《工業(yè)大數(shù)據(jù)導(dǎo)論》 課件 第3章 工業(yè)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

工業(yè)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議目錄工業(yè)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)模型工業(yè)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)典型協(xié)議0102學(xué)習(xí)目標(biāo)1.熟悉工業(yè)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)模型2.了解工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用3.理解典型工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的運行機制01工業(yè)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)模型工業(yè)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)模型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型計算機網(wǎng)絡(luò)模型現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)模型計算機網(wǎng)絡(luò)模型計算機網(wǎng)絡(luò)普遍采用的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模型是IOS/OSI模型，它采用分層的結(jié)構(gòu)化技術(shù)，把計算機通信網(wǎng)絡(luò)分為七個層次，如圖所示。在IOS/OSI模型下，兩個通信對象同等層之間的通信規(guī)則和約定被稱為“協(xié)議”。計算機網(wǎng)絡(luò)模型分層總結(jié)名稱作用應(yīng)用示例常用編碼方式/協(xié)議應(yīng)用層為具體應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)電子郵件、遠(yuǎn)程桌面HTTP協(xié)議、FTP協(xié)議、TFTP協(xié)議、SMTP協(xié)議、DNS協(xié)議、DHCP協(xié)議等表示層規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼Z義和語法，解決不同操作系統(tǒng)之間的異構(gòu)通信Windows系統(tǒng)下可以訪問Linux系統(tǒng)遠(yuǎn)程桌面ASCII，MPEG，JPEG等會話層建立、管理和終止表示層與實體之間的通信會話文件斷點續(xù)傳、用戶登錄驗證SQL協(xié)議、NFS協(xié)議、RPC協(xié)議等傳輸層向會話層提供可靠的端到端的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流服務(wù)端口（socket）TCP協(xié)議、UDP協(xié)議等網(wǎng)絡(luò)層通過IPV4或IPV6等確定通信實體的網(wǎng)絡(luò)位置，在通信實體之間建立連接路由器、防火墻IP協(xié)議，ARP協(xié)議，RARP協(xié)議，因特網(wǎng)報文協(xié)議ICMP、因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP等數(shù)據(jù)鏈路層在通信實體之間建立數(shù)據(jù)鏈路連接，確定對數(shù)據(jù)流如何進行分包網(wǎng)橋、二層交換機SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等物理層將比特流進行編碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理信號，并提供原始比特流的傳輸通道中繼器、集線器、網(wǎng)線、RJ-45標(biāo)準(zhǔn)常用編碼方式：非歸零編碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)模型現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)建模是以IOS/OSI模型為基礎(chǔ)的。但是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與普通計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景及需求是有很大不同的。工業(yè)大數(shù)據(jù)有別于一般計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的主要特性如下圖所示數(shù)據(jù)種類實時性要求完整性要求連續(xù)性要求是否高并發(fā)一般大數(shù)據(jù)低低允許數(shù)據(jù)丟失，可恢復(fù)是工業(yè)大數(shù)據(jù)高高不允許數(shù)據(jù)丟失，不可重現(xiàn)否現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)模型的定義現(xiàn)場總線對IOS/OSI參考模型進行了簡化，按照IEC（InternationalElectrotechnicalCommission，國際電工技術(shù)委員會）現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括３層，分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層（如圖3-2所示）。這樣就舍去從3網(wǎng)絡(luò)層到6表示層，降低由層間操作與信號轉(zhuǎn)換而引起的網(wǎng)絡(luò)接口造價與時間消耗，保證工業(yè)控制系統(tǒng)的實時性與可靠性。由此可見，現(xiàn)場總線是一種具有簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和開放性的實時系統(tǒng)，為制造現(xiàn)場和控制設(shè)備之間提供了一種有效的串行數(shù)據(jù)通信鏈路?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)模型的實際應(yīng)用建立高爾夫球場顧客問題的決策樹模型：在實際應(yīng)用中，有些現(xiàn)場總線（如美國儀表學(xué)會制定的ISA/SPSO現(xiàn)場總線）結(jié)構(gòu)會增加一層用戶層，如下圖所示。這是因為，雖然現(xiàn)場總線物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的功能與IOS/OSI模型基本是一致的，但是現(xiàn)場總線在數(shù)據(jù)通信上是有獨特應(yīng)用需求的。數(shù)據(jù)通信上的獨特需求①IOS/OSI參考模型只支持點對點/端對端的通信模式，不支持多播或廣播，而現(xiàn)場總線中的一個主站需要向多個從站發(fā)送控制命令。②IOS/OSI參考模型不提供周期性通信服務(wù)，而工業(yè)控制系統(tǒng)中某些應(yīng)用需要周期性通信。工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型工業(yè)以太網(wǎng)在Ethernet+TCP/IP協(xié)議之上，建立了完整、高效的通信服務(wù)模型，提供廣大工控生產(chǎn)廠商和用戶所能接受的應(yīng)用層、用戶層協(xié)議，從而形成開放的標(biāo)準(zhǔn)，成為了智能車間建設(shè)、大數(shù)據(jù)中心可靠運作、以及實現(xiàn)生產(chǎn)過程智能監(jiān)控與管理的關(guān)鍵因素?！