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OPC UA標準可促進機器和設備數(shù)據的高效評估。勞易測OPC UA認證傳感器為用戶帶來更多受益。

Ingo Baumgardt
自動識別和機器視覺產品中心總監(jiān)

使自動化金字塔更具穿透性

無論是工業(yè)4.0、工業(yè)物聯(lián)網還是機器對機器通信，都必須使用適合的標準將系統(tǒng)和產品互聯(lián)在一起。對此，專家們經常提及自動化金字塔：根據定義，可能涵蓋基礎層、設備層、現(xiàn)場層、控制和過程控制層以及金字塔頂層— —制造運營管理層。各層之間采用不同的標準進行數(shù)據交換：機器和設備使用IO-Link、PROFINET、Ethernet/IP、EtherCAT或Ethernet TCP/IP等相關標準在現(xiàn)場層交換數(shù)據，然后再傳輸?shù)娇刂茖?，但還沒有直達自動化金字塔頂層的路徑。這是因為現(xiàn)場總線無法一直擴展到云，MQTT等協(xié)議也不能與現(xiàn)場層進行通信。OPC UA框架（UA即統(tǒng)一架構）可以彌補這個差距。勞易測OPC UA認證傳感器可為用戶帶來更多選項。

圖1：OPC UA標準可連接自動化金字塔的各個層級。

從現(xiàn)場到云

目前還沒有通用的標準允許所有層級之間的所有機器、設備和服務器直接相互通信。這是因為協(xié)議必須滿足相應層級的具體要求，但使用一個協(xié)議無法復制所有信息。無論如何，機器和設備都會生成大量有價值的數(shù)據。但是，通常無法在數(shù)據評估層直接訪問和解析數(shù)據，而OPC UA可以為其創(chuàng)建連接。該標準不是一種協(xié)議，而是一種框架或技術集。背后原理是：OPC UA使用信息模型定義傳輸數(shù)據。該標準可管理通信層的訪問權限，并定義數(shù)據交換協(xié)議。因此，目前相互隔離的自動化金字塔層級可以變得更具穿透性，演變?yōu)橐环N開放性網絡架構。OPC UA功能是可自由使用的開放源，而與制造商和軟件平臺無關。

快速配置

要在所有自動化金字塔層級之間實現(xiàn)數(shù)據交換，必須系統(tǒng)化地準備和提供所有數(shù)據。即使已定義通信標準，也會出現(xiàn)以下限制：設備會輸出數(shù)字信號，而接收器需要使用元數(shù)據，因此必須對這種數(shù)字信號進行正確解析（例如使用一個裝置）。OPC架構的信息模型可在此發(fā)揮作用。該模型將連接設備描述為不同的網絡對象。第一步是管理節(jié)點之間的關系。第二步是定義標準屬性，這是識別網絡中設備的最低要求。此外還要定義一些特殊屬性，例如機器的功能和操作。這就會創(chuàng)建可以自動讀取的結構，從而能夠使用其他OPC UA認證設備讀取和解析數(shù)據。實用性是：工業(yè)標準即時可用，制造商不必為各個設備從頭創(chuàng)建規(guī)范。這些配套規(guī)范說明了一維碼閱讀器的定義標準及其所提供的值和事件等內容。OPC架構提供PDF和XML格式下載文件。也就是說，規(guī)范是機器可讀的，不需要手動傳輸。

設備數(shù)據模型中所存儲的信息類型：

• 用于識別網絡設備的數(shù)據
• 過程數(shù)據和事件（例如掃描儀的讀取結果、開始/停止命令）
• 質量數(shù)據（例如掃描儀讀取過程成功或失?。?/li>

因此，OPC UA可提供顯著的部署優(yōu)勢。例如，勞易測BCL 348i條碼閱讀器識別出自身為網絡中的一維碼閱讀器，且控制層理解該信號后，系統(tǒng)會自動檢測出設備特性(AutoID)。這樣便可實現(xiàn)極快速的系統(tǒng)集成。另外可以集中記錄單個設備的警報以及錯誤和狀態(tài)消息，并以標準方式進行評估，因此系統(tǒng)維護工作也將得以簡化。

