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　　編者語：在工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)不斷變化的同時(shí)，一個(gè)明顯的趨勢(shì)是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)也快速地向開放標(biāo)準(zhǔn)的因特網(wǎng)世界遷移，這一過程的焦點(diǎn)就是使得不同類型的應(yīng)用能夠在因特網(wǎng)/內(nèi)聯(lián)網(wǎng)上共享數(shù)據(jù)。工業(yè)自動(dòng)化的解決方案與新一代因特網(wǎng)的SOAP Web服務(wù)聯(lián)系在一起，施耐德電氣已經(jīng)把這一新技術(shù)集成到PLC平臺(tái)上，使得數(shù)據(jù)可以從實(shí)時(shí)的生產(chǎn)過程直接與商業(yè)/信息系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行交換。

　　在工業(yè)自動(dòng)化的通訊系統(tǒng)中，包含了種類繁多的通訊協(xié)議，有多種封閉私有的協(xié)議，也有基于開放的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，但整體的趨勢(shì)是朝向開放標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議遷移，因?yàn)檫@樣做有很多的好處，其中之一就是容易部署、安裝、調(diào)試和維護(hù)，并增加了不同系統(tǒng)和設(shè)備間的互易操作。

　　在工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)不斷變化的同時(shí)，一個(gè)明顯的趨勢(shì)是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)也快速地向開放標(biāo)準(zhǔn)的因特網(wǎng)世界遷移，這一過程的焦點(diǎn)就是使得不同類型的應(yīng)用能夠在因特網(wǎng)/內(nèi)聯(lián)網(wǎng)上共享數(shù)據(jù)。工業(yè)自動(dòng)化的解決方案與新一代因特網(wǎng)的SOAP Web服務(wù)聯(lián)系在一起，施耐德電氣已經(jīng)把這一新技術(shù)集成到PLC平臺(tái)上，使得數(shù)據(jù)可以從實(shí)時(shí)的生產(chǎn)過程直接與商業(yè)/信息系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行交換。

　　工業(yè)自動(dòng)化的通訊

　　過去的幾十年中，各大廠商都在開發(fā)自己的通訊協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)工業(yè)自動(dòng)化這一市場(chǎng)，希望自己的網(wǎng)絡(luò)能夠贏得優(yōu)勢(shì)。如Modbus，F(xiàn)F，Profibus，Interbus，Devicenet，Asi等，可以列出一大串名單的私有協(xié)議，各自也都有自己的特點(diǎn)，如內(nèi)置診斷功能，總線為設(shè)備供電，或者能夠具有特殊的性能等。

　　商業(yè)軟件系統(tǒng)和SCADA（監(jiān)控與數(shù)采）系統(tǒng)必須支持眾多的私有通訊協(xié)議，才能從工廠和車間的設(shè)備中獲取生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，這些系統(tǒng)（商務(wù)系統(tǒng)）通常需要多個(gè)接口和網(wǎng)絡(luò)，這使得系統(tǒng)的安裝和維護(hù)變得非常復(fù)雜并且價(jià)格昂貴。

　　因特網(wǎng)的蓬勃發(fā)展刺激了以太網(wǎng)的不斷增長(zhǎng)，跨越了商業(yè)和工業(yè)的應(yīng)用，目前TCP/IP以太網(wǎng)已經(jīng)成為了公共的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。因此，很多現(xiàn)場(chǎng)總線組織已經(jīng)定義了基于TCP/IP以太網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如Modbus/TCP，Profinet，Ethernet/IP等，雖然這些不同的協(xié)議可以在同一個(gè)物理的以太網(wǎng)上運(yùn)行，但設(shè)備之間仍然不能通訊（因?yàn)樵O(shè)備仍然使用不同的協(xié)議），軟件提供商（商務(wù)軟件和SCADA軟件）仍然要對(duì)不同的以太網(wǎng)協(xié)議提供支持。

　　OPC：一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化通訊的標(biāo)準(zhǔn)

　　1996年，OPC基金會(huì)建立了第一個(gè)用于工業(yè)自動(dòng)化過程控制的通訊標(biāo)準(zhǔn)，OPC-DA（數(shù)據(jù)訪問），這一標(biāo)準(zhǔn)使得兼容OPC-DA的軟件（商業(yè)軟件和SCADA軟件），可以通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議接口來訪問PLC和其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)。工業(yè)自動(dòng)化的供應(yīng)商迅速地提供了OPC服務(wù)器軟件，捆綁他們下游的現(xiàn)場(chǎng)協(xié)議，連接到PLC和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，而SCADA的供應(yīng)商只要提供OPC的客戶端接口即可。這種方式很快得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了成功——它是一種開放的技術(shù)，不倚賴任何一個(gè)廠商，提供了一種簡(jiǎn)單一致的方法訪問工廠的數(shù)據(jù)，而且與下游使用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無關(guān)。