，F(xiàn)場總線具備開放性、全數(shù)字化、智能化等特征，但是異構(gòu)現(xiàn)場總線之間互不兼容，不同協(xié)議產(chǎn)品之間無法實現(xiàn)透明的信息交互，難以體現(xiàn)互操作性，存在“自動化”孤島的瓶頸，不支持與互聯(lián)網(wǎng)集成，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)運而生。工業(yè)以太網(wǎng)是在以太網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的“第二代現(xiàn)場總線”，易實現(xiàn)控制現(xiàn)場數(shù)據(jù)與信息系統(tǒng)的資源共享，支持工業(yè)生產(chǎn)過程的“管控一體化”，已然成為了智能制造的關(guān)鍵支撐技術(shù)。工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)模型工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型與普通現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)模型類似，依然是對原有IOS/OSI參考模型進行“裁剪”，以1物理層、2數(shù)據(jù)鏈路層和7應(yīng)用層為基礎(chǔ)，有些工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議還支持用戶層。工業(yè)以太網(wǎng)與普通現(xiàn)場總線協(xié)議最大的不同是，工業(yè)以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層采用了標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議簇（包括UDP、TCP、IP、ICMP等）。從另一個角度來說，普通現(xiàn)場總線協(xié)議只定義物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，為了與以太網(wǎng)技術(shù)融合，工業(yè)以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)包之前加入了IP地址，并通過TCP/UDP進行數(shù)據(jù)傳輸，如左圖所示。02工業(yè)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)典型協(xié)議工業(yè)大數(shù)據(jù)典型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工業(yè)大數(shù)據(jù)典型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議綜述OPCUA協(xié)議MT-Connect協(xié)議NC-Link協(xié)議COAP協(xié)議MQTT協(xié)議工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議綜述截至2018年，國際上已有40多種現(xiàn)場總線，每一種現(xiàn)場總線都有各自的適用范圍和技術(shù)特點。Profibus-DP主要用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動化領(lǐng)域。Profibus-FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等DeviceNet主要被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工廠自動化系統(tǒng)。在工業(yè)以太網(wǎng)與智能制造的發(fā)展推動下，基礎(chǔ)自動化控制網(wǎng)絡(luò)與過程和管理控制系統(tǒng)之間實現(xiàn)了無縫集成，保證從底層現(xiàn)場設(shè)備到頂層生產(chǎn)管理之間高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換?！?……..工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議級別按照工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層次，本書將工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為4個級別：單元級、設(shè)備級、車間級和企業(yè)管理級，如下圖所示。當(dāng)然這種劃分方式也不是絕對的，因為工業(yè)現(xiàn)場總線已經(jīng)呈現(xiàn)有互相融合的趨勢，各類總線通過合理搭配形成真正開放的互聯(lián)互通，不斷推動工業(yè)控制系統(tǒng)的變革與發(fā)展。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議級別單元級總線以“Ethercat、NCUC-Bus”為代表，主要用于設(shè)備內(nèi)部（如伺服系統(tǒng)內(nèi)）的數(shù)據(jù)傳輸，由于高速、高精的通信需求，它對信號實時性要求特別苛刻，甚至要求總線周期在納秒級。設(shè)備級總線以“Modbus、Fieldbus、Fieldnet”為代表，用于自動控制系統(tǒng)與分散的I/O設(shè)備級之間的通信，適用于分布式控制系統(tǒng)，如水站、電站等，總線周期一般都低于10ms。車間級總線如OPCUA、MTConnect、NC-Link等，可用于大范圍和復(fù)雜的通訊場景，用來解決車間級通用性通訊任務(wù)。總線周期一般小于100ms，但時間跨度也允許在秒級或分鐘級，支持工業(yè)數(shù)據(jù)采集，建立工業(yè)數(shù)據(jù)向管理網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐ǖ?。企業(yè)管理級網(wǎng)絡(luò)將孤立的現(xiàn)場設(shè)備帶進了企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)，它以車間級總線為基礎(chǔ)通信層，將現(xiàn)場設(shè)備與企業(yè)管理系統(tǒng)（如ERP、MES等）連接起來，實現(xiàn)工業(yè)自動化生產(chǎn)控制/過程的智能管控。OPCUA協(xié)議1.OPCUA技術(shù)背景在實際應(yīng)用中，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備種類繁多，異構(gòu)工業(yè)設(shè)備之間沒有通用的標(biāo)準(zhǔn)接口，這為現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通造成了很大的困難，從現(xiàn)場底層的生產(chǎn)數(shù)據(jù)到高層的企業(yè)決策信息無法進行有效集成和整合。因此，設(shè)備供應(yīng)商和軟件開發(fā)商需要一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動程序，簡化每個層級之間的數(shù)據(jù)交換，于是OPC應(yīng)運而生！OPC標(biāo)準(zhǔn)以微軟公司的OLE（ObjectLinkingandEmbedding，對象鏈接和嵌入）技術(shù)為基礎(chǔ)，向用戶提供具有開放性和互操作性的OLE/COM接口標(biāo)準(zhǔn)，避免非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口的復(fù)雜性，使各種工業(yè)設(shè)備和管理層系統(tǒng)/工業(yè)應(yīng)用層之間能夠互相操作，工業(yè)應(yīng)用程序的使用不再依賴特定的開發(fā)語言與環(huán)境。OPC標(biāo)準(zhǔn)OPCUA協(xié)議OPCUA作為新一代OPC技術(shù)，其主要優(yōu)勢的簡單總結(jié)：1)

