OPC UA标准可促进机器和设备数据的高效评估。劳易测OPC UA认证传感器为用户带来更多受益。
Ingo Baumgardt
自动识别和机器视觉产品中心总监
使自动化金字塔更具穿透性
无论是工业4.0、工业物联网还是机器对机器通信，都必须使用适合的标准将系统和产品互联在一起。对此，专家们经常提及自动化金字塔：根据定义，可能涵盖基础层、设备层、现场层、控制和过程控制层以及金字塔顶层— —制造运营管理层。各层之间采用不同的标准进行数据交换：机器和设备使用IO-Link、PROFINET、Ethernet/IP、EtherCAT或Ethernet TCP/IP等相关标准在现场层交换数据，然后再传输到控制层，但还没有直达自动化金字塔顶层的路径。这是因为现场总线无法一直扩展到云，MQTT等协议也不能与现场层进行通信。OPC UA框架（UA即统一架构）可以弥补这个差距。劳易测OPC UA认证传感器可为用户带来更多选项。
图1：OPC UA标准可连接自动化金字塔的各个层级。
从现场到云
目前还没有通用的标准允许所有层级之间的所有机器、设备和服务器直接相互通信。这是因为协议必须满足相应层级的具体要求，但使用一个协议无法复制所有信息。无论如何，机器和设备都会生成大量有价值的数据。但是，通常无法在数据评估层直接访问和解析数据，而OPC UA可以为其创建连接。该标准不是一种协议，而是一种框架或技术集。背后原理是：OPC UA使用信息模型定义传输数据。该标准可管理通信层的访问权限，并定义数据交换协议。因此，目前相互隔离的自动化金字塔层级可以变得更具穿透性，演变为一种开放性网络架构。OPC UA功能是可自由使用的开放源，而与制造商和软件平台无关。
快速配置
要在所有自动化金字塔层级之间实现数据交换，必须系统化地准备和提供所有数据。即使已定义通信标准，也会出现以下限制：设备会输出数字信号，而接收器需要使用元数据，因此必须对这种数字信号进行正确解析（例如使用一个装置）。OPC架构的信息模型可在此发挥作用。该模型将连接设备描述为不同的网络对象。第一步是管理节点之间的关系。第二步是定义标准属性，这是识别网络中设备的最低要求。此外还要定义一些特殊属性，例如机器的功能和操作。这就会创建可以自动读取的结构，从而能够使用其他OPC UA认证设备读取和解析数据。实用性是：工业标准即时可用，制造商不必为各个设备从头创建规范。这些配套规范说明了一维码阅读器的定义标准及其所提供的值和事件等内容。OPC架构提供PDF和XML格式下载文件。也就是说，规范是机器可读的，不需要手动传输。
设备数据模型中所存储的信息类型：
- 用于识别网络设备的数据
- 过程数据和事件（例如扫描仪的读取结果、开始/停止命令）
- 质量数据（例如扫描仪读取过程成功或失败）
因此，OPC UA可提供显著的部署优势。例如，劳易测BCL 348i条码阅读器识别出自身为网络中的一维码阅读器，且控制层理解该信号后，系统会自动检测出设备特性(AutoID)。这样便可实现极快速的系统集成。另外可以集中记录单个设备的警报以及错误和状态消息，并以标准方式进行评估，因此系统维护工作也将得以简化。
图2：如果不使用OPC UA标准，通常需要很长的时间来识别缺陷标签或损坏的扫描仪。
确保网络安全
OPC UA还有利于提高IT安全性。在工业物联网时代，有一项要求变得日益重要：必须通过云来处理工业物联网中的机器数据。这对用户的受益是：OPC UA标准中已集成端到端加密功能，可有效防止公司数据受到外部攻击。另外也可以非常轻松地分配内部权限。系统已指定数据访问、读取、评估或更改权限，可以最大程度降低因攻击或错误操作而带来的停机等风险。
系统更易于监控
该标准的最大优势之一是，可以通过数据评估显著提高系统效率。通过OPC UA标准，可轻松地监控机器和系统并优化流程。下面使用一个实际例子进行说明：在零货存储区，传送带会将货箱运输至拣货站和发货区。每个货箱都有一个条码标签。劳易测BCL 348i一维码阅读器安装在传送带上，可提供在传送带上运输货箱所需的数据。一方面，在使用过程中，扫描仪光学器件可能会出现脏污，导致无法清楚检测货箱上的标签。另一方面，运行中标签也可能因受压而损坏或脏污，从而无法再进行读取。此时，机器运营商如何发现错误？
快速访问相关数据
如果不使用OPC UA标准，最便捷的方式是使用诊断计算机来访问传感器。这些设备会存储尝试读取失败次数等数值，因此可以识别出发生污染或损坏的扫描仪。但缺点是，用户必须单独控制和读出每个设备。这是一项非常耗时的任务，特别是在识别受损标签的情况下。此时员工需要单独读出每个扫描仪并手动输入数据。而借助OPC UA标准和适合的传感器技术，此项工作可以非常高效地完成：劳易测BCL 348i一维码阅读器符合OPC UA认证，可以将扫描仪数据传输到控制层。例如，通过部署简单的应用，可以集中评估这些数据并显示在仪表板中。这可以实时显示扫描仪尝试失败次数是否过多。另一个优势是，系统也会传输传感器的安装位置，因此可以直接对设备进行维修。如果确定所有扫描仪都很难检测出特定标签，也可以有针对性地更换相似的标签。总结：该方案可显著提高维护效率，并轻松提高系统可用性。
图3：劳易测BCL 348i一维码阅读器符合OPC UA认证，可兼容OPC UA技术要求，并将数据传输到管理层。
从认证传感器技术中获益
OPC UA在短时间内便发展成为现场层与云之间数据交换的中心框架。以前严格分层的自动化系统变得更具穿透性，这有助于高效评估机器和设备数据等。尽管该安装标准优势显著，但只能使用适合的传感器来持续优化运营和服务。建议咨询可提供OPC UA认证产品并具备相关专业技术的传感器专家。劳易测乐意随时提供帮助。借助DCR 248i二维码阅读器和BCL 348i一维码阅读器等创新OPC UA认证劳易测传感器技术，操作员可以将系统评估效率提升到全新的级别。
图4：DCR 248i等OPC UA认证扫描仪也适用于二维码。为有效利用工业物联网和工业4.0技术，劳易测不断推出更多OPC UA认证产品。