　　第一個(gè)OPC標(biāo)準(zhǔn)(OPC-DA)是基于微軟早期的COM（組件對(duì)象模型）和DCOM（分布式組件對(duì)象模型）技術(shù)而產(chǎn)生的，而這一技術(shù)的基礎(chǔ)就是遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC），這種方法允許任意一個(gè)應(yīng)用發(fā)起一個(gè)對(duì)遠(yuǎn)程應(yīng)用的調(diào)用或請(qǐng)求（是一種客戶端-服務(wù)器或者請(qǐng)求-應(yīng)答關(guān)系）。

　　第一個(gè)OPC-DA（基于COM/DCOM）標(biāo)準(zhǔn)的局限性為：

　　緊密的捆綁和倚賴微軟的技術(shù)；

　　不能支持其他應(yīng)用通過因特網(wǎng)（通過安全防火墻）支持遠(yuǎn)程訪問；

　　通訊信息僅限于RPC方法。

　　其他供應(yīng)商也提供了類似于微軟COM/DCOM 的RPC服務(wù)，比如CORBA(Unix)和RMI(Java)，但他們也缺少跨平臺(tái)的支持，而OPC基金會(huì)也沒有提出解決這一問題的方法。我們后面就會(huì)討論：怎樣采用業(yè)界公認(rèn)RPC方法，基于廣泛接受的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（稱為Web服務(wù)）。

　　OPC基金會(huì)也采用了一些標(biāo)準(zhǔn)，用于不同類型數(shù)據(jù)的交換，如歷史數(shù)據(jù)，批處理數(shù)據(jù)，復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和用于OPC服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換(OPC-DX)等，基金會(huì)的最新工作進(jìn)展為OPC-UA（統(tǒng)一體系結(jié)構(gòu)），使用Web服務(wù)把所有OPC的標(biāo)準(zhǔn)聚集在一起。

　　遠(yuǎn)程訪問的需求

　　二十世紀(jì)九十年代末期，因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展驅(qū)動(dòng)了遠(yuǎn)程設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備對(duì)所有信息資源訪問的需求。在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域里，這意味著需要把實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及時(shí)地送到上游的商務(wù)軟件或數(shù)據(jù)采集軟件中去，僅把當(dāng)前的生產(chǎn)數(shù)據(jù)存放在本地的HMI中是不夠的，同樣的數(shù)據(jù)現(xiàn)在也要實(shí)時(shí)地登錄到企業(yè)的數(shù)據(jù)庫和商務(wù)軟件中。另外，通過因特網(wǎng)和內(nèi)聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問，通過無線網(wǎng)使用手機(jī)、手持式PC和PDA、使用Web訪問的需求也不斷增加。

　　新一代自動(dòng)化設(shè)備采用了具有Web服務(wù)的技術(shù)，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，提供滿足上面需求的劃時(shí)代解決方案。1999年，施耐德電氣第一個(gè)把Web技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，開發(fā)了第一臺(tái)基于PLC的Web服務(wù)器，因此通過標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器界面，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程（因特網(wǎng)/內(nèi)聯(lián)網(wǎng)）的可視化訪問。使用大眾都熟悉的Web瀏覽器具有很多的益處：客戶端不需要任何的私有軟件（許可證的費(fèi)用），訪問過程非常簡(jiǎn)單，和上因特網(wǎng)的過程是一樣的，遠(yuǎn)程客戶端的數(shù)量是沒有限制的等等。

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　　一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化解決方案總是根據(jù)應(yīng)用需要，由下面的方法組合而成。

　　(1) 傳統(tǒng)技術(shù)

　　工業(yè)自動(dòng)化最常用的過程數(shù)據(jù)采集方法，它把數(shù)據(jù)存放到上游的數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)使用報(bào)告工具完成報(bào)告。

　　OPC： 這里不需要完整的SCADA軟件包，PLC的數(shù)據(jù)可以通過OPC的接口直接送往數(shù)據(jù)庫和報(bào)告工具。

　　采用上述技術(shù)數(shù)據(jù)傳送3步曲：

　　PLC SCADA 數(shù)據(jù)庫 報(bào)告

　　PLC OPC 數(shù)據(jù)庫 報(bào)告

　　(2) 新技術(shù)

