为了在一个全球化的、竞争激烈的、快速发展的、需求不断增长的世界中竞争和取胜，必须利用和充分利用各种技术。但是如果没有有效的企业集成方法，所有这些技术都将停留在竖井中，对业务没有用处。
以下文章描述了两个领先的开放自动化行业标准组织之间的技术协作如何改变在统一架构中集成控制系统、应用程序和设备的范例——所有这些都旨在优化整个工业企业的信息交换。
背景
作为两个领先的开放工业自动化标准组织，FDT集团和OPC基金会正在共同努力，为整个工业企业提供更好的关键信息访问。FDT是公认的集成标准，在全球范围内被数十万支持FDT/FRAME™的控制和资产管理系统以及数千万支持FDT/DTM™的现场设备所采用，而OPC统一架构(UA)提供了一个基础设施，使企业信息可用于数千个其他应用程序和平台。
FDT标准将连接到智能仪器和与这些设备交互的高级系统的各种网络交叉。它建立了一个开放的、模块化的和整体的自动化体系结构，以适应供应商和最终用户不断变化的需求。FDT结合了基于物理网络拓扑和逻辑拓扑的工厂层次结构。该技术支持过程自动化、混合自动化和离散自动化中使用的所有主要网络，并根据行业需求适应未来网络。这种方法使得基于fdt的系统可以透明地通过不同的网络获得访问权限，并与任何终端设备通话。
另一方面，OPC UA专注于提供完整的信息建模，允许行业利益相关者利用面向服务的体系结构，使以前断开连接的设备和应用程序能够以无缝的方式一起工作。例如，OPC UA允许客户端应用程序连接到服务器应用程序，而不需要理解编译到客户端应用程序中的数据的语法和语义。这种方法完全是关于简单地发现服务器的功能，并有效地利用其服务和数据。
迎接今天的数据挑战
2016年11月，FDT集团和OPC基金会宣布发布了用于信息建模的OPC UA配套规范/附件FDT。这是将FDT/ dms提供的信息标准集成到OPC UA信息模型中的一个重要里程碑。
最近，FDT集团与OPC基金会合作，实现了OPC UA和FDT 2同时支持的本地集成。x技术。这两个组织没有将这种集成功能写入FDT规范，而是合作制定了一个配套规范，描述如何在FDT/FRAME中实现OPC UA服务器，作为新兴FDT IIoT服务器™(FITS™)体系结构的一部分。该配套规范的大部分内容都致力于概述双方之间的数据映射。
FITS解决方案利用了OPC UA配套规范的FDT，实现了工业控制系统的传感器到云、企业范围的连接。它结合了本机OPC UA集成、web服务和丰富的控制网络互操作性，为下一代自动化优化连接和信息交换。该解决方案还具有健壮的分层安全寻址服务器体系结构的所有组件。
信息集成进展
将FDT/ dtm提供的信息标准集成到OPC UA信息模型中，对于设备诊断、配置和远程资产管理以及与更高级别业务应用程序的集成至关重要。本文档定义了一个OPC UA信息模型来表示FDT体系结构模型。这允许FDT/FRAME或FDT IIoT服务器通过标准OPC UA机制公开项目结构和特定于设备的信息。虽然此映射是实现互操作性的基本活动，但它对最终用户是完全透明的。
作为FDT/OPC UA一体化解决方案的一部分，内置的OPC UA服务器可读写设备信息。任何OPC UA客户端都可以访问FDT/OPC UA服务器并获取数据，只要它拥有正确的凭据。在这个体系结构中有许多可能的客户端。
从FDT的角度来看，上述方法将其项目树暴露给OPC UA客户端，以便它可以看到哪些设备是可访问的。当用户单击每个设备时，他们可以查看和访问其特定的属性和信息。
OPC UA提供应用程序之间统一的信息交换方法，而FDT提供网络/设备配置和对设备的访问。结合FDT/OPC UA方法实现了工业4.0中的系统工程、配置和诊断的统一。
在FDT 2.0规范中引入了OPC UA集成功能。后续的2.1版本进行了额外的增强，并将在2.5标准(也称为FITS)中得到加强，该标准将部署在4中th2018年第四季度。
优化网络通信
我们都知道，过程控制和离散自动化系统、现场设备和其他电子仪器是联网的，因此它们可以交换信息。但这些信息是如何到达它应该去的地方的呢?
