新知|機床聯(lián)網(wǎng)常用通信協(xié)議簡(jiǎn)介
發(fā)布時(shí)間：2019-01-11 17:38
機床的聯(lián)網(wǎng)，或者更廣義地說(shuō)數控設備的聯(lián)網(wǎng)，已經(jīng)成為了現代制造業(yè)的信息化管理的重要基礎。不幸的是，歷史上機床聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議也如整個(gè)工業(yè)控制領(lǐng)域的通信協(xié)議一樣，品種門(mén)類(lèi)繁雜而凌亂，表面上的統一和各種廠(chǎng)家的自定義摻雜在一起，也為工業(yè)信息化的集成商們帶來(lái)了一定的麻煩，或者說(shuō)“生意”。
最近十年來(lái)數控機床行業(yè)的發(fā)展趨勢上看，總的來(lái)說(shuō)機床聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是朝著(zhù)開(kāi)放和可互操作發(fā)展的，但長(cháng)期仍然是多種并存。目前比較占主流的聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中，常用于局域網(wǎng)的有OPC UA和MTConnect，當然也有沿用在工業(yè)控制中有一定市場(chǎng)份額的MODBUS/TCP和PROFINET。
1.OPC UA
由OPC基金會(huì )（OPC Foundation）創(chuàng )建，目前在歐洲廠(chǎng)商較為流行，在中國某些行業(yè)（電力、石油、化工等）有一定的用戶(hù)基礎。其強調完整、可靠、中性的理念，即目標是與供應商無(wú)關(guān)。為雙向通信協(xié)議（即可讀可控），具有設備模型定義能力，但并不提供具體行業(yè)的設備（比如機床設備）描述標準參考模型。在我國相關(guān)組織有在研發(fā)和制訂關(guān)于機床領(lǐng)域的行業(yè)標準參考模型。其與下面的與MTConnect協(xié)議之間有互轉換協(xié)議，因為二者的設計理念類(lèi)似，轉換相對容易實(shí)現。OPC UA之前為收費標準，導致部分企業(yè)難以采用；自2017年開(kāi)始會(huì )員費用降低，且提供免費的LOGO會(huì )員，而收費主要針對兼容性測試。
2.MTConnect
由美國機械制造技術(shù)協(xié)會(huì )（AMI，Association For Manufacturing Technology）主導制訂。起源來(lái)自DMG早年的一個(gè)機床聯(lián)網(wǎng)項目，后來(lái)成為開(kāi)源標準。因為強調安全性，定義為單向通信協(xié)議（只讀）。具有設備模型定義能力且提供機床設備標準參考模型，這一點(diǎn)是MTConnect協(xié)議的重要特點(diǎn)。目前已獲國際主流機床廠(chǎng)支持并正在申報ISO標準，流行范圍主要是美國和日本，國內部分企業(yè)開(kāi)始采用。
OPC UA和MTConnect兩種協(xié)議因為采用了常用的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（如http、XML）,使得即便是缺乏工業(yè)通信經(jīng)驗的軟件工程師也相對容易上手編寫(xiě)相關(guān)的生產(chǎn)管理軟件。而其中包含的數據模型，也便于軟件系統自動(dòng)識別和理解其數據含義，從而有利于MES等生產(chǎn)管理系統的產(chǎn)品化和集成，為未來(lái)開(kāi)發(fā)更復雜的系統奠定了基礎。
3.MODBUS/TCP
歷史悠久的工業(yè)控制通信協(xié)議，有一定的存量市場(chǎng)占有率。在我國，已經(jīng)被定義為工業(yè)通信的國家標準之一。具有結構簡(jiǎn)單的有點(diǎn)，但是可傳遞的數據種類(lèi)和數量有限，不具有數據模型，對生產(chǎn)管理信息系統的產(chǎn)品化開(kāi)發(fā)和集成不是特別適合。目前國內一些入門(mén)級的MES系統的供應商多采用此協(xié)議，或者支持此協(xié)議以對接機械手等設備。
4.PROFINET
由PROFIBUS國際組織（PROFIBUS International，PI）推出，是基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線(xiàn)標準。PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò )解決方案，囊括了諸如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò )安全等當前自動(dòng)化領(lǐng)域。使用者多為西門(mén)子及其關(guān)聯(lián)企業(yè)，但西門(mén)子公司也為自己的產(chǎn)品提供其他協(xié)議的接口。該協(xié)議最大的遺憾主要在于缺乏開(kāi)源免費資源。
5.NC-LINK
即正在制訂中的中國機床互操作標準，綜合借鑒了OPC UA和MTConnect的特點(diǎn)。為雙向通信協(xié)議（可讀可控），支持塊數據傳輸。
在我國，因為歷史原因造成采取的協(xié)議品種較多，可以是以上協(xié)議及各種私有協(xié)議都有一定的市場(chǎng)。因此，作為國內領(lǐng)先的數控系統廠(chǎng)商，維宏股份（證券代碼：300508）不僅在自身的數控產(chǎn)品上提供了以太網(wǎng)口以支持原生聯(lián)網(wǎng)功能，還本著(zhù)標準中立的原則在多數產(chǎn)品中集成了OPC UA和MTConnect協(xié)議，部分產(chǎn)品應客戶(hù)需求集成了MODBUS/TCP。同時(shí)還積極參加了我國的機床聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（NC-LINK）的制訂工作，為廣大用戶(hù)迎接“中國制造2025”和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代貢獻自己的一份力量。
互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，隨著(zhù)各種新興商業(yè)模式的不斷涌現，機床聯(lián)網(wǎng)的方式也逐漸從局域網(wǎng)走向了互聯(lián)網(wǎng)。比如在售后技術(shù)服務(wù)、租賃管理等場(chǎng)景下。但是機床聯(lián)網(wǎng)的廣域網(wǎng)協(xié)議目前并沒(méi)有明確的國際標準。常用的解決方案有兩類(lèi)：
方案一：利用VPN加密信道，然后采用局域網(wǎng)通信標準。
方案二：利用HTTPS加密方式，配合MQTT、HTTP RESTful等互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議自定義私有應用協(xié)議或接口。
維宏股份的維宏云采用的是一種私有協(xié)議，但是其數據可以根據用戶(hù)的需求在合理框架下通過(guò)云端接口實(shí)現。云端接口還可以實(shí)現類(lèi)似遠程設備授權管理（設備注冊）等高級功能。
