通过OPC UA Safety进行故障安全通信
在现代化工厂中,模块化和互操作性发挥着越来越重要的作用,并且是工业4.0的核心需求。PROFIBUS & PROFINET国际组织(PI)是较早将OPC UA作为开放的、跨供应商的机器与机器间通信标准的采用者。 OPC UA允许机器间跨供应商的联网,而与机器内部所使用的现场总线无关。
然而,到目前为止OPC UA还无法像现场总线的PROFIsafe一样传输故障安全的数据。由于涉及来自不同制造商的控制器,安全功能必须通过传统的直接布线或者使用特定的耦合器来实现。
OPC UA第15部分
Safety现在能够实现控制器之间直接的安全通信。这是由PI和OPC基金会联合定义的规范。OPC UA已经是机器与机器之间通信最重要的标准。
PI在功能安全通信领域和PROFIsafe多年的经验确保了OPC UA的第15部分:Safety可满足IEC61784-3标准(现场总线的功能安全)所有的要求。现在采用的Safety机制和许多功能都是来自于PROFIsafe。特别是,OPC UA Safety也使用经验证的PROFIsafe“黑通道”机制。因此,OPC UA Safety在通信层之上的安全层要实施必要的安全措施。
保留了PROFIsafe优势——独立于同步时钟、网络终端和网络设备数量不受限制、通信速率不受限制。
OPC UA Safety还提供了PROFIsafe先前无法实现的功能,其中包括最大1500字节的用户数据长度、创建任意网络拓扑(星型、线型、网格型,…..),简化了串联机器间管理的分级安全ID和针对可更改连接伙伴的动态连接建立。
特别是最后一个特性是全新的,提供了先前无法实现的灵活性。当前必须为每一个可能的安全连接分配一个动态的、唯一的代码名称。连接的两端都必须了解该代码名称,以便于检查所传输的报文是否是由正确的发送者传输过来的。比如,如果移动机器人独立地从一台机器移动到另一台机器,这个过程就会变得很复杂。一旦需要添加一个新的工作站,所有的机器都必须重新进行参数化。这就会增加大量工作量并降低灵活性。
特别是在工业4.0的环境中,应该是无需人为同意即可实现重新配置安全功能。在这种情况下,OPC UA Safety解决方案的优势是不再基于每个连接的代码名称检测正确的数据来源,而是直接给每个数据源分配一个相对应的ID。这就允许多个订阅者能够交替地访问同一数据源,并且订阅者无需了解数据来源。这意味着可随时增加移动机器人,而无需对机器参数进行调整。
展望
目前,已经启动了下一步的规划,正在制定测试规范,以便于定义测试程序。此外,用于自动测试的软件工具也已经被委托研发。有必要建立类似于PROFIsafe的认证和验证程序,这将是实现OPC UA Safety产品简单、快速的安全认证的先决条件。还将创建一些案例,研究用于展示OPC UA Safety的全新功能,包括简化了对串联机器安全地址的管理,以及在运行时通过同一连接与不同合作伙伴建立通信的能力。此外,为了能够实现对响应时间更高需求的安全功能,还指定了一个用于发布/订阅的OPC UA的映射器。