在前不久的CIMT2019展會上,便設(shè)置了專門展區(qū),用于展示數(shù)控裝備工業(yè)互聯(lián)通訊協(xié)議NC-Link標準的代理服務(wù)器、適配器、數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)軟件等全套解決方案。NC-Link目前支持數(shù)控機床、機器人、AGV小車、PLC等數(shù)控裝備,具有廣泛兼容性。

NC-Link協(xié)議支持單個數(shù)控裝備、智能產(chǎn)線和智能工廠的數(shù)據(jù)交互。該標準的研制為我國數(shù)控機床互聯(lián)互通建立了一套統(tǒng)一的標準,對智能工廠、智能車間的建設(shè)、智能生產(chǎn)的推進將帶來巨大的作用。

隨著NC-Link協(xié)議的推出,標志著通訊協(xié)議的大營中再添一將大員,但機床聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議也如整個工業(yè)控制領(lǐng)域的通信協(xié)議一樣,品種門類繁雜而凌亂。上海維宏電子科技股份有限公司副總經(jīng)理趙東京先生曾對記者表示,“目前國內(nèi)多數(shù)廠商應用的通訊協(xié)議都還是來自于國外,雖然國內(nèi)已經(jīng)開始相關(guān)協(xié)議標準的建立工作,但是還處于起步階段。”因此,實現(xiàn)通訊協(xié)議的統(tǒng)一是實現(xiàn)智能制造的前提之一,但在這一方面,國內(nèi)外差距懸殊。

繁雜而凌亂的通信協(xié)議

數(shù)控系統(tǒng)的互聯(lián)方式從最早的串行通信逐步升級為以太網(wǎng)通信。不同類型(品牌)的數(shù)控系統(tǒng)的通訊端口、通訊協(xié)議千差萬別。

在不同的時期,不同的階段,數(shù)控系統(tǒng)廠家設(shè)計并提供了面向不同應用目標的通訊方式和通訊協(xié)議。

第一階段,I/O方式用于和其他設(shè)備進行握手和工作協(xié)同。

第二階段,串口通訊時期,主要是由于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存偏小,在遇到大程序時進行在線的NC文件下載,即最基礎(chǔ)的DNC功能,這種方式由于其技術(shù)門檻低,簡單、易行、低成本而被國內(nèi)數(shù)控廠商所廣泛使用,但是這也同時限制了國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)對于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應用,功能極為有限。

第三階段,類似Fanuc、Siemens等中高端數(shù)控系統(tǒng)都配備了以太網(wǎng)接口。

第四階段,通訊設(shè)計出現(xiàn)了OPC UA和MTConnect等面向互聯(lián)網(wǎng)應用的協(xié)議設(shè)計。

互聯(lián)方式的變化更迭本身是帶來便利的,但是,不同的通訊標準又造成了新的壁壘,同一標準設(shè)備可以互聯(lián),而不同總線設(shè)備則無法互聯(lián)。在制造過程中只有真正實現(xiàn)了機床與機床,機床與人之間的對話,才能進入互聯(lián)階段。

當公司從廠商A處購買一臺機器,從廠商B購買另一臺機器時,人們期望機器應該易于通信,而不需要實施大量工程才能實現(xiàn)通信。面對標準化通信和互操作性所帶來的挑戰(zhàn),是否會有一個統(tǒng)一的標準出現(xiàn)取代所有過往標準？

以OPC UA為基礎(chǔ)的機床互聯(lián)行業(yè)標準

早在2006年,美國機械制造技術(shù)協(xié)會(AMT)提出了數(shù)控設(shè)備互聯(lián)通訊協(xié)議(MTConnect協(xié)議),用于機床設(shè)備的互聯(lián)互通。據(jù)了解,在小巨人公司生產(chǎn)現(xiàn)場便可以看到,所有加工設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過全球通用的通信協(xié)議MTConnect,連接到馬扎克特有的SMOOTH MONITOR AX監(jiān)控系統(tǒng),由SMART BOX為網(wǎng)絡(luò)和信息安全保駕護航,從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、分析和反饋,對生產(chǎn)過程進行改善和指導。

2013年,OPC基金會與AMT協(xié)商將MTConnect協(xié)議與OPC UA進行兼容。由此,MTConnect協(xié)議與OPC UA協(xié)議在業(yè)內(nèi)受到了廣泛關(guān)注。而中國機床互操作標準NC-Link,便是綜合借鑒了OPC UA和MTConnect的特點。為雙向通信協(xié)議(可讀可控),支持塊數(shù)據(jù)傳輸。

目前,各個數(shù)字控制器的制造商都使用各自的專有語言,而這已經(jīng)不能滿足客戶日益增高的要求。對很多企業(yè)來說,開放式接口是一大障礙。為了促進機床制造商的互相協(xié)作,德國機床制造商協(xié)會(VDW)與其核心會員企業(yè)攜手,正致力于構(gòu)建一個以OPC UA為基礎(chǔ)的機床互聯(lián)行業(yè)標準。VDW希望,通過該標準,能建立一種通用語言,用一種通用標準格式提取機器中的數(shù)據(jù),然后導入例如ERP或MES系統(tǒng),從而為客戶創(chuàng)造更多價值。

umati應用而生,他是一種通用接口,可便捷安全地把機床(WZM)和設(shè)備無縫連接到客戶端或用戶端的IT生態(tài)系統(tǒng)中去。用于機床與生產(chǎn)環(huán)境內(nèi)外圍的IT系統(tǒng)的連接(生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)MES、企業(yè)資源計劃ERP、云端,…)。umati的核心在于通過一種基于通信規(guī)范OPC統(tǒng)一架構(gòu)(UA)的信息模型提供一種標準化的語義。umati支持機床生產(chǎn)商和用戶的特定擴展,提供的規(guī)范不僅適用于德國,而且支持全球的用戶。

工業(yè)4.0的通用語言

工業(yè)通信分為互聯(lián)(硬件接口的連接)、互通(軟件層面的數(shù)據(jù)格式與規(guī)范)、語義互操作(語義的定義與規(guī)范)幾個層面,各種總線解決的是連接問題,互通解決了應用層的匹配,而OPC UA則解決不同系統(tǒng)之間的語義的互操作-包括應用行為與動態(tài)功能。

“OPC UA不是一種協(xié)議,而是一種信息模型。”OPC基金會中國區(qū)首席代表張譽說道,“OPC UA首先且最重要的是一種信息模型。當然,它還是一種用于連接客戶端和服務(wù)器的協(xié)議,但OPC UA的優(yōu)勢在于地址空間,正是這一點使得OPC UA成為通用應用接口。”OPC UA提供了一個封裝信息模型的標準,讓信息在不同的平臺間實現(xiàn)暢通無阻的交換,讓平臺之間實現(xiàn)零成本零耗時的無縫對接。

為了解決工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)通信標準不統(tǒng)一的問題,OPC基金會發(fā)起了OPC UA技術(shù)架構(gòu)的開發(fā)與應用工作。OPC UA采用基于語義和面向服務(wù)(SOA)的架構(gòu),它以統(tǒng)一的架構(gòu)與模式,既可以實現(xiàn)設(shè)備底層的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備互操作等的水平信息集成,即設(shè)備與設(shè)備之間的橫向通訊。而且,OPC UA還可以實現(xiàn)設(shè)備到SCADA,SCADA到MES、設(shè)備與云端的垂直信息集成,也就是縱向的通訊。OPC UA最大的優(yōu)勢就在于其獨立于平臺,

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