在传统的客户机-服务器(即请求-响应)通信模型中，客户机计算机或软件请求数据或服务，服务器计算机或软件通过提供数据或服务来响应请求。
例如，当向打印机发送电子表格时，电子表格程序就是客户端。它对打印机服务的请求发送到打印服务器，打印服务器响应请求并为网络上的打印机分配资源。打印服务器处理所有客户端打印请求，确保电子表格和其他待定打印作业都有序地完成。
系统和设备在网络上通信的另一种方式称为发布-订阅消息传递(即异步服务到服务通信的一种形式)。在这个模型中，任何发布到网络上的关于主题的消息都会立即被该主题的所有订阅者接收。发布数据的客户端仅在数据更改时才发送数据。订阅数据的客户端自动从服务器接收数据，但同样，只有当数据发生变化时才会接收数据。
发布-订阅扩展允许对更多数量的设备进行公共订阅。在这种情况下，客户机-服务器模型存在缺陷，因为必须建立大量连接，每个客户机需要提供存储连接信息的内存，并且服务器中将产生高处理器负载，用于对每个已建立的连接的单个消息进行编码。
OPC基金会最近宣布发布-订阅(又名“PubSub”)规范，使OPC UA标准与新兴的工业物联网应用兼容。它的任务是提供一种将服务器数据发布到许多客户机的机制。使用OPC UA PubSub，应用程序不直接交换请求和响应。相反，发布者将消息发送到面向消息的中间件，而不知道可能有哪些订阅者(如果有的话)。类似地，订阅者表示对特定类型的数据感兴趣，并处理包含此数据的消息，而不知道有哪些发布者。
此外，PubSub还允许工业控制器之间以及控制器与人机界面(hmi)之间的点对点通信。对等点之间不直接连接，甚至不需要知道彼此的存在。它还允许像异步工作流和OPC UA服务器这样的东西将数据传输到托管在云中的应用程序。
改善信息交流
由于正在进行的FDT/OPC合作，工业自动化行业的成员可以选择实现适合其特定需求的网络通信模型的方法。客户-服务器和发布-订阅模型都包含在OPC UA配套规范的FDT中。
使用客户端-服务器方法，客户端通过OPC UA访问当前数据值，但必须不断请求验证信息。这可以通过OPC UA客户端的程序完成，也可以由个人手动进行“刷新”。
另外，新兴的FITS架构可以采用发布-订阅方法，允许传感器、网络和拓扑信息渗透到企业，包括移动设备、分布式控制系统(dcs)、可编程逻辑控制器(plc)、制造执行系统(MESs)、企业资源规划(ERP)系统、云、工业物联网和工业4.0。
发布-订阅方法消除了请求-响应通信的负担。客户基本上会说:“我对某个特定的数据很感兴趣，所以如果它有变化，请告诉我。”多个客户端可以同时订阅和接收通知。当指定的信息根据预定义的参数发生更改时，服务器将自动通知所有订阅的客户端。这种方法已被证明可以节省宝贵的系统带宽。想象一下，一个孩子坐在汽车后座上问:“我们到了吗?”孩子现在安静下来，直到有什么变化(比如，坐在前排的父母宣布:“我们在这里!”)。
发布-订阅通信模型的典型用例是使用OPC UA和FDT/DTM来监视设备运行状况。通过只在设备状态变化时请求通知，系统和网络资源就不会连续轮询设备以确定其健康状况。
FDT架构的一个关键优点是OPC UA是一个简单的插件。不需要更改通信、网关或设备dtm。FDT标准编写得很健壮，因此只需要在FITS中的FDT/FRAME或FDT核心服务器的正确点上拦截通信，就可以完全启用OPC UA。工厂或工厂人员可以通过OPC UA看到服务器上的所有网络，以及所有带有dtm的FRAME应用程序和设备。此外，编写通信或设备dtm的开发人员没有任何额外的需求来支持OPC UA。
在经典的自动化体系结构中，DCS或PLC位于层次结构的中间，并与所有上层业务系统(如MES和ERP)通信。集成的FDT/OPC UA解决方案完全消除了这一活动。
对工业企业的好处
正如本文所描述的，FDT/OPC UA信息模型旨在提供扩展的集成功能以及易于实现。然而，当行业利益相关者实现OPC UA时，由于PLC或DCS的数据传输角色，他们可能会在其自动化架构中使用该技术。这可能需要过程或控制工程师的协助，将所需的数据从控制系统公开给OPC UA。
FDT/OPC协作旨在消除工业通信中的典型约束。例如，当大多数工程师想到OPC UA时，他们设想它运行在以太网级别-但需要某种设备硬件才能达到兼容的网络。随着FDT技术的加入，用户可以利用现有的基础设施，从而绕过体系结构中的任何PLC或DCS，通过OPC UA直接与终端设备通信。只要设备在FRAME或服务器中有DTM，用户就可以通过OPC UA访问设备及其所有数据。
如果用户在体系结构中已经有一个启用FDT/OPC ua的应用程序，那么除了分配安全凭据外，不需要进行其他配置。在这一点上，FDT内部的每一位数据都可以通过OPC UA访问。工程师们不再需要为DCS系统修改梯形逻辑或编写规则。多亏了FDT应用程序中的OPC UA服务器，所有的信息都是可用的。不需要保留任何东西，也不需要进行大量的配置工作来获得所需的数据。如果存在DTM，则有关设备的每一位数据都可以通过应用程序获得。
此外，使用MES或ERP系统的IT部门在每次想要访问特定类型的控制数据时都不必咨询PLC或DCS程序员。他们只需浏览服务器结构并找到必要的信息。IT人员还可以选择与FDT核心服务器连接的方式。
OPC UA是IT世界中一个已知的实体，拥有可用的工具来实现完全连接和轻松集成。作为一种选择，FDT Web服务可以用来编写应用程序来支持维护或工程组织。用户可以通过web套接字访问FITS，以浏览项目结构和执行其他任务。
结论
工业组织现在可以将系统、应用程序和设备放在一个统一的体系结构中，以便在整个企业内交换信息。通过集成FDT和OPC UA标准，他们为多网络智能设备配置和数据交换提供了最优的方法。
