從傳感器到云端如何提升互操作性？

　　在現有商用產品的互操作性上，FDT組織和OPC基金會展開了合作，旨在幫助工廠和其它工業設施，在企業范圍內獲得從傳感器到云端的互操作性，增強整個工業部門的生命周期管理。

　　自2011以來，FDT組織和OPC基金會在現有商用（off-the-shelf）產品的互操作性上展開了合作，旨在幫助工廠和其它工業設施，在使用開放標準方面獲得更高的回報。這種合作，為在企業范圍內獲得從傳感器到云端的互操作性，增強整個工業部門的生命周期管理打開了一扇門（見圖1）。

圖1：FDT組織和OPC基金會的合作，為在企業范圍內獲得從傳感器到云端的互操作性、增強整個工業部門的生命周期管理等領域打開了一扇門。圖片來源：FDT組織

　　建立開放標準

　　為理解當前如火如荼的FDT和OPC標準的發展及其在過程、和工廠自動化中所能提供的收益，需要對其歷史發展軌跡做一個簡短的回顧。

　　FDT標準始于1998年，并相繼被吸收到IEC 62453、ISA103和中國GB/T 29618標準中。它致力于在現場設備和主機系統之間提供一個開放的、供應商中立的通訊和配置接口。這包括用于訪問設備復雜功能的通用環境（見圖2）。

圖2：FDT標準在現場設備和主系統之間，提供了一個開放的、供應商中立的通訊和配置接口，這包括用于訪問設備復雜功能的公用環境。

　　該標準有兩個主要的軟件部分：一部分是包括圖形用戶界面(GUI)的框架應用(FDT/框架);另一部分是設備類型管理器（DTM），該管理器作為設備驅動，為制造商提供給定設備所顯示屬性的控制功能。該框架應用程序可以被嵌入到可編程邏輯控制器（PLC）的編程工具、分布式控制系統（DCS）和資產管理系統中，或作為一個獨立的配置工具使用。新版本FDT2.0能夠支持最新的運營環境，并使用了Microsoft .NET技術平臺。

　　OPC標準始于1996年，致力于在生產制造工廠和其它企業內實現安全和可靠的數據交換。OPC統一架構（OPC UA）是一個平臺獨立、面向服務的體系架構，并將OPC原有的技術規范功能集成到同一框架之下。

　　FDT標準，旨在成為重要的信息樞紐，而OPC UA標準則提供了基礎設施，使信息可供其它應用程序和平臺使用。兩者協同工作，使得傳感器、網絡、拓撲信息，能夠提供給企業資源規劃（ERP）系統、云端、工業物聯網（IIoT）以及工業4.0。

　　增加現有產品的互操作性

　　FDT/OPC聯合項目的設想是通過為FDT 2.0標準提供標準插件，使其可以利用OPC UA規范，在整個企業范圍內為啟用數據通訊提供連結性。這種方法充分體現了設備到云計算的策略，從而可以為現有以及未來支持FDT的設備提供配置、診斷、設備健康狀態、通信、歷史數據訪問、報警和事件服務等功能。

　　FDT標準采用物理網絡拓撲和邏輯拓撲來實現工廠分層。工業環境中的網絡協議允許框架應用系統與任何設備對話。這包括通過不同網絡的透明通道實現訪問終端設備的能力。在運行生命周期內，框架應用程序還可以接收調試、診斷、預測和其它高層次數據。為使這些數據源能夠提供給OPC UA架構使用，這些數據被映射到OPC UA的數據模型中，支持FDT /框架的系統被配置為OPC UA服務器（見圖3）。

圖3：顯示設備類型信息的映射

　　客戶端可以請求與FDT/OPC服務器和接入拓撲、健康以及其它數據的安全連接。客戶端訪問沒有數量的限制，而只受限于服務器的容量及網絡帶寬的限制。

　　優化網絡和設備管理

　　系統廠商可以使用服務器輔助設備進行部署。將框架應用程序嵌入到DCS、PLC或其它系統的系統供應商，具有將OPC UA服務器集成到一個應用程序中的能力，這樣就可以從任何客戶端訪問應用程序。

　　將由設備類型管理器（DTM）所提供的信息集成以及納入到信息模型的其它設備驅動程序，是設備診斷、配置、遠程資產管理以及與制造執行系統（MES）整合的重要功能。信息模型旨在提高網絡功能和設備管理，這有助于通過訪問數據來優化企業，而無需針對協議做處理。它還提供了對以前不支持設備的支持。

　　使用DTM或其它設備，如電子設備描述(EDD) 以及現場設備集成（FDI）裝置包等常用的工程工具，就可以對網絡和設備進行配置。由DTM所提供的信息，包括設備類型、參數和輸入/輸出（I/O），可以幫助建立信息模型。該合作旨在增加信息模型的豐富性，同時充分利用服務器。在自動化架構中，服務器無處不在，主要用于傳輸和路由信息。

　　設備通訊方法和使用工業設備信息模型的機器數據，旨在利用全局視圖和集成來整合就地控制和監視。由于用其可以更好、更快的進行決策制定，因此這是一個很好的大數據應用示例。

　　控制網絡的連結性

　　框架應用（frame appliaction），具有訪問工廠設施內所有控制網絡以及連接到網絡上的所有設備的權限。它還具有控制網絡拓撲結構的全部知識信息。在框架應用程序內的OPC UA服務器，使得任何客戶應用程序能夠瀏覽控制結構拓撲以及選擇網上的任何儀表以便獲得該設備的關鍵信息。框架應用程序在整個網絡范圍內自動路由，可以繞過擁堵網段，直接連接到客戶端（見圖4）

圖4：在FDT /框架應用程序內的OPC UA服務器，使得任何客戶應用程序，能夠瀏覽控制結構拓撲以及選擇網上的任何儀表，以便獲得該設備的關鍵信息。

　　任何具有適當安全權限的現有商用OPC UA客戶端，都可以訪問嵌入在框架應用程序中的服務器。類似概念的應用有很多。一個維修技術員，如果手持安裝了基于安卓或基于iOS設備的移動應用程序，那就可以將移動裝置應用到工廠車間，獲得對關鍵設備信息的訪問權限。對于運行人員來講，這就好像不需要任何自定義的代碼或其它應用程序就可以將無線設備直接連接到資產上，這一切成為可能都是因為接口所帶來的便利。

　　“OPC UA接口規定，允許從更高級別的系統（比如資產管理系統）訪問設備數據。”

　　未來平臺的獨立性

　　輔助設備提供了傳感器到云端以及整個企業范圍內的數據通訊，以便實現工業最終用戶所期望的——充分利用工業物聯網（IIoT）和工業4.0所帶來的優勢。FDT則希望更進一步，建立IIoT解決方案，實現對移動性、在線安全和互操作性的支持，同時可以獨立于平臺的部署在單機客戶端/服務器或云架構上。

　　FDT/OPC標準的結合，旨在創建一個由標準化工業網絡、自動化系統和設備連接構成的系統基礎設施。遠程訪問連接的機器、生產裝置和設備有助于推動性能改進。這種方法有助于統一系統工程實施和配置，并為工業4.0的設備診斷提供支持，建立與工業3.0網絡和設備連接的橋梁。

　　技術合作的目的是確保自動化系統、資產管理系統和其它工廠企業系統和應用程序之間在線數據的無縫交換。這種設計是為了幫助工業終端用戶利用數據和信息模型，以及建模和相應的服務，來實現從應用到設備的集成。