跨平臺性，獨立于各種開發(fā)平臺和編程語言；2) 訪問統(tǒng)一性，提供一致、完整的地址空間和服務(wù)模型，通過一個調(diào)用接口為客戶端提供數(shù)據(jù)、報警、事件和歷史數(shù)據(jù)，詳見節(jié)；3) 安全通訊機制，底層通信技術(shù)集成了由公用秘鑰與私用秘鑰形成的加密功能和標(biāo)記技術(shù)，保證了傳輸消息的完整性與安全性；4) 信息授權(quán)訪問機制，集成用戶授權(quán)、簽名、加密傳輸?shù)裙δ埽乐剐畔⒎鞘跈?quán)訪問，以及過程數(shù)據(jù)損壞和誤操作。5) 高可靠性，集成可配置超時、自動錯誤檢查和自動恢復(fù)等機制，可對OPCUA客戶端與服務(wù)器之間的物理連接進行監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)通信故障，自動處理通信錯誤和失??；6) 冗余性，支持來自不同廠商的軟件應(yīng)用同時被采納并彼此兼容，實現(xiàn)高可用性的通信系統(tǒng)。因此，自O(shè)PCUA技術(shù)誕生以來，越來越多的公司將其作為開放的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，包括主流的自動化廠商，以及IT界的華為、CISCO、Microsoft等都是OPCUA的支持者，還包括Profibus/Profinet的PI組織、POWERLINK。在2017年9月5日，OPCUA已正式成為國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)。OPCUA協(xié)議2OPCUA規(guī)范總覽OPCUA協(xié)議開發(fā)規(guī)范由OPC基金會于2006年8月首次發(fā)布，截至2018年10月，最新版官方正式發(fā)布的OPCUA開發(fā)規(guī)范主要包括13個部分說明，如右圖所示，OPCUA協(xié)議第一部分：概要與概念主要介紹了服務(wù)器和客戶端的基本概念。第二部分：安全模型描述了OPCUA客戶端與服務(wù)器之間的安全交互，包括交互通道安全、消息傳輸安全、數(shù)據(jù)訪問安全等。第三部分：地址空間模型用以描述服務(wù)器地址空間的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。地址空間是整個系統(tǒng)的最基層，系統(tǒng)絕大多數(shù)的功能調(diào)用都需要經(jīng)過該模塊，是OPCUA架構(gòu)的最核心部分。第四部分：服務(wù)說明了OPCUA可提供的所有服務(wù)功能和服務(wù)函數(shù)對系統(tǒng)的功能進行了全面性描述。第五部分：信息模型說明了為OPCUA服務(wù)器定義的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型和它們之間的關(guān)系。第六部分：服務(wù)映射對協(xié)議支持的傳輸映射和數(shù)據(jù)編碼機制進行了說明。第七部分：協(xié)議描述了OPCUA服務(wù)器和客戶端可以實現(xiàn)的行為類別，說明了可用于OPCUA客戶端和服務(wù)器的協(xié)議，這些協(xié)議提供了可用于一致性標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)和功能。OPCUA協(xié)議第八部分：數(shù)據(jù)訪問為過程數(shù)據(jù)定義了變量類型、屬性和狀態(tài)碼等模型，說明了OPCUA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問規(guī)則。第九部分：報警與事件定義了使用OPCUA對過程報警與條件通道的支持。第十部分：程序說明了OPCUA對程序訪問的支持。第十一部分：歷史訪問說明了歷史數(shù)據(jù)和歷史事件的訪問方式。第十二部分：查找用以說明客戶端采用何種方式在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)服務(wù)端，以及客戶端如何獲得需要的信息與特定服務(wù)器建立連接。第十三部分：聚合說明了如何從原始數(shù)據(jù)計算樣本值，主要用于實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的處理。第十四部分：訂閱發(fā)布定義了數(shù)據(jù)訪問的發(fā)布訂閱模式，但截至到2018年10月，該部分規(guī)范還處于候選版本，沒有被正式發(fā)布。OPCUA協(xié)議3OPCUA架構(gòu)分析OPCUA系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用服務(wù)端/客戶端（C/S）模式，其中OPCUA服務(wù)器負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的收集，然后通過標(biāo)準(zhǔn)接口為OPCUA客戶端提供數(shù)據(jù)服務(wù)，OPCUA客戶端通過標(biāo)準(zhǔn)接口獲取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)用戶所需的應(yīng)用程序功能。如右圖所示。1.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)OPCUA協(xié)議假定要開發(fā)一套OPC系統(tǒng)，OPCUA客戶端和服務(wù)器都要開發(fā)對應(yīng)的應(yīng)用程序，先了解一下OPCUA的服務(wù)器和客戶端的運行和配置方式。2.系統(tǒng)架構(gòu)OPC基金會定義的OPCUA客戶端系統(tǒng)架構(gòu)，客戶端應(yīng)用程序是指執(zhí)行客戶端功能的代碼，它通過“客戶端API”向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求或從服務(wù)器接收信息。需要說明的是，“客戶端API”是一個內(nèi)部接口，將應(yīng)用程序代碼從通信堆棧中分離出來，通信堆棧負(fù)責(zé)將客戶端的API調(diào)用轉(zhuǎn)換為服務(wù)消息，并通過底層消息體發(fā)送給服務(wù)器。OPCUA協(xié)議OPC基金會定義的OPCUA服務(wù)器系統(tǒng)架構(gòu)，服務(wù)器應(yīng)用程序“服務(wù)器API”與客戶端進行交互，同理“服務(wù)器API”也是內(nèi)部接口。OPCUA客戶端與服務(wù)器有兩種交互方式：第一種：客戶端發(fā)送服務(wù)請求，經(jīng)底層通信實體發(fā)送給OPCUA通信棧，并通過服務(wù)器API調(diào)用請求/響應(yīng)服務(wù)，然后在地址空間內(nèi)執(zhí)行指定任務(wù)后，向客戶端返回一個響應(yīng)，這種交互稱為請求響應(yīng)模式。第二種：客戶端發(fā)送消息發(fā)布請求，經(jīng)底層通信實體發(fā)送給OPCUA通信棧，并通過服務(wù)器API發(fā)送給訂閱，當(dāng)訂閱指定的監(jiān)控項監(jiān)測到數(shù)據(jù)/事件/報警變化時，產(chǎn)生一個消息通知由訂閱轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端，這種交互稱為發(fā)布訂閱模式。OPCUA協(xié)議OPCUA客戶端和OPCUA服務(wù)器之間的合法連接稱為“會話”，每個客戶端與服務(wù)器建立一個單獨的請求響應(yīng)對話，每個服務(wù)器可以根據(jù)自身資源或其他約束條件來決定可支持的并發(fā)會話數(shù)量，即可接受的客戶端連接數(shù)量。會話的終止由客戶端或服務(wù)器的指令、或客戶端失效來決定。每個會話是不依賴底層通信協(xié)議的，但是會話的進行是建立在底層通信架構(gòu)的基礎(chǔ)上的，如右圖所示。OPCUA通信架構(gòu)主要包括兩個部分：UA應(yīng)用程序和通信棧，其中通信棧由編碼層、安全信道層和傳輸層構(gòu)成，負(fù)責(zé)向UA應(yīng)用程序（包括服務(wù)器應(yīng)用程序和客戶端應(yīng)用程序）提供一套標(biāo)準(zhǔn)接口（API）。3.