別忘了在使用MES系統之前，還有關鍵一步！

08-20

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如果你是不熟悉工業自動化領域的專業人士，又或者是從IT或其他背景進入到操作技術（OT）領域的相關人士，那麼我相信你不會後悔讀到這篇文章。

我們都想做到智能化生產，想將MES系統，APS系統應用到生產過程中，但是在開始這些工作之前必須要做到的就是如何讓這些生產設備或者系統進行數據通信。

【慧都MES系統是15年技術沉澱及創新研發的重要成果，我們旨在助力製造企業做到更加精益化，敏捷化和智能化的轉型升級。】

工業集成的共同挑戰之一是不同品牌或製造商的控制設備（PLC，DCS，驅動器，RTU，智能感測器）之間的通信。雖然大多數控制設備都有通信方法，並且一些行業標準也會對此有所幫助，但它們之間並不一定都是使用相同的方法或協議來進行通信，即使它們都具有相同的串列介面或乙太網布線，通信協議的差異也會阻止它們傳遞信息。如果有人給你打電話，但你不會說對方的語言，這就是同樣的問題。

雖然我們人類能夠克服語言上的差異，但機器間的通信未必。地址或數據格式化方面的細微差別足以造成通信失敗。那麼我們如何克服這一挑戰呢？

其實可以通過多種不同的方式克服來自將不同製造商的硬體連接在一起的挑戰。在過去，I / O的硬接線或通用協議的內部編碼是唯一的方法。但是隨著自動化硬體的發展，則可以為不同品牌提供稱為硬體網關的特殊通信單元，以便在沒有硬接線或內部編碼所需的專業或時間和精力的情況下傳遞更加複雜的信息。

然而，硬體網關面臨的挑戰之一就是，並非所有品牌都支持，你可能需要為需要連接的各個不同控制系統去使用不同的模塊。如果涉及到冗餘系統，其複雜性和成本都會上升。即使是在模塊到模塊通信的情況下，仍然需要在控制器級別去處理數據轉換或數學操作，並且還需要特定的控制知識。

硬體網關試圖在控制級別去完全解決通信問題，但在許多情況下，這一挑戰其實也可以通過從PC到硬體通信來解決。SCADA和HMI長期以來一直使用連接到不同控制系統和設備的方法。

自1995年以來，獨立於供應商的行業組織OPC基金會頒布了OPC標準，作為幫助應對這些挑戰的通用通信方法。

OPC標準就是旨在提供軟體應用程序之間通信的通用方法。OPC伺服器軟體通過其本地協議與PLC或設備進行通信，並將該消息轉換為由獨立於供應商的OPC規範所定義的標準格式，然後可由任何OPC客戶端進行讀取。只需將OPC伺服器視為軟體應用程序，將不同的設備協議轉換為HMI / SCADA或需要數據的任何其他客戶端應用程序可以理解的通用語言即可。

OPC統一架構（OPC UA）標準是第一個OPC標準的演變，它提供了將標準通信介面嵌入到控制硬體中的方法，如下圖所示。雖然一些PLC品牌的某些硬體具有OPC UA介面模塊，但是更多製造商需要時間來開發這些單元，並且可能會或可能不會去考慮這些遺留系統。即使OPC UA模塊可用於控制系統，控制器機架中也必須要有可用的插槽，CPU也必須支持更新的硬體，並且可能需要停機來安裝和實施硬體。

此外，還必須考慮來自客戶端應用程序的額外通信負載對OPC UA模塊的數據以及控制器CPU的影響。控制器的主要作用是控制過程，通信需求必須滿足這些要求。在具有多個客戶端應用程序與具有嵌入式OPC UA伺服器的單個控制器通信的應用程序中，這種對通信的控制優先順序將減緩通信，這就是為什麼基於軟體的OPC UA伺服器可以在保證通信流量不會複製到控制器的同時，還能使用來為多個客戶端提供服務的原因。

通過使用OPC伺服器你會發現，無論是嵌入在設備中還是作為獨立軟體，可以進行互連的品牌和設備都包含了該領域的絕大多數硬體，所以可以說它幾乎適用於所有行業。

系統集成商長期以來一直都使用OPC伺服器和HMI通過HMI或SCADA系統移動數據來連接系統之間的標籤數據。它們將HMI配置為從一個設備中讀取數據，也可以在屏幕上顯示，然後將其寫入其他設備。這樣，操作員可以在需要進行流程理解和故障排除時更深入地了解系統之間交換的信息。

但是，在HMI或SCADA系統級別執行此類標籤或地址鏈接也存在著缺點。通過腳本處理的設備之間的大數據傳輸或高速傳輸可能會影響HMI或SCADA性能。相反，頻繁的操作員交互會降低腳本中處理數據傳輸的性能，因為畢竟操作員交互是應用程序的第一優先順序。HMI或SCADA中的標籤鏈接可能還需要複雜的腳本，或者需要使用可能增加HMI或SCADA軟體許可證成本的其他標籤或項目。

在標籤鏈接需要不到1秒更新速率的情況下，鏈接SCADA / HMI中標籤引入的額外延遲則意味著硬連接或專業連接軟體仍然是唯一可用的實用方法。根據控制器及其通信連接的響應程度，非常可能在專用軟體中進行第二標籤鏈接。如果你需要更快地進行標籤傳輸，我們建議你使用更加專業的鏈接軟體或者和我們的應用工程師交談來幫助你評估場景中的變數以便確定最佳解決方案。

已經開發了專用鏈接或「橋接」軟體作為處理控制系統之間的這種數據交換的方法，但是處理較低級別的傳輸，更靠近需要共享信息的設備。

這些專業的軟體包提供了將數據傳輸過程與HMI / SCADA系統隔離的優點，但仍然允許在HMI / SCADA系統中能夠訪問和控制數據以進行顯示和交互。

根據所選特定軟體的功能，它可以通過限制OPC伺服器之間單向傳輸數據來提供額外的安全性，防止意外的過程變數更改。使用專用軟體處理數據傳輸使其能夠在數據傳輸期間處理數據類型轉換或數學函數- 無需HMI或SCADA軟體包上的任何交互或額外負載。

通過此專業軟體在後台而不是HMI / SCADA系統中可以處理比人機交互通常所需的更高的更新速率。雖然上圖顯示了在單獨的計算機上運行的橋接應用程序，但這並不一定是必要的。根據你的HMI / SCADA硬體和應用程序要求，你可以在同一台計算機上運行這兩個應用程序，並仍然可以獲得此處討論的好處。這能夠讓操作員界面更好地執行，是因為它沒有使用處理能力來運行複雜的腳本。

隨著集成的需求越來越複雜，所以才會有這些專業的產品出現，現在你不僅可以找到能夠在OPC伺服器之間傳輸數據的產品，而且還可以找到在OPC客戶端之間傳輸數據的產品，並且還能夠輕鬆實現資料庫與文本文件甚至是視頻之間的數據傳輸。

這些產品大多易於使用，只需要很少的培訓和認證便可以上手。對於才進入該領域或者沒有經歷過這些細節的人可能會認為通信很難的。

但是事實是，一旦你了解了這些細節，你就會覺得設備通信其實是非常合乎邏輯和易懂的。