圖2：如果不使用OPC UA標準，通常需要很長的時間來識別缺陷標簽或損壞的掃描儀。

確保網絡安全

OPC UA還有利于提高IT安全性。在工業(yè)物聯(lián)網時代，有一項要求變得日益重要：必須通過云來處理工業(yè)物聯(lián)網中的機器數(shù)據。這對用戶的受益是：OPC UA標準中已集成端到端加密功能，可有效防止公司數(shù)據受到外部攻擊。另外也可以非常輕松地分配內部權限。系統(tǒng)已指定數(shù)據訪問、讀取、評估或更改權限，可以最大程度降低因攻擊或錯誤操作而帶來的停機等風險。

系統(tǒng)更易于監(jiān)控

該標準的最大優(yōu)勢之一是，可以通過數(shù)據評估顯著提高系統(tǒng)效率。通過OPC UA標準，可輕松地監(jiān)控機器和系統(tǒng)并優(yōu)化流程。下面使用一個實際例子進行說明：在零貨存儲區(qū)，傳送帶會將貨箱運輸至揀貨站和發(fā)貨區(qū)。每個貨箱都有一個條碼標簽。勞易測BCL 348i一維碼閱讀器安裝在傳送帶上，可提供在傳送帶上運輸貨箱所需的數(shù)據。一方面，在使用過程中，掃描儀光學器件可能會出現(xiàn)臟污，導致無法清楚檢測貨箱上的標簽。另一方面，運行中標簽也可能因受壓而損壞或臟污，從而無法再進行讀取。此時，機器運營商如何發(fā)現(xiàn)錯誤？

快速訪問相關數(shù)據

如果不使用OPC UA標準，最便捷的方式是使用診斷計算機來訪問傳感器。這些設備會存儲嘗試讀取失敗次數(shù)等數(shù)值，因此可以識別出發(fā)生污染或損壞的掃描儀。但缺點是，用戶必須單獨控制和讀出每個設備。這是一項非常耗時的任務，特別是在識別受損標簽的情況下。此時員工需要單獨讀出每個掃描儀并手動輸入數(shù)據。而借助OPC UA標準和適合的傳感器技術，此項工作可以非常高效地完成：勞易測BCL 348i一維碼閱讀器符合OPC UA認證，可以將掃描儀數(shù)據傳輸?shù)娇刂茖?。例如，通過部署簡單的應用，可以集中評估這些數(shù)據并顯示在儀表板中。這可以實時顯示掃描儀嘗試失敗次數(shù)是否過多。另一個優(yōu)勢是，系統(tǒng)也會傳輸傳感器的安裝位置，因此可以直接對設備進行維修。如果確定所有掃描儀都很難檢測出特定標簽，也可以有針對性地更換相似的標簽。總結：該方案可顯著提高維護效率，并輕松提高系統(tǒng)可用性。

圖3：勞易測BCL 348i一維碼閱讀器符合OPC UA認證，可兼容OPC UA技術要求，并將數(shù)據傳輸?shù)焦芾韺印?/p>

從認證傳感器技術中獲益

OPC UA在短時間內便發(fā)展成為現(xiàn)場層與云之間數(shù)據交換的中心框架。以前嚴格分層的自動化系統(tǒng)變得更具穿透性，這有助于高效評估機器和設備數(shù)據等。盡管該安裝標準優(yōu)勢顯著，但只能使用適合的傳感器來持續(xù)優(yōu)化運營和服務。建議咨詢可提供OPC UA認證產品并具備相關專業(yè)技術的傳感器專家。勞易測樂意隨時提供幫助。借助DCR 248i二維碼閱讀器和BCL 348i一維碼閱讀器等創(chuàng)新OPC UA認證勞易測傳感器技術，操作員可以將系統(tǒng)評估效率提升到全新的級別。

圖4：DCR 248i等OPC UA認證掃描儀也適用于二維碼。為有效利用工業(yè)物聯(lián)網和工業(yè)4.0技術，勞易測不斷推出更多OPC UA認證產品。