通信架構(gòu)OPCUA協(xié)議4OPCUA服務(wù)OPCUA服務(wù)指的是OPCUA服務(wù)器對外的接口，是服務(wù)器信息模型和客戶端信息模型進行數(shù)據(jù)交互的橋梁，即OPCUA客戶端若想訪問服務(wù)器的數(shù)據(jù)必須通過服務(wù)才能實現(xiàn)，服務(wù)以“方法”的形式提供給OPCUA客戶端使用。OPCUA協(xié)議規(guī)范在其第四部分對所有服務(wù)進行了介紹與劃分，形成了多個服務(wù)子集，每個服務(wù)子集定義用于訪問服務(wù)器特定功能部分的邏輯組合，解決了傳統(tǒng)OPC規(guī)范在應(yīng)用時服務(wù)重疊的問題。OPCUA服務(wù)規(guī)范定義的服務(wù)子集如右圖所示，包括安全信道服務(wù)集、節(jié)點管理服務(wù)集、方法服務(wù)集、查詢服務(wù)集、會話服務(wù)集、視點服務(wù)集、屬性服務(wù)集和訂閱服務(wù)集等。OPCUA協(xié)議5OPCUA信息模型OPCUA客戶端如何訪問服務(wù)器是通過對象模型描述的，該模型定義了一組標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)點類型，代表地址空間內(nèi)的對象、對象屬性、方法、事件以及對象間的關(guān)系。相關(guān)對象模型及其之間的關(guān)系按照特定的規(guī)則進行分組，便形成信息模型。換句話說，信息模型是使用地址空間的概念定義自有的、領(lǐng)域特定的類型和約束，以及明確定義的實例。信息模型是OPCUA技術(shù)的基礎(chǔ)，可以定義節(jié)點標(biāo)識（NodeId）、節(jié)點類型、建模規(guī)則等，它還可以通過定義瀏覽名稱和語義定義標(biāo)準(zhǔn)的特性和方法。此外，信息模型也能定義標(biāo)準(zhǔn)視點，以及包含明確數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)變量。數(shù)據(jù)訪問（DC）歷史數(shù)據(jù)訪問（HDA）報警和事件（A&E）程序本書不詳細(xì)介紹OPCUA如何進行信息建模，只向讀者介紹OPCUA已定義的4種標(biāo)準(zhǔn)信息模型。OPCUA協(xié)議1、數(shù)據(jù)訪問（DC）數(shù)據(jù)訪問信息模型主要定義了模擬和離散變量、工程單位和質(zhì)量代碼的自動化數(shù)據(jù)表示形式，基于該模型，OPCUA規(guī)范在第8部分詳細(xì)說明了如何使用OPCUA進行數(shù)據(jù)訪問。數(shù)據(jù)訪問信息模型定義的標(biāo)準(zhǔn)變量層次結(jié)構(gòu)見右圖。OPCUA協(xié)議2、報警和事件（A&E）OPCUAA&E接口接收事件或報警通知。事件是通知客戶端有一個事件發(fā)生；報警事件通知客戶端過程狀態(tài)的變化，比如水箱的水位值，超過最高水位或低于最低水位就會產(chǎn)生狀態(tài)變化。OPCUA通過A&E接口接收通知的基本原理為：在A&E服務(wù)器中創(chuàng)建OPC事件服務(wù)器（OPCEventServer），然后生成OPC事件訂閱（OPCEventScription）對象接收消息通知。3、歷史數(shù)據(jù)訪問（HDA）4、程序歷史訪問信息模型主要描述了如何找到歷史數(shù)據(jù)的配置信息。OPCUADA接口可訪問數(shù)據(jù)源的歷史信息，OPCUA客戶端連接到HAD服務(wù)器中的OPCHDAServer對象，此對象可提供讀取和更新歷史數(shù)據(jù)的接口和方法。程序是相對于方法而言。方法是由客戶端發(fā)出請求，在服務(wù)器執(zhí)行，并將結(jié)果返回給客戶端，這個過程可在短時間內(nèi)完成，比如電機的啟動、停止等。程序則是用來完成長時間運行、有狀態(tài)的功能。OPCUA協(xié)議6OPCUA地址空間模型1.節(jié)點與引用OPCUA地址空間內(nèi)的內(nèi)容是以一組通過“引用”形式連接起來的節(jié)點來描繪的，如右圖所示。節(jié)點是地址空間的基本單位，代表OPCUA服務(wù)器定義的真實對象，OPCUA客戶端通過使用OPCUA服務(wù)（接口和方法）來訪問節(jié)點。引用定義了節(jié)點與節(jié)點之間的關(guān)聯(lián)，如右圖中的箭頭表示兩個節(jié)點間的引用關(guān)系，箭頭方向表示引用方向，箭頭的起點是源節(jié)點，箭頭的末端指向目標(biāo)節(jié)點。OPCUA協(xié)議節(jié)點由屬性描述并由引用進行關(guān)聯(lián)組織，屬性用來描述節(jié)點的數(shù)據(jù)元素，客戶端可通過讀、寫、查詢、訂閱的方式存取屬性值。屬性是節(jié)點類的基本組成部分，比如對于一個監(jiān)控項而言，監(jiān)控對象就是節(jié)點的某個屬性。屬性內(nèi)容包括屬性ID、名稱、描述、數(shù)據(jù)類型、和強制/可選指示器等，其中屬性ID用來唯一標(biāo)識屬性。一個引用關(guān)系由源節(jié)點、引用類型、目標(biāo)節(jié)點的聯(lián)合唯一標(biāo)識，如下圖所示。需要說明的是，每個節(jié)點可以與其他多個節(jié)點形成引用關(guān)系，但是引用的定義是非常嚴(yán)格的，相同的兩個節(jié)點之間不允許提供兩次方向和類型都相同的引用。另外，目標(biāo)節(jié)點可以在與源節(jié)點相同的地址空間里，也可以在不同的地址空間里，OPCUA協(xié)議2.節(jié)點組織OPCUA服務(wù)器可以在它們的地址空間中自由的組織它們選擇的節(jié)點?；诠?jié)點間的引用關(guān)系，OPCUA服務(wù)器將地址空間內(nèi)的許多個節(jié)點組織成分層結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或任何可能的混合結(jié)構(gòu)，如下圖就是一種網(wǎng)狀組織結(jié)構(gòu)。OPCUA協(xié)議3.節(jié)點類型OPCUA定義了多種類型節(jié)點，每種節(jié)點類別都具有自身特有的屬性，但是其都繼承于一個基節(jié)點，基節(jié)點定義了它們的共有屬性，見下表所示。序號屬性數(shù)據(jù)類型說明1NodeIdNodeId用于定位OPCUA服務(wù)器中的節(jié)點，并用來對節(jié)點進行唯一標(biāo)識2NodeClassNodeClass定義節(jié)點類型（NodeClass）的枚舉類別，如對象、方法或視點等3BrowseNameQualifiedName用于客戶端瀏覽OPCUA服務(wù)器時的節(jié)點標(biāo)識4DisplayNameLocalizedText用于節(jié)點名稱在用戶界面的可視化顯示5DescriptionLocalizedText可選屬性，描述該節(jié)點的本地化說明6WriteMask

UInt32可選屬性，定義節(jié)點屬性是否可寫7UserWriteMaskUInt32可選屬性，定義連接到OPCUA服務(wù)器的某一個客戶端是否有修改節(jié)點屬性的權(quán)限OPCUA協(xié)議NodeClass是一個枚舉類型，用來標(biāo)記節(jié)點屬于OPCUA規(guī)范定義的哪一種節(jié)點類型，當(dāng)然OPCUA規(guī)范定義范圍之外的是非法的。BrowseName是一個包含命名空間（Namespace）和非本地化字符串的結(jié)構(gòu)，服務(wù)器通常為NodeId和BrowseName設(shè)置同一個Namespace，但是BrowseName不能唯一標(biāo)識節(jié)點，一批類似的實例節(jié)點可能具有相同的BrowseName屬性值。DisplayName用來顯示節(jié)點名稱，BrowseName僅用于瀏覽目的，不用于節(jié)點名稱的顯示。WriteMask和UserWriteMask定義了客戶端對節(jié)點屬性的可寫性，由WriteMask定義的可寫屬性集不能小于UserWriteMask定義的可寫屬性集，因為WriteMask定義任何用戶可寫的屬性集，UserWriteMask定義指定用戶的可寫屬性集，可以理解為，UserWriteMask是WriteMask的子集。需要說明的是，基節(jié)點是抽象的節(jié)點類型，不能被實例化。