虹科讲堂 | OPC UA发布订阅的介绍及其对制造商的重要性
前言
根据《自动化世界》，未来的生产将由车间之间的互操作性和协作来定义。这还包括数据交换，以确保数据驱动的工厂性能优化，从而最大化制造过程。有了适当的技术解决方案–工业云，传感器，嵌入式设备和控制器等–可以实现工业环境中的最佳自动化。同样，重要的是要记住实现是关键。这是经验丰富的IT系统集成商和实施标准和规范发挥作用的地方。
OPC基金会成立的主要原因是需要标准化和确定路线图以确保互操作性。OPC提供的标准和法规集中于帮助企业跨单个或多个设施集成统一的体系结构路线图。OPC统一架构（UA）是实现最佳互连性和增强协作的OPC基金会解决方案的一个示例。
OPC UA是与供应商无关的面向服务的体系结构，它确保了平台独立性、安全性和接收业务洞察的全面信息建模。当实施其一系列规范时，OPC UA可以跨多个设备，传统设备，操作系统，电子硬件等提供无缝的数据流，而无需担心供应商的兼容性。这符合基金会在车间之间提供安全的开放平台通信的目标。因此，在2018年，OPC基金会发布了一套新的标准，这些标准将加快OPC UA在最深层制造设施中的采用。
本文将讨论：
- OPC发布-订阅（PubSub）规范。
- 规范对工厂所有者的意义及其重要性。
- 如何实现OPC PubSub并在各个车间推动OPC UA集成。
一、介绍OPC UA PubSub
发布-订阅标准是OPC UA规范的第 14 部分。它旨在扩展OPC UA可以被采用以解决和加深自动化的情况。根据OPC基金会的说法，PubSub通过两种重要方式实现了OPC UA的集成。第一种是在车间的最深层，那里的电子硬件要求本地网络上的低功耗和低延迟通信。第二个应用程序是将OPC UA集成到可伸缩的基于云的应用程序中。
至于将OPC UA集成到车间的最深层，可以将使用2KB SRAM的微型8位控制器集成到嵌入式设备中。这确保了高性能数据交换和通信网络得以保留。它还创建了一条将OPC UA集成到一对多，一对一和多对多配置的途径。这可以在高度可扩展的基于云的体系结构中完成，其中需要发送和接收数据以增强性能。
PubSub的另一个重要方面是，它可以直接在Internet或云上使用OPC UA。这是通过使用流行的数据传输消息中间件（例如消息队列遥测传输（MQTT）和高级消息队列协议（AMQP））来完成的。如果OPC UA成功实施，它将促进第三方设备与应用程序之间的互操作性和数据共享。
二、OPC UA PubSub的实际应用及其重要性
仅当应用PubSub规范时，才能理解它的重要性，并且可以为系统集成商和工业生态位带来直接的好处。尽管PubSub仍处于早期阶段，其应用案例研究有限，但仍可以推断其重要性。PubSub重要性的一个例子是其提供实时保证的能力。当实时数据传输确定统一的自动化框架如何运行时，这一点尤其重要。
自动化环境由不同流量类别的传输队列驱动，每个类别均由指定的传输门控制，该传输门以周期触发。每个传输队列的时隙也是时间同步的。这意味着，只要数据包在指定的时间范围内未完成其传输，就会将其推迟到下一个周期，从而阻碍了实时通信。
OPC UA PubSub旨在消除这一挑战。它通过确保服务器将数据发送或发布到网络或中间件来做到这一点，并且每个客户端都可以在每个时间周期内接收或订阅此数据。无论配置了什么同步周期，都可以发布和订阅数据，从而确保了实时自动化。实际上，可以通过实施OPC UA PubSub来消除制造工厂中时间紧迫的应用程序中的停机时间。该实施将确保更深层次的应用，例如同步传送带的运动。集成了传送带的中间件将接收实时信息并继续运行，即使错过了已配置的时间表。
PubSub还可以作为OPC UA实现面临的许多局限性的解决方案。一个示例是消除与OPC UA关联的一客户端对一服务器（一对一）功能。PubSub确保一对多或多对多配置是可能的。这使OPC UA与IoT和IIoT应用程序兼容。通过实现PubSub，发布到面向消息的中间件的数据可以被多个客户端或订阅者访问。然后，订户可以访问特定类型的数据，而不必知道存在什么类型的发布者。实现这一目标还将加快IIoT在制造业中的集成。
OPC UA PubSub还支持多个控制器之间以及控制器与人机界面（HMI）之间的点对点通信。它还保证了OPC UA服务器和云之间的实时通信和异步工作流。在安全性方面，PubSub规范集成了SHA-256算法，以确保在本地或通过云交换数据时的隐私性和安全性。
最后，OPC UA PubSub提供了对时间敏感网络（TSN）技术，以驱动行业中对时间要求严格的应用程序。根据我们在EXOR International的了解，OPC UA PubSub的集成在容纳TSN的同时，加快了周期时间，该时间不到2毫秒，抖动为100纳秒。这确保设备可以处理时间要求严格的应用程序而不会遇到瓶颈。
结论
PubSub是确保工业自动化程序无缝运行的OPC标准发展的下一步。它的实施可以确保在当今的车间中增加OPC UA的采用。它还在制造业中的IoT和IIoT应用程序和设备的集成中扮演重要角色。