiàn)場設(shè)備的OPC UA信息模型的標(biāo)準(zhǔn)化（例如，設(shè)備描述和診斷）

l 映射到下級通信協(xié)議和傳輸物理機(jī)制，例如TCP，UDP，以太網(wǎng)APL / SPE，確定性以太網(wǎng)（TSN），并將來映射到5G和Wi-Fi 6

l 確保OPC UA配套規(guī)范的最佳集成，例如FDI，F(xiàn)DT，PA-DIM，分析儀設(shè)備集成（ADI），模塊類型包（MTP）和MDIS（油氣），VDMA泵，UMATI和Spectaris。

FLC互動模型

為了從過程和工廠自動化應(yīng)用的廣泛領(lǐng)域中的特定和多樣化的應(yīng)用場景中進(jìn)行概括，F(xiàn)LC使用了一個抽象的交互模型以及各種“抽象的” OPC UA用例。

控制器代表通常在可編程自動化控制器，可編程邏輯控制器或分布式控制系統(tǒng)中實現(xiàn)的功能。如今，自動化設(shè)備通常連接到控制器，并且可以像感應(yīng)式接近開關(guān)一樣簡單，也可以像科里奧利流量計或伺服驅(qū)動器一樣復(fù)雜。Compute的硬件方面從基于Raspberry Pi的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)擴(kuò)展到云中的刀片服務(wù)器，但更重要的是在這些服務(wù)器上運(yùn)行的軟件應(yīng)用程序?？刂破骱驮O(shè)備具有許多共同的屬性-術(shù)語“自動化組件”用于將功能應(yīng)用于兩者的情況。

控制器到計算。 無論是儀表板中的管理信息，長期過程優(yōu)化，預(yù)測性設(shè)備級診斷還是數(shù)字孿生，在Compute平臺上運(yùn)行的軟件都是當(dāng)今的主要創(chuàng)新領(lǐng)域。這些都需要從控制器中提取信息。OPC UA在當(dāng)今占主導(dǎo)地位，幾乎每個主要的控制器供應(yīng)商都直接在其控制器或設(shè)備上提供OPC UA。

控制器到控制器。 工廠所有者和系統(tǒng)集成商正在使用從不同的機(jī)器/滑架制造商處購買的機(jī)器來組裝復(fù)雜的操作。他們可能會發(fā)現(xiàn)每個都裝有其他供應(yīng)商的控制器。這導(dǎo)致需要一種簡單的方法來設(shè)置多個供應(yīng)商之間的控制器之間的通信。工業(yè)自動化行業(yè)尚未有效解決此問題，F(xiàn)LC控制器到控制器解決方案將是第一個為所有類型的自動化應(yīng)用提供涵蓋標(biāo)準(zhǔn)和安全通信的可互操作的實時解決方案。

控制器到設(shè)備。 在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，使控制器與I / O模塊，驅(qū)動器，伺服器，儀器和其他智能自動化組件的子網(wǎng)進(jìn)行通信的傳統(tǒng)現(xiàn)場總線方法已廣為人知。但是，當(dāng)部署融合的IT / OT解決方案或不同的工業(yè)自動化技術(shù)共享網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)受到限制。FLC計劃將具有達(dá)到或超過現(xiàn)有解決方案功能的控制器到設(shè)備的通信，并將添加IEC 61784規(guī)范未完全提供的功能。

設(shè)備到設(shè)備。 通過將多種車間技術(shù)的最佳實踐結(jié)合在一起，并通過協(xié)調(diào)終端設(shè)備中使用的應(yīng)用程序配置文件，諸如跨多個伺服驅(qū)動器的不靈活負(fù)載的負(fù)載共享之類的應(yīng)用程序?qū)⒆兊酶子谝曰ゲ僮鞣绞竭M(jìn)行部署。