OPCUA從基節(jié)點派生了8種可被實例化的節(jié)點類別，分別為Variable（變量）、VariableType（變量類型）、Object（對象）、ObjectType（對象類型）、View（視點）、DataType（數(shù)據(jù)類型）、ReferenceType（引用類型）和Method（方法）。OPCUA協(xié)議（1）引用類型引用的實質(zhì)是“兩個節(jié)點之間的關(guān)聯(lián)”，用于說明節(jié)點如何連接的不同語義。即引用不是節(jié)點，它沒有任何屬性和特性，不能被直接訪問，只能間接的以瀏覽的方式訪問，OPCUA便使用“引用類型”來說明引用的語義，定義引用屬于哪一種類型。屬性數(shù)據(jù)類型說明屬性數(shù)據(jù)類型說明IsAbtract布爾定義引用類型可否用于引用，或者只用于組織引用類型層次結(jié)構(gòu)Sysmetric布爾指定引用是否對稱，即正反向意思是否相同InverseNameLocalizedText可選屬性，只適用于非對稱引用，指定引用在反方向上的語義注意：一個引用類型的Browsename在一個OPCUA服務(wù)器中必須是唯一的，避免同名的引用類型語義不同而導(dǎo)致混亂。DisplayName必須定義有Browsename的本地化描述，兩者共同確定引用類型的正向語義。OPCUA協(xié)議（2）對象、變量和方法1) 對象節(jié)點類別為對象的節(jié)點用于描述地址空間結(jié)構(gòu)，對象除了Browsename（瀏覽名稱）、DisplayName（顯示名稱）等屬性外，不能包含任何數(shù)據(jù)，通過使用變量對外提供值。對象主要用于變量、方法或其他對象的分組管理。一個對象可能包含有其他的對象，基于同一個對象可以定義不止一個變量以及不同的方法實現(xiàn)。2) 變量節(jié)點類別為變量的節(jié)點代表一個數(shù)值，數(shù)值的數(shù)據(jù)類型取決于該變量節(jié)點類別。即變量提供真實的值，該值支持讀取、重寫、變化訂閱等客戶端操作，類似于面向?qū)ο缶幊讨械摹癮=1”，a是一個變量，數(shù)值為1。實際上，OPCUA定義了兩種變量：數(shù)據(jù)和特性（Property），它們是數(shù)據(jù)建模的基本因素。3) 方法節(jié)點類別為方法的節(jié)點代表由客戶端調(diào)用并返回結(jié)果的一個服務(wù)器方法，方法的輸入是由客戶端提供的輸入?yún)?shù)，輸出參數(shù)是按照客戶端要求返回的結(jié)果。OPCUA協(xié)議節(jié)點類別（NodeClass）屬性數(shù)據(jù)類型說明對象（Object）EventNotifierByte表示對象是否可以用來訂閱事件，以及事件的歷史是否會被訪問或改變變量（Variable）Value由其他屬性決定變量實際值，數(shù)據(jù)類型由ArrayDimensions、ValueRank或DataType決定DataTypeNodeId標(biāo)識地址空間的節(jié)點，該屬性包含一個此類型節(jié)點的NodeId，以此來定義Value屬性的數(shù)據(jù)類型ValueRankInt32標(biāo)識值是否為數(shù)組，以及定義數(shù)組的維度。OPCUA內(nèi)置支持多維數(shù)組，客戶端可以讀取或?qū)懭霐?shù)組的一部分，也可以只訂閱數(shù)組的一部分ArrayDimensionsUInt32[]可選屬性，用來定義數(shù)組大小，只能適用于Value值是一個數(shù)組的情況AccessLevelByte定義Value屬性的當(dāng)前值是否可讀寫，以及Value是否有歷史可用，注意與WriteMask屬性的區(qū)分，WriteMask不包括變量類型的Value屬性，與AccessLevel在信息上不會重復(fù)UserAccessLevelByte定義指定用戶是否有權(quán)限讀寫Value屬性的當(dāng)前值，是否有權(quán)查詢歷史值MinimumSamplingIntervel時間區(qū)間可選屬性，定義服務(wù)器能檢測到Value屬性變化的時間Historizing布爾標(biāo)識目前服務(wù)器是否收集了Value歷史信息。AcessLevel指示是否有歷史可用，Historizing指示服務(wù)器是否收集了歷史信息方法（Method）Executable布爾指示方法在當(dāng)前是否可以被調(diào)用UserExecutable布爾指示方法在當(dāng)前是否可以被指定用戶調(diào)用InputArgumentsArgument[]可選屬性，定義一個方法輸入?yún)?shù)的屬性O(shè)utputArgumentsArgument[]可選屬性，定義一個方法輸出參數(shù)的屬性O(shè)PCUA協(xié)議（3）對象類型類似于面向?qū)ο缶幊?，OPCUA技術(shù)規(guī)范定義的對象都是有類型的，稱為對象類型（ObjectType）。OPCUA對象類型節(jié)點的運行機制：如左圖中定義了兩個對象類型：FolderType和BranchType，對象Branch1引用了BranchType，因此是BranchType類型的。服務(wù)器在創(chuàng)建一個對象時，必須提供對象類型定義，對象的Description和DisplayName可以不指定，使用對象類型的對應(yīng)屬性值填充，比如圖中的對象Branch1的Description屬性值來自對應(yīng)的BranchType的。OPCUA協(xié)議OPCUA對象類型節(jié)點的使用和實現(xiàn)：對象類型是一次定義多次使用，即基于同一個對象類型，可以創(chuàng)建多個不同的對象實例。左圖展示了一個對象類型定義的例子，其中MotorType是一個對象類型節(jié)點，基于該節(jié)點創(chuàng)建了對象節(jié)點Motor1，還可以創(chuàng)建Motor2.Motor3等多個對象節(jié)點。MotorType定義了一個狀態(tài)變量Status，一個包含兩個變量的配置對象Configuration，兩個方法Start和Stop，Motor1與MotorType保持相同的結(jié)構(gòu)，但是兩者也存在本質(zhì)相異點：對象類型節(jié)點MotorType下定義的變量、對象和方法是實例，但是這些實例不提供真正的實例值，因此這些實例節(jié)點被稱為實例聲明（InstanceDeclarations）。OPCUA協(xié)議（4）變量類型像對象一樣，OPCUA提供的變量也是有類型的，通過變量類型（VariableType）指定，也支持繼承機制。下表列出了變量類型的附加屬性。屬性數(shù)據(jù)類型說明Value由其他屬性決定可選屬性，變量的實際值，數(shù)據(jù)類型由DataType、ValueRank或ArrayDimensions決定DataTypeNodeId定義Value屬性的數(shù)據(jù)類型ValueRankInt32標(biāo)識參數(shù)類型：標(biāo)量、數(shù)組或矩陣等ArrayDimensionsUInt32[]可選屬性，用來定義數(shù)組或矩陣大小，只能適用于Value值是一個數(shù)組的情況。這個數(shù)組的每項定義了值數(shù)組的對應(yīng)維度大小IsAbstract布爾標(biāo)識變量類型是具體的或者抽象的OPCUA協(xié)議（5）數(shù)據(jù)類型在變量和變量類型部分已經(jīng)提到過數(shù)據(jù)類型（DataType），實際上，OPCUA規(guī)定：除了變量和變量類型的Vaule屬性外，所有屬性都有一個數(shù)據(jù)類型，變量和變量類型的Vaule屬性是由變量和變量類型的數(shù)據(jù)類型屬性、ValueRank、ArrayDimensions共同定義的。OPCUA技術(shù)規(guī)范定義的數(shù)據(jù)類型有5種。1)內(nèi)置數(shù)據(jù)類型2)簡單數(shù)據(jù)類型3)枚舉數(shù)據(jù)類型4)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型5)抽象數(shù)據(jù)類型OPCUA協(xié)議（6）視點視點是用來組織空間地址的關(guān)鍵依據(jù)。