新知|機(jī)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(jī)床的聯(lián)網(wǎng)，或者更廣義地說數(shù)控設(shè)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(chǔ)。不幸的是，歷史上機(jī)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(jī)床行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)上看，總的來說機(jī)床聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是朝著開放和可互操作發(fā)展的，但長(zhǎng)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(dāng)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，目前在歐洲廠商較為流行，在中國(guó)某些行業(yè)（電力、石油、化工等）有一定的用戶基礎(chǔ)。其強(qiáng)調(diào)完整、可靠、中性的理念，即目標(biāo)是與供應(yīng)商無關(guān)。為雙向通信協(xié)議（即可讀可控），具有設(shè)備模型定義能力，但并不提供具體行業(yè)的設(shè)備（比如機(jī)床設(shè)備）描述標(biāo)準(zhǔn)參考模型。在我國(guó)相關(guān)組織有在研發(fā)和制訂關(guān)于機(jī)床領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)槎叩脑O(shè)計(jì)理念類似，轉(zhuǎn)換相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。OPC UA之前為收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致部分企業(yè)難以采用；自2017年開始會(huì)員費(fèi)用降低，且提供免費(fèi)的LOGO會(huì)員，而收費(fèi)主要針對(duì)兼容性測(cè)試。
2.MTConnect
由美國(guó)機(jī)械制造技術(shù)協(xié)會(huì)（AMI，Association For Manufacturing Technology）主導(dǎo)制訂。起源來自DMG早年的一個(gè)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，后來成為開源標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)閺?qiáng)調(diào)安全性，定義為單向通信協(xié)議（只讀）。具有設(shè)備模型定義能力且提供機(jī)床設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)參考模型，這一點(diǎn)是MTConnect協(xié)議的重要特點(diǎn)。目前已獲國(guó)際主流機(jī)床廠支持并正在申報(bào)ISO標(biāo)準(zhǔn)，流行范圍主要是美國(guó)和日本，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)開始采用。
OPC UA和MTConnect兩種協(xié)議因?yàn)椴捎昧顺Ｓ玫幕ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)（如http、XML）,使得即便是缺乏工業(yè)通信經(jīng)驗(yàn)的軟件工程師也相對(duì)容易上手編寫相關(guān)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(dòng)識(shí)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(fù)雜的系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
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(guó)，已經(jīng)被定義為工業(yè)通信的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之一。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的有點(diǎn)，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(duì)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(guó)內(nèi)一些入門級(jí)的MES系統(tǒng)的供應(yīng)商多采用此協(xié)議，或者支持此協(xié)議以對(duì)接機(jī)械手等設(shè)備。
4.PROFINET
由PROFIBUS國(guó)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)化總線標(biāo)準(zhǔn)。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(yùn)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(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域。使用者多為西門子及其關(guān)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(fèi)資源。
5.NC-LINK
即正在制訂中的中國(guó)機(jī)床互操作標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)據(jù)傳輸。
在我國(guó)，因?yàn)闅v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(guó)內(nèi)領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)客戶需求集成了MODBUS/TCP。同時(shí)還積極參加了我國(guó)的機(jī)床聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（NC-LINK）的制訂工作，為廣大用戶迎接“中國(guó)制造2025”和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代貢獻(xiàn)自己的一份力量。
互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，隨著各種新興商業(yè)模式的不斷涌現(xiàn)，機(jī)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(jī)床聯(lián)網(wǎng)的廣域網(wǎng)協(xié)議目前并沒有明確的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)。
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(yīng)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(shí)現(xiàn)。云端接口還可以實(shí)現(xiàn)類似遠(yuǎn)程設(shè)備授權(quán)管理（設(shè)備注冊(cè)）等高級(jí)功能。
