值得重視的「OPC-UA 通訊協定」



隨著不同需求的產生,印刷產業持續面臨著更多的挑戰:短單、多樣化、價格競爭、更短的交貨時間等。為因應這些挑戰,印刷企業必須持續提昇生產效率,邁向工業 4.0。


工業 4.0 講的是「智慧製造、大數據分析、機器學習、人工智慧、自動化」。要達到這些應用的基礎在於「溝通」, 一個有效的溝通必須被建立起來:機器與機器之間的溝通、單一機器內部的溝通、機器與人之間的溝通、機器與其他應用系統之間的溝通。


那何謂有效的溝通呢?首先,要有共同的語言。若是甲方講中文,但乙方講英文,能溝通嗎? 第二,要有安全性的溝通。若是甲方傳遞給乙方的資訊毫無隱私,任由第三方取得,且取得後還可以釋放假訊息給甲乙方,這樣的溝通不會很恐怖嗎? 最後,一個有效的溝通需要擁有主動通知的能力。假設甲方是一位廚師,乙方是一位外場服務生,若乙方在餐點完成前,每 5分鐘就問一次甲方餐點是否準備好了,這樣的溝通方式非常沒效率。一個有效的溝通方式應該是當甲方準備好餐點後,主動告知乙方來取,透過一次的溝通就達到目的 。為達到以上所敘述的「有效溝通」,業界中發展出一套通訊協定:OPC-UA(open platform communication unified architecture),以下就讓我們來簡單探討 OPC-UA 的基本特色、組成及通訊方式。


在探討 OPC-UA 之前,先來聊聊在產線中,有效的溝通與我何關呢?也許有人認為這些是大企業在追求的,跟一般中小企業的方向好像不一致?我們來思考以下幾個問題,看您是否會在意? 如果覺得無關緊要,那可能就真的與您無關。但若這些是您重視的,那就值得多加了解了。


● 要機械設備在生產中臨時故障而造成產線停止多天,還是要提前保養維修即將故障的

零件?


● 每次保養是否不管使用狀況全數更換,只要時間到了,好的壞的一起換,還是要依照

使用情形及耗損程度做更換?


● 每次將訂單資料手動發工至不同設備上,若此訂單需要經過 3台設備,就要人工重複

3次。每台設備做到哪裡、生產進度為何,都要親自跑到設備現場去了解,時常出了

問題也是事後才發現


● 當客戶問何時可以交貨時,永遠都只能給個大概時間。因為訂單常會經過許多設備,

導致排程複雜度增加,若剛好又遇到插單或產線臨時出問題,排程馬上大亂,得耗費

大筆人力及時間才能完成修正。當排程修正完畢後,可能又要異動了,就這樣在無限

循環下運作


統整一下,剛剛以上所提的就是所謂的預防性維護(preventive maintenance)、視情維修(condition based maintenance)、即時數據儀表板(real time production dashboard)及自動排程(auto scheduling),這些都建立在有效的溝通之上。


 

OPC-UA 基本特色


OPC-UA 整合了 OPC-DA 、 OPC-A&E 、 OPC-HDA 這三類通訊協定。把資訊存取(data access)、監控警報及事件(alarm & event)、歷史資料時間戳存取(timestamp - historical data access)這三類的規範結合起來,形成一個基本的 OPC 系統架構。


● OPC-UA 支援跨掛平台,可以在不同的平台上安裝及開發,不會受到平台的限制,

譬如說 Windows、Linux、macOS、Android 等


● 開放原始碼軟體(Open source),可供免費下載及開發


● 內建安全模組,提供加密之通訊


● 內建訊息模型,利用節點(node)架構- nodeID 來描述、整理及應用資訊


● 支援 "訂閱" 模式,client 端向 server 訂閱,數值更新時通知


● 數值監控,在指定條件下自動發出警報


 

OPC-UA組成


OPC-UA 系統架構上主要由 server 及 client 組成。其中 server 負責與機器連接,讀取及存取來自感應器 、驅動器的資訊。 client 向 server 下指令,從 server 讀寫資料 ,並將資料呈現給使用者。Server 可以安裝在不同的裝置上,譬如說使用者電腦、IIOT裝置、PLC、Raspberry Pi 等硬體裝置。Client 也一樣可安裝在不同的硬體裝置上。


 

通訊方式


通訊的第一步是建立連結。以下為建立 service 及 client 之間連結所需要的資訊:


● Endpoint URL:協議(protocol)及 server 網路位置


● Security Policy:server 憑證包含組織、憑證發行者、憑證有效期及其他相關資訊


● User Token – client 使用者帳號密碼


建立連線後,client 需要找到在 server 上的資料,OPC-UA 利用節點 ID(nodeID)來

敘述資料位置。節點ID資訊包含識別碼(NameSpace Index)、資料型態(identifierType),以及在 OPC-UA server上的位置(Identifier)。除此之外,節點也會

記載本身與其他節點之間的關係(reference)。


找到資料後,最後一步就是執行所需的動作。在 OPC-UA 環境下的執行為物件導向(object oriented),一個物件下包含了 variable、method 及 event。variable 指的是所要處理的資訊,method 為要如何處理此資訊,處理方式包含讀取、寫入及訂閱。event 為通知設定,在特定條件下主動發出通知。


 

透過更完善的 OPC-UA 通訊協定架構,溝通變得更加簡單,更加有效率。但溝通只是個開始,要如何利用有效的溝通去提昇生產效率、提昇庫存管理、提昇設備 OEE(Overall Equipment Effectiveness)、優化工作排程、加快出貨速度、降低成本等,才是最終目的。


 

※ 撰文:坤裕精機股份有限公司--國際行銷副理 / 陳岱蔚