設(shè)備到計算。 控制器通常充當(dāng)設(shè)備的代理，為這些設(shè)備提供的信息添加有價值的上下文，并在某些情況下控制對該信息的訪問。然而，隨著設(shè)備變得越來越復(fù)雜，有用變量的數(shù)量以及內(nèi)部和外部測量值的不斷增長，使用控制器作為代理變得越來越不切實際。例如，通過控制器從每個設(shè)備路由4，000個變量不再可伸縮。FLC將定義必要的語義和元數(shù)據(jù)，以將來自設(shè)備的信息上下文化，以在開放式體系結(jié)構(gòu)中的各種基于Compute的軟件應(yīng)用程序中使用，而不會使控制器成為瓶頸。

計算到計算。 這些應(yīng)用程序包括通向IT系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)，云-云連接，可互操作的制造運(yùn)營管理等等。在過去的十年中，現(xiàn)場級通信計劃將使用并建立在OPC UA在Compute-to-Compute應(yīng)用程序中取得成功的服務(wù)，信息模型和互操作性的基礎(chǔ)上。在FLC計劃中，預(yù)計不需要進(jìn)一步開發(fā)支持Compute-to-Compute應(yīng)用程序的功能，但是這些應(yīng)用程序?qū)⒗^承并受益于在現(xiàn)場一級日益增強(qiáng)的協(xié)調(diào)性。

FLC系統(tǒng)架構(gòu)

FLC系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)基于OPC UA框架（IEC 62541），可實現(xiàn)安全，可靠以及與制造商和平臺無關(guān)的信息交換。FLC控制器和設(shè)備一方面支持面向連接的客戶端/服務(wù)器通信模型，另一方面則支持發(fā)布/訂閱（PubSub）擴(kuò)展。由于對靈活性，效率和確定性有相應(yīng)的要求，因此OPC UA PubSub對于現(xiàn)場通訊至關(guān)重要。FLC還使用OPC UA中指定的安全性機(jī)制，該機(jī)制尤其支持對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行身份驗證，簽名和加密，并且可以用于客戶端-服務(wù)器以及PubSub通信關(guān)系。

FLC指定的擴(kuò)展的核心元素是OPC UA的元模型。這用于為FLC自動化組件指定相應(yīng)的信息模型，并通過標(biāo)準(zhǔn)化的OPC UA服務(wù)訪問建模的信息。

由于所有FLC自動化組件（控制器和設(shè)備）都基于OPC UA，因此在所有自動化級別上都可以進(jìn)行統(tǒng)一的集成通信，從而支持廣泛的用例，這帶來了全新的可能性，尤其是針對不同的Industry 4.0應(yīng)用場景和IT / OT融合。

離線工程

離線工程是開發(fā)，運(yùn)行和維護(hù)自動化系統(tǒng)的重要元素。當(dāng)用戶有能力在將系統(tǒng)部署到物理硬件中之前了解自動化系統(tǒng)的操作時，一旦物理系統(tǒng)安裝到位，用戶將知道系統(tǒng)將可靠且正確地執(zhí)行控制功能。用戶將能夠在對物理系統(tǒng)進(jìn)行更改之前模擬自動化系統(tǒng)的更改和更新，并確保更改將達(dá)到用戶的期望并改善系統(tǒng)的性能。在產(chǎn)品和配置描述符的幫助下，相應(yīng)的配置工具可以訪問設(shè)備描述。但是，規(guī)范工作并非“從頭開始，

與FLC相關(guān)的建模

與FLC相關(guān)的工作的關(guān)鍵要素是通過所謂的OPC UA Facets進(jìn)行功能建模。OPC UA配置文件表示可以進(jìn)行原子測試的Facet的集合。完整配置文件代表設(shè)備的完整功能。

FLC基本方面描述了各種類型的自動化組件（控制器和現(xiàn)場設(shè)備）共有的基本功能，例如設(shè)備標(biāo)識，基本診斷和連接管理。特定于設(shè)備或功能的方面建立在基本方面上，例如用于功能安全，運(yùn)動，I / O和儀表。

