技術報告 | 勞易測OPC UA認證傳感器助力提高數據透明性
http://www.debgrams.com 2023-09-14 09:56 來源：勞易測電子貿易（深圳）有限公司
OPC UA標準可促進機器和設備數據的高效評估。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
使自動化金字塔更具穿透性
無論是工業4.0、工業物聯網還是機器對機器通信，都必須使用適合的標準將系統和產品互聯在一起。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等相關標準在現場層交換數據，然后再傳輸到控制層，但還沒有直達自動化金字塔頂層的路徑。這是因為現場總線無法一直擴展到云，MQTT等協議也不能與現場層進行通信。OPC UA框架（UA即統一架構）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。這是因為協議必須滿足相應層級的具體要求，但使用一個協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據。但是，通常無法在數據評估層直接訪問和解析數據，而OPC UA可以為其創建連接。該標準不是一種協議，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據。該標準可管理通信層的訪問權限，并定義數據交換協議。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，演變為一種開放性網絡架構。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數據交換，必須系統化地準備和提供所有數據。即使已定義通信標準，也會出現以下限制：設備會輸出數字信號，而接收器需要使用元數據，因此必須對這種數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據。實用性是：工業標準即時可用，制造商不必為各個設備從頭創建規范。這些配套規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，規范是機器可讀的，不需要手動傳輸。
設備數據模型中所存儲的信息類型：
- 用于識別網絡設備的數據
- 過程數據和事件（例如掃描儀的讀取結果、開始/停止命令）
- 質量數據（例如掃描儀讀取過程成功或失敗）
因此，OPC UA可提供顯著的部署優勢。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，系統會自動檢測出設備特性(AutoID)。這樣便可實現極快速的系統集成。另外可以集中記錄單個設備的警報以及錯誤和狀態消息，并以標準方式進行評估，因此系統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。在工業物聯網時代，有一項要求變得日益重要：必須通過云來處理工業物聯網中的機器數據。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。系統已指定數據訪問、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。
系統更易于監控
該標準的最大優勢之一是，可以通過數據評估顯著提高系統效率。通過OPC UA標準，可輕松地監控機器和系統并優化流程。下面使用一個實際例子進行說明：在零貨存儲區，傳送帶會將貨箱運輸至揀貨站和發貨區。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據。一方面，在使用過程中，掃描儀光學器件可能會出現臟污，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，機器運營商如何發現錯誤？
快速訪問相關數據
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等數值，因此可以識別出發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，可以將掃描儀數據傳輸到控制層。例如，通過部署簡單的應用，可以集中評估這些數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是否過多。另一個優勢是，系統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，并將數據傳輸到管理層。
從認證傳感器技術中獲益
OPC UA在短時間內便發展成為現場層與云之間數據交換的中心框架。以前嚴格分層的自動化系統變得更具穿透性，這有助于高效評估機器和設備數據等。盡管該安裝標準優勢顯著，但只能使用適合的傳感器來持續優化運營和服務。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一維碼閱讀器等創新OPC UA認證勞易測傳感器技術，操作員可以將系統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。為有效利用工業物聯網和工業4.0技術，勞易測不斷推出更多OPC UA認證產品。
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