它可以從以下兩種方面來理解：1） 視點是地址空間的一個節(jié)點，提供視點內(nèi)容的入口。2） 使用節(jié)點的NodeId作為地址空間瀏覽的過濾參數(shù)，通過視點的過濾機制，客戶端可以快速地從龐大的數(shù)據(jù)集中查詢并定位到需要的數(shù)據(jù)節(jié)點。同時，服務(wù)器可以限制客戶端訪問到視點外部節(jié)點的引用。因此，客戶端瀏覽地址空間需要從視點進入，然后把視點當(dāng)作過濾器瀏覽指定范圍的節(jié)點。但是需要注意，視點總是服務(wù)器定義的，也就是說客戶端對視點只能瀏覽和訪問；而且客戶端同時只能瀏覽一個視點，因為視點不能合并。屬性數(shù)據(jù)類型說明ContainsNoLoops布爾指示視點包含的節(jié)點中是不是產(chǎn)生循環(huán)EventNotifierByte標(biāo)識對象是否支持事件訂閱，事件的歷史是否會被訪問或改變OPCUA協(xié)議7OPCUA消息交互1.請求響應(yīng)模式OPCUA服務(wù)器和客戶端之間的交互是基于服務(wù)集的消息傳遞機制實現(xiàn)的。服務(wù)消息可以是二進制格式，也可以是XML文本格式，這便意味著OPCUA不僅僅適于設(shè)備層、自動化層到信息化層的數(shù)據(jù)交換，還可以透過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)交換，能滿足自動化工廠所有層面數(shù)據(jù)交換的需要。OPCUA協(xié)議規(guī)范定義了兩種消息服務(wù)框架，即請求響應(yīng)模式和發(fā)布訂閱模式。2.發(fā)布訂閱模式OPCUA協(xié)議1.請求響應(yīng)模式OPCUA請求響應(yīng)模式的消息交互與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)交互類似，即每次交互都是由請求消息和響應(yīng)消息構(gòu)成，大致過程如下圖所示?？蛻舳藢⒎?wù)請求經(jīng)底層通信實體發(fā)送給OPCUA通信棧，通過OPCUA服務(wù)器API調(diào)用請求/響應(yīng)服務(wù)，服務(wù)器接收消息請求并在地址空間內(nèi)執(zhí)行，執(zhí)行完成后向客戶端返回一個響應(yīng)消息。OPCUA協(xié)議2.發(fā)布訂閱模式發(fā)布訂閱是一種新型消息范式。消息的發(fā)送者（稱為發(fā)布者）不會將消息直接發(fā)送給特定的接收者（稱為訂閱者），而是將發(fā)布的消息進行分類標(biāo)記，不需要關(guān)心是否有訂閱者存在，也不需要關(guān)心有哪些訂閱者存在。OPCUA訂閱發(fā)布機制中主要有三個關(guān)鍵服務(wù)：發(fā)布服務(wù)、監(jiān)控項服務(wù)和訂閱服務(wù)。發(fā)布服務(wù)是由客戶端通過OPCUA服務(wù)接口（API）調(diào)用的服務(wù)，它的主要任務(wù)是周期性地向客戶端發(fā)送通知，包括報警、事件、數(shù)據(jù)變化等。監(jiān)控項是由客戶端在服務(wù)器中創(chuàng)建的實體，用來監(jiān)測地址空間內(nèi)節(jié)點及其他們所對應(yīng)的物理實體。若某一個監(jiān)控項檢測到有數(shù)據(jù)變化或者事件/報警發(fā)生時，便會產(chǎn)生一個通知消息，通過訂閱發(fā)送給客戶端。訂閱是客戶端控制請求發(fā)布的條件，用來由監(jiān)控項向客戶端發(fā)送通知，也就是說，客戶端與服務(wù)器是通過訂閱進行消息交互的。OPCUA協(xié)議（1）訂閱和監(jiān)控項概述訂閱和監(jiān)控項是OPCUA服務(wù)器與客戶端交互的橋梁。與傳統(tǒng)的基于COM/DCOM的OPC采用輪詢查詢進行數(shù)據(jù)訪問的方式不同，OPCUA規(guī)范中規(guī)定消息的發(fā)布是通過訂閱周期性地向客戶端發(fā)送監(jiān)控項消息隊列中的通知消息。OPCUA訂閱與監(jiān)控項在服務(wù)器中的分布如下圖所示。OPCUA協(xié)議（2）監(jiān)控項模型客戶端通過定義監(jiān)控項來訂閱數(shù)據(jù)和事件等，而每個監(jiān)控項都被指定了需要被監(jiān)控的內(nèi)容和發(fā)送通知的訂閱。被監(jiān)控內(nèi)容可以是任意一個節(jié)點的屬性，通知則是描述被監(jiān)控對象發(fā)生變化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和事件等，這些通知被打包成消息通過訂閱發(fā)送給客戶端。下圖中的通知器是可訂閱的對象，訂閱后可從相關(guān)聯(lián)的條件節(jié)點中獲取事件，事件數(shù)據(jù)用于指定要更新的事件的信息。監(jiān)控項有四個主要屬性來定義被監(jiān)控項如何被采樣、評價和報告，在左圖中已有所示意。這四個主要的屬性為：采樣間隔監(jiān)控模型過濾器屬隊列屬性O(shè)PCUA協(xié)議(3) 訂閱模型訂閱用于接收來自監(jiān)控項的通知消息，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端，這也說明了訂閱只能從OPCUA服務(wù)器讀取信息，而不能寫入信息。訂閱實現(xiàn)的過程如右圖所示，過程大致如下：1) 客戶端向服務(wù)器發(fā)出訂閱請求；2) 服務(wù)器接收到訂閱請求后創(chuàng)建訂閱，并通過監(jiān)控項監(jiān)控數(shù)據(jù)變化及事件；3) 監(jiān)控項監(jiān)測到數(shù)據(jù)變化或有事件報警；4) 監(jiān)控項調(diào)用客戶端的服務(wù)，通過訂閱將通知消息發(fā)送給客戶端，這種模式也稱為“回調(diào)（Callback）”。MT-Connect協(xié)議目前，大多數(shù)工業(yè)通訊協(xié)議（包括OPCUA）是彼此不兼容的，即異構(gòu)制造設(shè)備間無法直接進行信息交互。而針對異構(gòu)設(shè)備定義專用的數(shù)據(jù)接口來實現(xiàn)單元內(nèi)所有設(shè)備互聯(lián)通信將造成開發(fā)成本增加，因此，美國機械制造技術(shù)協(xié)會（AMT）在2006年提出了機床設(shè)備互聯(lián)互通協(xié)議MTConnect協(xié)議。MTConnect協(xié)議與OPCUA協(xié)議相似，是一種開放、免版稅的設(shè)備互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，旨在采用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備和應(yīng)用軟件之間更廣泛的互操作。但兩者存在以下區(qū)別：OPCUA能進行雙向的實時數(shù)據(jù)讀取和寫入MT-Connect只能進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)視（讀）MTConnectV1.3.0標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)和協(xié)議概要數(shù)據(jù)模型和設(shè)備信息機床狀態(tài)信息數(shù)據(jù)模型語義模型本書將僅對MT-Connect的關(guān)鍵概念與技術(shù)做出介紹。MT-Connect協(xié)議：標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)MTConnect協(xié)議的應(yīng)用系統(tǒng)由五個基礎(chǔ)的組件組成，如右圖所示。包括：Device（設(shè)備）Adapter（適配器）Agent（代理服務(wù)器）Network（網(wǎng)絡(luò)）Application（應(yīng)用程序）等MT-Connect協(xié)議：標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)（1）Device——設(shè)備Device通常是一個刀具，但是也可以是機床設(shè)備、工業(yè)軟件或者數(shù)據(jù)源等。