如果你是不熟悉工业自动化领域的专业人士，又或者是从IT或其他背景进入到操作技术（OT）领域的相关人士，那么我相信你不会后悔读到这篇文章。

我们都想做到智能化生产，想将MES系统，APS系统应用到生产过程中，但是在开始这些工作之前必须要做到的就是如何让这些生产设备或者系统进行数据通信。

工业集成的共同挑战之一是不同品牌或制造商的控制设备（PLC，DCS，驱动器，RTU，智能传感器）之间的通信。虽然大多数控制设备都有通信方法，并且一些行业标准也会对此有所帮助，但它们之间并不一定都是使用相同的方法或协议来进行通信，即使它们都具有相同的串行接口或以太网布线，通信协议的差异也会阻止它们传递信息。如果有人给你打电话，但你不会说对方的语言，这就是同样的问题。

虽然我们人类能够克服语言上的差异，但机器间的通信未必。地址或数据格式化方面的细微差别足以造成通信失败。那么我们如何克服这一挑战呢？

其实可以通过多种不同的方式克服来自将不同制造商的硬件连接在一起的挑战。在过去，I / O的硬接线或通用协议的内部编码是唯一的方法。但是随着自动化硬件的发展，则可以为不同品牌提供称为硬件网关的特殊通信单元，以便在没有硬接线或内部编码所需的专业或时间和精力的情况下传递更加复杂的信息。

然而，硬件网关面临的挑战之一就是，并非所有品牌都支持，你可能需要为需要连接的各个不同控制系统去使用不同的模块。如果涉及到冗余系统，其复杂性和成本都会上升。 即使是在模块到模块通信的情况下，仍然需要在控制器级别去处理数据转换或数学操作，并且还需要特定的控制知识。

硬件网关试图在控制级别去完全解决通信问题，但在许多情况下，这一挑战其实也可以通过从PC到硬件通信来解决。SCADA和HMI长期以来一直使用连接到不同控制系统和设备的方法。

自1995年以来，独立于供应商的行业组织OPC基金会颁布了OPC标准，作为帮助应对这些挑战的通用通信方法。

OPC标准就是旨在提供软件应用程序之间通信的通用方法。OPC服务器软件通过其本地协议与PLC或设备进行通信，并将该消息转换为由独立于供应商的OPC规范所定义的标准格式，然后可由任何OPC客户端进行读取。只需将OPC服务器视为软件应用程序，将不同的设备协议转换为HMI / SCADA或需要数据的任何其他客户端应用程序可以理解的通用语言即可。

OPC统一架构（OPC UA）标准是第一个OPC标准的演变，它提供了将标准通信接口嵌入到控制硬件中的方法，如下图所示。虽然一些PLC品牌的某些硬件具有OPC UA接口模块，但是更多制造商需要时间来开发这些单元，并且可能会或可能不会去考虑这些遗留系统。即使OPC UA模块可用于控制系统，控制器机架中也必须要有可用的插槽，CPU也必须支持更新的硬件，并且可能需要停机来安装和实施硬件。

此外，还必须考虑来自客户端应用程序的额外通信负载对OPC UA模块的数据以及控制器CPU的影响。控制器的主要作用是控制过程，通信需求必须满足这些要求。在具有多个客户端应用程序与具有嵌入式OPC UA服务器的单个控制器通信的应用程序中，这种对通信的控制优先级将减缓通信，这就是为什么基于软件的OPC UA服务器可以在保证通信流量不会复制到控制器的同时，还能使用来为多个客户端提供服务的原因。

通过使用OPC服务器你会发现，无论是嵌入在设备中还是作为独立软件，可以进行互连的品牌和设备都包含了该领域的绝大多数硬件，所以可以说它几乎适用于所有行业。

系统集成商长期以来一直都使用OPC服务器和HMI通过HMI或SCADA系统移动数据来连接系统之间的标签数据。它们将HMI配置为从一个设备中读取数据，也可以在屏幕上显示，然后将其写入其他设备。这样，操作员可以在需要进行流程理解和故障排除时更深入地了解系统之间交换的信息。

但是，在HMI或SCADA系统级别执行此类标签或地址链接也存在着缺点。通过脚本处理的设备之间的大数据传输或高速传输可能会影响HMI或SCADA性能。 相反，频繁的操作员交互会降低脚本中处理数据传输的性能，因为毕竟操作员交互是应用程序的第一优先级。HMI或SCADA中的标签链接可能还需要复杂的脚本，或者需要使用可能增加HMI或SCADA软件许可证成本的其他标签或项目。

在标签链接需要不到1秒更新速率的情况下，链接SCADA / HMI中标签引入的额外延迟则意味着硬连接或专业连接软件仍然是唯一可用的实用方法。根据控制器及其通信连接的响应程度，非常可能在专用软件中进行第二标签链接。如果你需要更快地进行标签传输，我们建议你使用更加专业的链接软件或者和我们的应用工程师交谈来帮助你评估场景中的变量以便确定最佳解决方案。

已经开发了专用链接或“桥接”软件作为处理控制系统之间的这种数据交换的方法，但是处理较低级别的传输，更靠近需要共享信息的设备。

这些专业的软件包提供了将数据传输过程与HMI / SCADA系统隔离的优点，但仍然允许在HMI / SCADA系统中能够访问和控制数据以进行显示和交互。

根据所选特定软件的功能，它可以通过限制OPC服务器之间单向传输数据来提供额外的安全性，防止意外的过程变量更改。使用专用软件处理数据传输使其能够在数据传输期间处理数据类型转换或数学函数- 无需HMI或SCADA软件包上的任何交互或额外负载。

通过此专业软件在后台而不是HMI / SCADA系统中可以处理比人机交互通常所需的更高的更新速率。虽然上图显示了在单独的计算机上运行的桥接应用程序，但这并不一定是必要的。根据你的HMI / SCADA硬件和应用程序要求，你可以在同一台计算机上运行这两个应用程序，并仍然可以获得此处讨论的好处。这能够让操作员界面更好地执行，是因为它没有使用处理能力来运行复杂的脚本。

随着集成的需求越来越复杂，所以才会有这些专业的产品出现，现在你不仅可以找到能够在OPC服务器之间传输数据的产品，而且还可以找到在OPC客户端之间传输数据的产品，并且还能够轻松实现数据库与文本文件甚至是视频之间的数据传输。

这些产品大多易于使用，只需要很少的培训和认证便可以上手。对于才进入该领域或者没有经历过这些细节的人可能会认为通信很难的。

但是事实是，一旦你了解了这些细节，你就会觉得设备通信其实是非常合乎逻辑和易懂的。