新知|機床聯(lián)網(wǎng)常用通信協(xié)議簡介
發(fā)布時間：2019-01-11 17:38
機床的聯(lián)網(wǎng)，或者更廣義地說數(shù)控設備的聯(lián)網(wǎng)，已經(jīng)成為了現(xiàn)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)議也如整個工業(yè)控制領域的通信協(xié)議一樣，品種門類繁雜而凌亂，表面上的統(tǒng)一和各種廠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了一定的麻煩，或者說“生意”。
最近十年來數(shù)控機床行業(yè)的發(fā)展趨勢上看，總的來說機床聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是朝著開放和可互操作發(fā)展的，但長期仍然是多種并存。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)控制中有一定市場份額的MODBUS/TCP和PROFINET。
1.OPC UA
由OPC基金會（OPC Foundation）創(chuàng)建，目前在歐洲廠商較為流行，在中國某些行業(yè)（電力、石油、化工等）有一定的用戶基礎。其強調(diào)完整、可靠、中性的理念，即目標是與供應商無關。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。在我國相關組織有在研發(fā)和制訂關于機床領域的行業(yè)標準參考模型。其與下面的與MTConnect協(xié)議之間有互轉(zhuǎn)換協(xié)議，因為二者的設計理念類似，轉(zhuǎn)換相對容易實現(xiàn)。OPC UA之前為收費標準，導致部分企業(yè)難以采用；自2017年開始會員費用降低，且提供免費的LOGO會員，而收費主要針對兼容性測試。
2.MTConnect
由美國機械制造技術協(xié)會（AMI，Association For Manufacturing Technology）主導制訂。起源來自DMG早年的一個機床聯(lián)網(wǎng)項目，后來成為開源標準。因為強調(diào)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，這一點是MTConnect協(xié)議的重要特點。目前已獲國際主流機床廠支持并正在申報ISO標準，流行范圍主要是美國和日本，國內(nèi)部分企業(yè)開始采用。
OPC UA和MTConnect兩種協(xié)議因為采用了常用的互聯(lián)網(wǎng)技術（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相關的生產(chǎn)管理軟件。而其中包含的數(shù)據(jù)模型，也便于軟件系統(tǒng)自動識別和理解其數(shù)據(jù)含義，從而有利于MES等生產(chǎn)管理系統(tǒng)的產(chǎn)品化和集成，為未來開發(fā)更復雜的系統(tǒng)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。具有結構簡單的有點，但是可傳遞的數(shù)據(jù)種類和數(shù)量有限，不具有數(shù)據(jù)模型，對生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的產(chǎn)品化開發(fā)和集成不是特別適合。目前國內(nèi)一些入門級的MES系統(tǒng)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)技術的自動化總線標準。PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網(wǎng)絡解決方案，囊括了諸如實時以太網(wǎng)、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡安全等當前自動化領域。使用者多為西門子及其關聯(lián)企業(yè)，但西門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。為雙向通信協(xié)議（可讀可控），支持塊數(shù)據(jù)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。因此，作為國內(nèi)領先的數(shù)控系統(tǒng)廠商，維宏股份（證券代碼：300508）不僅在自身的數(shù)控產(chǎn)品上提供了以太網(wǎng)口以支持原生聯(lián)網(wǎng)功能，還本著標準中立的原則在多數(shù)產(chǎn)品中集成了OPC UA和MTConnect協(xié)議，部分產(chǎn)品應客戶需求集成了MODBUS/TCP。同時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，為廣大用戶迎接“中國制造2025”和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代貢獻自己的一份力量。
互聯(lián)網(wǎng)時代，隨著各種新興商業(yè)模式的不斷涌現(xiàn)，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)。比如在售后技術服務、租賃管理等場景下。但是機床聯(lián)網(wǎng)的廣域網(wǎng)協(xié)議目前并沒有明確的國際標準。常用的解決方案有兩類：
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(shù)據(jù)可以根據(jù)用戶的需求在合理框架下通過云端接口實現(xiàn)。云端接口還可以實現(xiàn)類似遠程設備授權管理（設備注冊）等高級功能。