（2）Adapter——適配器Adapter用于建立一個從數(shù)據(jù)源和MT-ConnectDataDefinition之間的連接，實現(xiàn)Agent與不同數(shù)據(jù)協(xié)議設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互，即Adaper負(fù)責(zé)將非MT-Connect標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成MT-Connect標(biāo)準(zhǔn)。因此Adapter可認(rèn)為是一個翻譯器，即它具備可選屬性，且在以MT-Connect為本地語言的設(shè)備上是不需要的。MT-Connect為開發(fā)者提供Adaper開發(fā)包，Adaper可以嵌入到設(shè)備控制器，也可以以軟件的形式集成到監(jiān)控計算機中。MT-Connect協(xié)議：標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)（3）Agent——代理服務(wù)器Agent是一個收集、組織、存儲來自于Device或Adapter數(shù)據(jù)的軟件，是MTConnect協(xié)議數(shù)據(jù)采集的核心組件。Agent負(fù)責(zé)工業(yè)設(shè)備信息的采集，并響應(yīng)應(yīng)用程序的請求，為其提供所需的數(shù)據(jù)服務(wù)。Agent可以嵌入到設(shè)備控制器內(nèi)部，也可以分布在網(wǎng)絡(luò)中。Agent的數(shù)據(jù)字典在MTConnect標(biāo)準(zhǔn)中進行了定義，源代碼也是開源的，支持多種語言開發(fā)平臺，包括C#、C++、JAVA等，開發(fā)者可通過Agent調(diào)用設(shè)備的API獲取實時數(shù)據(jù)，然后以XML數(shù)據(jù)格式提供給應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)請求。（4）Network——網(wǎng)絡(luò)Network是數(shù)據(jù)源（Device）和數(shù)據(jù)消費者（Application）之間的物理連接，通常指的是以太網(wǎng)。值得注意的是MT-Connect結(jié)構(gòu)是可變的，可以使用除了Ethernet和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之外的其他網(wǎng)絡(luò)解決辦法。這是唯一在MT-Connect標(biāo)準(zhǔn)里定義的通訊系統(tǒng)的部分。MT-Connect協(xié)議：標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)（5）Application——客戶端應(yīng)用程序Application是實際的MT-Connect數(shù)據(jù)請求者和消費者。通常應(yīng)用程序的功能就是請求、存儲、維持和展示數(shù)據(jù)。MT-Connect應(yīng)用程序開發(fā)獨立于設(shè)備底層協(xié)議，MT-Connect采用XML格式表達(dá)數(shù)據(jù)，即Agent發(fā)布的消息是由MT-Connect標(biāo)準(zhǔn)定義的XML數(shù)據(jù)文檔。【綜上所述，MT-Connect系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互流程】Adaper將從工業(yè)設(shè)備采集到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)Agent可識別的數(shù)據(jù)格式；Agent從Adaper獲取數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行封裝，形成MT-Connect標(biāo)準(zhǔn)格式的采集報文；Application向Agent發(fā)起數(shù)據(jù)請求，由Agent向用戶返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。MT-Connect是一種只讀協(xié)議，不支持工業(yè)設(shè)備的反向控制。【MT-Connect特性】開放性的標(biāo)準(zhǔn)使客戶在購置設(shè)備時不需再考慮異構(gòu)設(shè)備交互操作性和非兼容性的問題，客戶端應(yīng)用程序開發(fā)者也無需考慮底層數(shù)據(jù)的格式，直接使用Agent提供的統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口，程序通用性良好，可移植性高。MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述方法MT-Connect標(biāo)準(zhǔn)采用可擴展標(biāo)記語言（ExtensibleMarkupLanguage，XML）描述設(shè)備數(shù)據(jù)，也是MT-Connect協(xié)議可適用于不同類型設(shè)備的描述、監(jiān)控、管理和互操作的關(guān)鍵?！綳ML數(shù)據(jù)】以純文本格式存儲，因此XML提供了一種與硬件和軟件均無關(guān)的數(shù)據(jù)共享方法，允許開發(fā)者創(chuàng)建一個可被不同應(yīng)用程序讀取的數(shù)據(jù)文件。因此，XML可以輕易地描述不同種類工業(yè)設(shè)備/應(yīng)用軟件中的各種類型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了MT-Connect標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，支持不同來源的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)間的交互，大大減少了數(shù)據(jù)交換的復(fù)雜性?！綳ML文檔】以“元素”為單位組成，元素指出了文檔的邏輯結(jié)構(gòu)，并且包含了文檔的信息內(nèi)容。每一個元素至少包括開始標(biāo)簽、結(jié)束標(biāo)簽和CDATA三個部分。CDATA實質(zhì)上是該條元素的內(nèi)容。如<FOO>ACK!</Foo>，“<FOO>”為開始標(biāo)簽，“</Foo>”為結(jié)束標(biāo)簽（ACK!”為該條元素的CDATA“

）；XML允許元素自定義屬性，格式為<元素名屬性名=“屬性值”>，如<FOOname=“bob”>ACK!</Foo>。還允許元素嵌套，即單元素可包含多個子元素，但一個元素包含CDATA，則不能嵌套子元素。MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述方法【XML文檔】文檔的首行通常是XML聲明，如：1. <?xmlversion=“1.0”encoding=“UTF-8”?>上述聲明指明了XML的版本號和編碼方式。每個XML文檔必須有且只有一個根元素，MT-Connect支持4種根元素：MT-ConnectDevicesMT-ConnectStreamsMT-ConnectAssetsMT-ConnectError該類文檔提供各個設(shè)備的描述性信息，并指定可使用的數(shù)據(jù)項類型。該類文檔按照時間序列提供設(shè)備及其組件的采樣、事件、條件等信息。該類文檔包含與機床資產(chǎn)相關(guān)的信息，此類信息并非機床的直接組件，并且在其設(shè)備生命周期中可轉(zhuǎn)移給其他設(shè)備，如刀具。該類文檔提供請求處理過程中出現(xiàn)的錯誤信息。MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述方法MT-Connect使用XMLSchema來判斷XML是否符合要求，其根元素必須提供XMLschemaURL和位置，一個標(biāo)準(zhǔn)的XMLschema屬性如下所示（以MT-ConnectStream類報文為例）：1.<MTConnectStreamsxmlns:m=“urn::MTConnectStreams:1.1”2.