　　新一代面板安裝型HMI設(shè)備可以提供高性價(jià)比的數(shù)據(jù)采集和日志登錄方法，只要應(yīng)用需要，就可以和傳統(tǒng)的SCADA互補(bǔ)使用。這樣過程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于本地的HMI之中，什么時(shí)候需要，就可以使用以太網(wǎng)FTP協(xié)議，把數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)庫或報(bào)告工具之中，供今后使用。

　　 采用上述技術(shù)數(shù)據(jù)傳送3步曲：

　　PLC  HMI  FTP  報(bào)告

　　(3) 劃時(shí)代技術(shù)

　　一個(gè) FactoryCast HMI 主動(dòng)型 Web 服務(wù)器模塊， 插在 PLC 的基架上，能夠把數(shù)據(jù)直接傳送到遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫中，省去了SCADA / OPC 等中間設(shè)備。數(shù)據(jù)傳送變2步：

　　PLC (Web 服務(wù)器) 數(shù)據(jù)庫  報(bào)告

　　(4) 跨時(shí)代技術(shù)

　　FactoryCast HMI 主動(dòng)型 Web 服務(wù)器還支持 SOAP / XML Web 服務(wù)，所以一個(gè) SOAP 客戶端應(yīng)用 (我們的 Excel 表格) 能夠直接訪問 PLC 的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)傳送1 步完成：

　　PLC (Web 服務(wù)器) 通過 SOAP/XML   報(bào)告

　　（５） SOAP Web 服務(wù)帶來的益處

　　開放

　　SOAP是一種開源技術(shù)，公共的開發(fā)環(huán)境，不依賴于任何一家軟件廠商，甚至與操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)無關(guān)，現(xiàn)今已經(jīng)在所有主要的硬件和軟件平臺(tái)上得到了使用。

　　業(yè)界支持

　　SOAP已經(jīng)得到所有的軟件廠商全力支持，業(yè)界已經(jīng)形成共識(shí)：SOAP將是未來因特網(wǎng)的傳輸機(jī)制。今后各廠商發(fā)布的軟件也都會(huì)支持SOAP協(xié)議。

　　訪問容易

　　現(xiàn)有主要的數(shù)據(jù)庫都支持XML語言，這意味著PLC可以直接同企業(yè)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對(duì)話，而不需中間件。同理，企業(yè)上游的IT部門也可以直接訪問工廠層面的信息，如監(jiān)視生產(chǎn)或維護(hù)數(shù)據(jù)，然后打包實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)入管理報(bào)告。

　　靈活性

　　一個(gè)組織貫徹Web服務(wù)，希望它的供應(yīng)商也能實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)（WSDL），這樣就可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。這與這個(gè)供應(yīng)商使用的應(yīng)用軟件、硬件和操作系統(tǒng)平臺(tái)無關(guān)，只要它們使用同樣的Web服務(wù)機(jī)制就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)話，以相同的XML格式數(shù)據(jù)進(jìn)行通信。

　　擴(kuò)展性

　　因?yàn)镾OAP內(nèi)在的擴(kuò)展能力，所以將來的系統(tǒng)擴(kuò)展可以無需重新設(shè)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)。

　　可訪問性

　　除了非常熟悉的應(yīng)用，安全防火墻通常屏蔽任何請(qǐng)求命令，而SOAP使用HTTP/XML通道，通常允許通過防火墻。因此，應(yīng)用程序使用SOAP和另一個(gè)應(yīng)用進(jìn)行通信是容易完成的，而不管這個(gè)應(yīng)用在哪里。因?yàn)閃eb服務(wù)是建于Web標(biāo)準(zhǔn)HTTP、XML之上，所以它可以使用IT領(lǐng)域里的現(xiàn)成的安全設(shè)施，如IP屏蔽和防火墻等。

　　簡(jiǎn)單

　　SOAP是一種基于文本格式的語言，可讀性強(qiáng)，也容易寫，所以開發(fā)和調(diào)試非常容易。

　　熟悉

　　一個(gè)SOAP服務(wù)器就是一個(gè)Web服務(wù)器，現(xiàn)在幾乎所有的業(yè)務(wù)都圍繞著Web服務(wù)來展開，所以部署Web服務(wù)器或者開發(fā)Web應(yīng)用人們已經(jīng)非常熟悉了，而這些經(jīng)驗(yàn)也會(huì)推動(dòng)SOAP客戶端應(yīng)用的發(fā)展。

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　　把Web服務(wù)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化

　　在1999年，施耐德電氣第一個(gè)把Web技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，推出第一臺(tái)嵌入式Web的PLC，通過不斷地創(chuàng)新，施耐德電氣為用戶提供“透明就緒”的系列產(chǎn)品和服務(wù)，成為“Web自動(dòng)化”的領(lǐng)先者。在2005年，施耐德電氣再次第一個(gè)推出支持SOAP/XML的Web服務(wù)器，在PLC設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了與上游管理層的直接通信。

