从传感器到云端如何提升互操作性？

在现有商用产品的互操作性上，FDT组织和OPC基金会展开了合作，旨在帮助工厂和其它工业设施，在企业范围内获得从传感器到云端的互操作性，增强整个工业部门的生命周期管理。

自2011以来，FDT组织和OPC基金会在现有商用(off-the-shelf)产品的互操作性上展开了合作，旨在帮助工厂和其它工业设施，在使用开放标准方面获得更高的回报。这种合作，为在企业范围内获得从传感器到云端的互操作性，增强整个工业部门的生命周期管理打开了一扇门(见图1)。

图1：FDT组织和OPC基金会的合作，为在企业范围内获得从传感器到云端的互操作性、增强整个工业部门的生命周期管理等领域打开了一扇门。图片来源：FDT组织

建立开放标准

为理解当前如火如荼的FDT和OPC标准的发展及其在过程、和工厂中所能提供的收益，需要对其历史发展轨迹做一个简短的回顾。

FDT标准始于1998年，并相继被吸收到IEC 62453、ISA103和中国GB/T 29618标准中。它致力于在现场设备和主机系统之间提供一个开放的、供应商中立的通讯和配置接口。这包括用于访问设备复杂功能的通用环境(见图2)。

图2：FDT标准在现场设备和主系统之间，提供了一个开放的、供应商中立的通讯和配置接口，这包括用于访问设备复杂功能的公用环境。

该标准有两个主要的软件部分：一部分是包括图形用户界面(GUI)的框架应用(FDT/框架);另一部分是设备类型管理器(DTM)，该管理器作为设备驱动，为制造商提供给定设备所显示属性的控制功能。该框架应用程序可以被嵌入到可编程逻辑控制器()的编程工具、分布式()和资产管理系统中，或作为一个独立的配置工具使用。新版本FDT2.0能够支持最新的运营环境，并使用了Microsoft .NET技术平台。

OPC标准始于1996年，致力于在生产制造工厂和其它企业内实现安全和可靠的数据交换。OPC统一架构(OPC UA)是一个平台独立、面向服务的体系架构，并将OPC原有的技术规范功能集成到同一框架之下。

FDT标准，旨在成为重要的信息枢纽，而OPC UA标准则提供了基础设施，使信息可供其它应用程序和平台使用。两者协同工作，使得传感器、网络、拓扑信息，能够提供给企业资源规划(ERP)系统、云端、工业物联网(IIoT)以及工业4.0。

增加现有产品的互操作性

FDT/OPC联合项目的设想是通过为FDT 2.0标准提供标准插件，使其可以利用OPC UA规范，在整个企业范围内为启用数据通讯提供连结性。这种方法充分体现了设备到云计算的策略，从而可以为现有以及未来支持FDT的设备提供配置、诊断、设备健康状态、通信、历史数据访问、报警和事件服务等功能。

FDT标准采用物理网络拓扑和逻辑拓扑来实现工厂分层。工业环境中的网络协议允许框架应用系统与任何设备对话。这包括通过不同网络的透明通道实现访问终端设备的能力。在运行生命周期内，框架应用程序还可以接收调试、诊断、预测和其它高层次数据。为使这些数据源能够提供给OPC UA架构使用，这些数据被映射到OPC UA的数据模型中，支持FDT /框架的系统被配置为OPC UA服务器(见图3)。

图3：显示设备类型信息的映射

客户端可以请求与FDT/OPC服务器和接入拓扑、健康以及其它数据的安全连接。客户端访问没有数量的限制，而只受限于服务器的容量及网络带宽的限制。

优化网络和设备管理

系统厂商可以使用服务器辅助设备进行部署。将框架应用程序嵌入到DCS、PLC或其它系统的系统供应商，具有将OPC UA服务器集成到一个应用程序中的能力，这样就可以从任何客户端访问应用程序。

将由设备类型管理器(DTM)所提供的信息集成以及纳入到信息模型的其它设备驱动程序，是设备诊断、配置、远程资产管理以及与制造执行系统(MES)整合的重要功能。信息模型旨在提高网络功能和设备管理，这有助于通过访问数据来优化企业，而无需针对协议做处理。它还提供了对以前不支持设备的支持。

使用DTM或其它设备，如电子设备描述(EDD) 以及现场设备集成(FDI)装置包等常用的工程工具，就可以对网络和设备进行配置。由DTM所提供的信息，包括设备类型、参数和输入/输出(I/O)，可以帮助建立信息模型。该合作旨在增加信息模型的丰富性，同时充分利用服务器。在自动化架构中，服务器无处不在，主要用于传输和路由信息。

设备通讯方法和使用工业设备信息模型的机器数据，旨在利用全局视图和集成来整合就地控制和监视。由于用其可以更好、更快的进行决策制定，因此这是一个很好的大数据应用示例。

控制网络的连结性

框架应用(frame appliaction)，具有访问工厂设施内所有控制网络以及连接到网络上的所有设备的权限。它还具有控制网络拓扑结构的全部知识信息。在框架应用程序内的OPC UA服务器，使得任何客户应用程序能够浏览控制结构拓扑以及选择网上的任何仪表以便获得该设备的关键信息。框架应用程序在整个网络范围内自动路由，可以绕过拥堵网段，直接连接到客户端(见图4)

图4：在FDT /框架应用程序内的OPC UA服务器，使得任何客户应用程序，能够浏览控制结构拓扑以及选择网上的任何仪表，以便获得该设备的关键信息。

任何具有适当安全权限的现有商用OPC UA客户端，都可以访问嵌入在框架应用程序中的服务器。类似概念的应用有很多。一个维修技术员，如果手持安装了基于安卓或基于iOS设备的移动应用程序，那就可以将移动装置应用到工厂车间，获得对关键设备信息的访问权限。对于运行人员来讲，这就好像不需要任何自定义的代码或其它应用程序就可以将无线设备直接连接到资产上，这一切成为可能都是因为接口所带来的便利。

“OPC UA接口规定，允许从更高级别的系统(比如资产管理系统)访问设备数据。”

未来平台的独立性

辅助设备提供了传感器到云端以及整个企业范围内的数据通讯，以便实现工业最终用户所期望的——充分利用工业物联网(IIoT)和工业4.0所带来的优势。FDT则希望更进一步，建立IIoT解决方案，实现对移动性、在线安全和互操作性的支持，同时可以独立于平台的部署在单机客户端/服务器或云架构上。

FDT/OPC标准的结合，旨在创建一个由标准化工业网络、自动化系统和设备连接构成的系统基础设施。远程访问连接的机器、生产装置和设备有助于推动性能改进。这种方法有助于统一系统工程实施和配置，并为工业4.0的设备诊断提供支持，建立与工业3.0网络和设备连接的桥梁。

技术合作的目的是确保自动化系统、资产管理系统和其它工厂企业系统和应用程序之间在线数据的无缝交换。这种设计是为了帮助工业终端用户利用数据和信息模型，以及建模和相应的服务，来实现从应用到设备的集成。