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机床联网常用通信协议简介

供稿:上海维宏电子科技股份有限公司 2019/1/14 9:58:09
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机床的联网,或者更广义地说数控设备的联网,已经成为了现代制造业的信息化管理的重要基础。不幸的是,历史上机床联网的通信协议也如整个工业控制领域的通信协议一样,品种门类繁杂而凌乱,表面上的统一和各种厂家的自定义掺杂在一起,也为工业信息化的集成商们带来了一定的麻烦,或者说“生意”。

最近十年来数控机床行业的发展趋势上看,总的来说机床联网协议是朝着开放和可互操作发展的,但长期仍然是多种并存。目前比较占主流的联网协议中,常用于局域网的有OPC UA和MTConnect,当然也有沿用在工业控制中有一定市场份额的MODBUS/TCP和PROFINET。

1.OPC UA

由OPC基金会(OPC Foundation)创建,目前在欧洲厂商较为流行,在中国某些行业(电力、石油、化工等)有一定的用户基础。其强调完整、可靠、中性的理念,即目标是与供应商无关。为双向通信协议(即可读可控),具有设备模型定义能力,但并不提供具体行业的设备(比如机床设备)描述标准参考模型。在我国相关组织有在研发和制订关于机床领域的行业标准参考模型。其与下面的与MTConnect协议之间有互转换协议,因为二者的设计理念类似,转换相对容易实现。OPC UA之前为收费标准,导致部分企业难以采用;自2017年开始会员费用降低,且提供免费的LOGO会员,而收费主要针对兼容性测试。

2.MTConnect

由美国机械制造技术协会(AMI,Association For Manufacturing Technology)主导制订。起源来自DMG早年的一个机床联网项目,后来成为开源标准。因为强调安全性,定义为单向通信协议(只读)。具有设备模型定义能力且提供机床设备标准参考模型,这一点是MTConnect协议的重要特点。目前已获国际主流机床厂支持并正在申报ISO标准,流行范围主要是美国和日本,国内部分企业开始采用。

OPC UA和MTConnect两种协议因为采用了常用的互联网技术(如http、XML),使得即便是缺乏工业通信经验的软件工程师也相对容易上手编写相关的生产管理软件。而其中包含的数据模型,也便于软件系统自动识别和理解其数据含义,从而有利于MES等生产管理系统的产品化和集成,为未来开发更复杂的系统奠定了基础。

3.MODBUS/TCP

历史悠久的工业控制通信协议,有一定的存量市场占有率。在我国,已经被定义为工业通信的国家标准之一。具有结构简单的有点,但是可传递的数据种类和数量有限,不具有数据模型,对生产管理信息系统的产品化开发和集成不是特别适合。目前国内一些入门级的MES系统的供应商多采用此协议,或者支持此协议以对接机械手等设备。

4.PROFINET

由PROFIBUS国际组织(PROFIBUS International,PI)推出,是基于工业以太网技术的自动化总线标准。PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案,囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域。使用者多为西门子及其关联企业,但西门子公司也为自己的产品提供其他协议的接口。该协议最大的遗憾主要在于缺乏开源免费资源。

5.NC-LINK

即正在制订中的中国机床互操作标准,综合借鉴了OPC UA和MTConnect的特点。为双向通信协议(可读可控),支持块数据传输。

在我国,因为历史原因造成采取的协议品种较多,可以是以上协议及各种私有协议都有一定的市场。因此,作为国内领先的数控系统厂商,维宏股份(证券代码:300508)不仅在自身的数控产品上提供了以太网口以支持原生联网功能,还本着标准中立的原则在多数产品中集成了OPC UA和MTConnect协议,部分产品应客户需求集成MODBUS/TCP。同时还积极参加了我国的机床联网协议(NC-LINK)的制订工作,为广大用户迎接“中国制造2025”和工业互联网时代贡献自己的一份力量。

互联网时代,随着各种新兴商业模式的不断涌现,机床联网的方式也逐渐从局域网走向了互联网。比如在售后技术服务、租赁管理等场景下。但是机床联网的广域网协议目前并没有明确的国际标准。常用的解决方案有两类:

方案一:利用VPN加密信道,然后采用局域网通信标准。

方案二:利用HTTPS加密方式,配合MQTT、HTTP RESTful等互联网通信协议自定义私有应用协议或接口。

维宏股份的维宏云采用的是一种私有协议,但是其数据可以根据用户的需求在合理框架下通过云端接口实现。云端接口还可以实现类似远程设备授权管理(设备注册)等高级功能。

审核编辑(王妍)
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