　　Web服務(wù)的貫徹，不光為施耐德電氣設(shè)備提供了開放的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，而且為最終客戶提供了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成更簡(jiǎn)單的方法。和商業(yè)伙伴緊密合作，施耐德電氣現(xiàn)在可以提供基于Web技術(shù)的集成解決方案，使得商用軟件可以直接訪問PLC，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，省去了中間設(shè)備。這樣的應(yīng)用軟件有：生產(chǎn)過程的跟蹤（UGS公司），報(bào)告生成（Citect公司，Arc信息公司），處方和生產(chǎn)管理（Productys公司）等。

　　使用FactoryCast HMI主動(dòng)Web 服務(wù)器

　　劃時(shí)代和跨時(shí)代Web技術(shù)是通過施耐德電氣的FactoryCast HMI 主動(dòng)服務(wù)器、一個(gè)支持SOAP/XML 和 WSDL Web 服務(wù)的PLC模塊來完成的。這個(gè)模塊還可以提供以下的諸多的服務(wù)功能：

　　(1)嵌入式的PLC Web診斷網(wǎng)頁，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的診斷和控制；

　　(2)客戶化的網(wǎng)頁空間，可以幫助用戶創(chuàng)建自己的、基于標(biāo)準(zhǔn)HTML的HMI應(yīng)用；

　　(3)內(nèi)置的基于Java小應(yīng)用程序的圖形庫，可以幫助用戶建立動(dòng)態(tài)的對(duì)話頁面；

　　(4)主動(dòng)的服務(wù)器頁面：采用推送技術(shù)，可以由PLC內(nèi)部的實(shí)時(shí)值來刷新HMI中的數(shù)據(jù)和畫面，這樣可以節(jié)省帶寬，這在使用電話線調(diào)制解調(diào)器時(shí)尤為必要；

　　(5)支持具有SOAP/XML功能的PDA，顯示動(dòng)態(tài)的變量表；

　　(6)PLC數(shù)據(jù)直接登錄到遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫中（例如：微軟的SQL，Oracle，mySQL等）；

　　(7)以XML格式表示處方數(shù)據(jù)；

　　(8)發(fā)送電子郵件到SMTP服務(wù)器中（根據(jù)PLC的報(bào)警）；

　　(9)Web服務(wù)（SOAP XML服務(wù)器或客戶端）

　　Modbus  XML 數(shù)據(jù)訪問

　　變量名 XMA 數(shù)據(jù)訪問

　　(10)做為SOAP服務(wù)器：為其他客戶端應(yīng)用提供PLC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

　　(11)做為SOAP客戶端：PLC可以從其他的遠(yuǎn)程SOAP服務(wù)器中請(qǐng)求數(shù)據(jù)。

　　Web服務(wù)已經(jīng)從因特網(wǎng)的Web技術(shù)轉(zhuǎn)變成支持不同平臺(tái)、不同應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)交換的開放標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)界的主要廠商普遍認(rèn)為現(xiàn)在數(shù)據(jù)交換技術(shù)已經(jīng)過時(shí)，而支持SOAP的Web技術(shù)代表了未來。所以在今后的產(chǎn)品發(fā)布時(shí)，都會(huì)支持有SOAP的Web服務(wù)。施耐德電氣把這一技術(shù)引入PLC平臺(tái)，這也是第一次把這一新技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，使得商業(yè)軟件可以直接訪問PLC的數(shù)據(jù)。對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化用戶，更早的采用Web服務(wù)技術(shù)意味著將從以下方面得到益處：

　　簡(jiǎn)化體系結(jié)構(gòu)：減少了不必要的中間設(shè)備，PLC 可以和信息系統(tǒng)直接相連；

　　靈活性：越來越多的廠商支持這一開放的技術(shù)，所以跨平臺(tái)、跨應(yīng)用的數(shù)據(jù)交換有了更容易的解決方案；

　　異構(gòu)系統(tǒng)之間的互操作性大大地增強(qiáng)了；

　　減少生命周期中的成本：通過簡(jiǎn)化貫徹、部署、診斷和支持各個(gè)步驟來做到；

　　緊跟未來Web技術(shù)的發(fā)展，把握企業(yè)發(fā)展的新機(jī)遇。

　　作者：華镕  男，現(xiàn)任施耐德電氣（中國(guó)）投資有限公司工業(yè)自動(dòng)化部產(chǎn)品推廣經(jīng)理。