新知|機床聯網常用通信協議簡介
發布時間：2019-01-11 17:38
機床的聯網，或者更廣義地說數控設備的聯網，已經成為了現代制造業的信息化管理的重要基礎。不幸的是，歷史上機床聯網的通信協議也如整個工業控制領域的通信協議一樣，品種門類繁雜而凌亂，表面上的統一和各種廠家的自定義摻雜在一起，也為工業信息化的集成商們帶來了一定的麻煩，或者說“生意”。
最近十年來數控機床行業的發展趨勢上看，總的來說機床聯網協議是朝著開放和可互操作發展的，但長期仍然是多種并存。目前比較占主流的聯網協議中，常用于局域網的有OPC UA和MTConnect，當然也有沿用在工業控制中有一定市場份額的MODBUS/TCP和PROFINET。
1.OPC UA
由OPC基金會（OPC Foundation）創建，目前在歐洲廠商較為流行，在中國某些行業（電力、石油、化工等）有一定的用戶基礎。其強調完整、可靠、中性的理念，即目標是與供應商無關。為雙向通信協議（即可讀可控），具有設備模型定義能力，但并不提供具體行業的設備（比如機床設備）描述標準參考模型。在我國相關組織有在研發和制訂關于機床領域的行業標準參考模型。其與下面的與MTConnect協議之間有互轉換協議，因為二者的設計理念類似，轉換相對容易實現。OPC UA之前為收費標準，導致部分企業難以采用；自2017年開始會員費用降低，且提供免費的LOGO會員，而收費主要針對兼容性測試。
2.MTConnect
由美國機械制造技術協會（AMI，Association For Manufacturing Technology）主導制訂。起源來自DMG早年的一個機床聯網項目，后來成為開源標準。因為強調安全性，定義為單向通信協議（只讀）。具有設備模型定義能力且提供機床設備標準參考模型，這一點是MTConnect協議的重要特點。目前已獲國際主流機床廠支持并正在申報ISO標準，流行范圍主要是美國和日本，國內部分企業開始采用。
OPC UA和MTConnect兩種協議因為采用了常用的互聯網技術（如http、XML）,使得即便是缺乏工業通信經驗的軟件工程師也相對容易上手編寫相關的生產管理軟件。而其中包含的數據模型，也便于軟件系統自動識別和理解其數據含義，從而有利于MES等生產管理系統的產品化和集成，為未來開發更復雜的系統奠定了基礎。
3.MODBUS/TCP
歷史悠久的工業控制通信協議，有一定的存量市場占有率。在我國，已經被定義為工業通信的國家標準之一。具有結構簡單的有點，但是可傳遞的數據種類和數量有限，不具有數據模型，對生產管理信息系統的產品化開發和集成不是特別適合。目前國內一些入門級的MES系統的供應商多采用此協議，或者支持此協議以對接機械手等設備。
4.PROFINET
由PROFIBUS國際組織（PROFIBUS International，PI）推出，是基于工業以太網技術的自動化總線標準。PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網絡解決方案，囊括了諸如實時以太網、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網絡安全等當前自動化領域。使用者多為西門子及其關聯企業，但西門子公司也為自己的產品提供其他協議的接口。該協議最大的遺憾主要在于缺乏開源免費資源。
5.NC-LINK
即正在制訂中的中國機床互操作標準，綜合借鑒了OPC UA和MTConnect的特點。為雙向通信協議（可讀可控），支持塊數據傳輸。
在我國，因為歷史原因造成采取的協議品種較多，可以是以上協議及各種私有協議都有一定的市場。因此，作為國內領先的數控系統廠商，維宏股份（證券代碼：300508）不僅在自身的數控產品上提供了以太網口以支持原生聯網功能，還本著標準中立的原則在多數產品中集成了OPC UA和MTConnect協議，部分產品應客戶需求集成了MODBUS/TCP。同時還積極參加了我國的機床聯網協議（NC-LINK）的制訂工作，為廣大用戶迎接“中國制造2025”和工業互聯網時代貢獻自己的一份力量。
互聯網時代，隨著各種新興商業模式的不斷涌現，機床聯網的方式也逐漸從局域網走向了互聯網。比如在售后技術服務、租賃管理等場景下。但是機床聯網的廣域網協議目前并沒有明確的國際標準。常用的解決方案有兩類：
方案一：利用VPN加密信道，然后采用局域網通信標準。
方案二：利用HTTPS加密方式，配合MQTT、HTTP RESTful等互聯網通信協議自定義私有應用協議或接口。
維宏股份的維宏云采用的是一種私有協議，但是其數據可以根據用戶的需求在合理框架下通過云端接口實現。云端接口還可以實現類似遠程設備授權管理（設備注冊）等高級功能。