安全與運(yùn)動

OPC UA安全性涵蓋了功能安全要求。為此，已經(jīng)采用了第一個OPC UA安全規(guī)范，該規(guī)范基于客戶端-服務(wù)器機(jī)制，并且是與Profibus用戶組織（PNO）組成的聯(lián)合工作組提出的。不久還將有一個擴(kuò)展，描述到PubSub的映射和安全設(shè)備的參數(shù)化。OPC UA安全概念的特殊之處在于，即使在正在進(jìn)行的操作過程中，安全參與者也可以集成到通訊中，而這是常規(guī)安全協(xié)議所無法實現(xiàn)的。

Motion Facet包含針對各種類型的運(yùn)動設(shè)備（例如控件，標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動器，變頻器和伺服驅(qū)動器）的運(yùn)動控制功能的規(guī)范。FLC計劃已確定CIP Motion?和Sercos是基于OPC UA Motion的理想解決方案。將使用CIP Motion和Sercos規(guī)范，并且可以對其進(jìn)行更改或擴(kuò)展，以適應(yīng)FLC系統(tǒng)架構(gòu)，以支持涵蓋工業(yè)4.0和數(shù)字化用例的創(chuàng)新，并促進(jìn)數(shù)據(jù)建模和實時需求的現(xiàn)代概念。

由OPC指定和標(biāo)準(zhǔn)化的方面可以通過OPC UA配套模型進(jìn)行補(bǔ)充，例如FDI，F(xiàn)DT，PA-DIM，分析儀設(shè)備集成（ADI），模塊類型包（MTP），MDIS（油氣），VDMA泵， UMATI，Spectaris等。此外，可以集成特定于供應(yīng)商的模型。

通訊

FLC的一個重要方面是為工廠和過程自動化中的廣泛使用案例支持不同的基礎(chǔ)傳輸協(xié)議和物理層。為此，引入了服務(wù)質(zhì)量（QoS）建模的概念，它具有將服務(wù)靈活地映射到較低級別的通信協(xié)議的可能性。

第一步，F(xiàn)LC支持通過UDP進(jìn)行的第3層映射和到以太網(wǎng)TSN的直接第2層映射，二者均可與SPE / APL物理層結(jié)合使用。但是，QoS建模還可以輕松擴(kuò)展到其他下級傳輸標(biāo)準(zhǔn)，包括無線數(shù)據(jù)交換，例如5G或Wi-Fi 6。

OPC UA與直接映射到以太網(wǎng)TSN的組合特別重要。只有這樣，才能通過OPC UA進(jìn)行確定性的數(shù)據(jù)傳輸。由FLC指導(dǎo)委員會領(lǐng)導(dǎo)的工作組目前正在制定FLC終端設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施組件的哪些TSN子標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制性的，以滿足對性能，靈活性和易用性的特定要求。

在OPC基金會方面，對TSN-IA配置文件的明確承諾是由IEC / IEEE 60802工作組開發(fā)的。其目的是可以通過通用的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施傳輸不同的協(xié)議和流量類型。這種共存不僅對于IT和OT的融合至關(guān)重要，而且在遷移基于常規(guī)現(xiàn)場總線協(xié)議的現(xiàn)有棕地解決方案時也很重要。最后，用戶應(yīng)該能夠自由決定他們要用新系統(tǒng)替換舊系統(tǒng)或系統(tǒng)組件的速度。

路線圖

盡管新冠及其局限性，但第一個規(guī)范版本的工作在最近幾個月取得了良好的進(jìn)展?；靖拍钜驯粡V泛采用，并已納入規(guī)范初稿中。第一規(guī)范版本的發(fā)布候選版本觸手可及。根據(jù)目前的計劃，它應(yīng)該在第三季度準(zhǔn)備就緒。原型設(shè)計已經(jīng)開始驗證規(guī)范草案。

預(yù)計將于2020年底發(fā)布第一個規(guī)范。與此同時，還將成立一個工作組來生成相應(yīng)的測試規(guī)范，然后將其轉(zhuǎn)換為OPC UA認(rèn)證工具（CTT）中的相應(yīng)測試用例。第二步。關(guān)于控制器到設(shè)備用例的概念的工作已經(jīng)開始，這將包含在第二個規(guī)范版本中。

責(zé)任編輯：gt