xmlns:xsi=http:///2001/XMLSchema-instance3.xmlns=“urn::MTConnectStreams:1.1”4.xsi:schemaLocation=“urn::MTConnectStream:1.1”/schema/MTConnectStream.xsd”>從表現(xiàn)形式來看，XML報文包括有兩個部分：Header和Body。其中，Header必須是根元素的第一個子元素，提供與協(xié)議相關(guān)的說明信息，包括createTime、nextSequence、instanceId、sender、buffersize等。表3-10（翻頁）說明了MT-ConnectV1.3.0可提供的所有的Header屬性。MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述方法屬性名稱說明出現(xiàn)率createTime創(chuàng)建時間1nextSequence64位無符號整數(shù)，用于指定下一個請求的序號，最大值為2^64-10或1instanceId64位無符號整數(shù)，指明是代理服務(wù)器的哪一個調(diào)用命令1TestIndicator可選屬性，用于指明系統(tǒng)正處于測試模式0或1sender代理服務(wù)器的身份識別信息1bufferSize指定代理服務(wù)器可支持的Samples、Events和Condition數(shù)量1firstSequence第一個可使用的采樣或事件的序列號0或1lastSequence最后一個可使用的采樣或事件的序列號0或1version協(xié)議版本號1assetBuffersize代理服務(wù)器可存儲的最大資產(chǎn)數(shù)量1assetCount代理服務(wù)器當(dāng)前的資產(chǎn)總量1表3-10MT-ConnectV1.3.0的Header屬性說明MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述方法不同根元素的Header具備不同屬性，MT-ConnectStreamsHeader格式如下：<HeadercreationTime=“2010-03-13T03:59:11+00:00”sender=“l(fā)ocalhost”instaceId=“1268463594”bufferSize=“131074”version=“1.1”nextSquence=“156”firstSequence=“1”lastSequence=“155”/>XML報文的Body部分是Devices、Streams和Errors的具體信息，并按層次封裝，可讀性強。如下Errors描述報文的Body部分：<Errors><ErrorerrorCode=“OUT_OF_RANGE”>Argumentwasoutofrange</Error><ErrorerrorCode=“INVALID_XPATH”>Badpath</Error></Errors>MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述實現(xiàn)1設(shè)備組件描述MT-ConnectDevices文檔描述設(shè)備的配置信息以及滿足客戶端程序用于發(fā)送的數(shù)據(jù)。設(shè)備本身可以看做是許多組件（Component，如軸、電源、傳感器等）的有機集合，每個固定的組件都有自己的屬性（如名稱、主軸數(shù)、最大轉(zhuǎn)速、最大工作長度等），同時每個組件還可以有子組件。從XML文檔結(jié)構(gòu)上講，Devices元素作為MT-ConnectDevices文檔的核心元素，也是Body部分的第一個元素，它還包含許多的Component（組件），這些Component按照功能邏輯進行組織，MT-Connect協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)采用不同的標(biāo)識定義不同的邏輯組件和設(shè)備名稱。在MT-Connect協(xié)議中，Devices元素具有統(tǒng)一的組件類型，可支持所有符合MT-Connect協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備或組件功能定義。這樣通過XML文檔可以描述任意復(fù)雜的設(shè)備，支持一個代理對多個設(shè)備的連接與識別。下圖（翻頁）是MT-Connect標(biāo)準(zhǔn)定義的一種MT-ConnectDevices邏輯架構(gòu)。MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述實現(xiàn)1設(shè)備組件描述MT-ConnectDevices各部分構(gòu)成Component作為Devices元素的重要組成部分，最能體現(xiàn)一個設(shè)備的構(gòu)造特點和功能，是客戶端獲取設(shè)備測量數(shù)據(jù)的保證。MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述實現(xiàn)1設(shè)備組件描述Component元素主要包括四個部分：ComponentDescription、ComponentComponents、ComponentDataItems和ComponentConfiguration，其中Components和DataItems是最主要的兩個元素。ComponentsComponents是一個集合，包含了所有與當(dāng)前設(shè)備相關(guān)的子元素，實質(zhì)上就是由一個或多個Component構(gòu)成的XML元素。目前，MT-Connect協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)可提供的組件類型包括軸、控制器、系統(tǒng)等，詳見表3-11（翻頁）。DataltemsDataltems（數(shù)據(jù)項）是從Device、Component或Subcomponent中采集到的一些數(shù)據(jù)信息，比如Sample和Event類反饋的一些數(shù)據(jù)，或者Condition類反饋的有關(guān)設(shè)備的運行狀況信息。MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述實現(xiàn)1設(shè)備組件描述Components組件類型功能說明軸（Axes）通過速度和位置對軸進行描述，其中軸位置數(shù)據(jù)以機床坐標(biāo)為參考系控制器（Controller）描述有關(guān)程序執(zhí)行的信息以及設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)系統(tǒng)（Systems）用于描述一個設(shè)備所有相關(guān)部件和子部件的工作狀態(tài)，與軸類型類似，但是最為復(fù)雜且不易被拆分傳感器（Sensor）提供相關(guān)設(shè)備和組件的測量數(shù)據(jù)，該類型組件是獨立運行的執(zhí)行機構(gòu)（Actuator）用于描述將系統(tǒng)控制信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)動作的機構(gòu)。門(Door)門類型用于描述防護門的打開和關(guān)閉狀態(tài)。表3-11MT-Connect協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)組件類型及功能說明MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述實現(xiàn)2數(shù)據(jù)流描述數(shù)據(jù)流MT-ConnectStreams用于表示客戶端某個時刻從設(shè)備和其組件中采集到的Samples（采樣值）、Events（事件值）和Condition（條件值）。SamplesEventsCondition某一時刻某一數(shù)據(jù)項的測量值，例如位置、轉(zhuǎn)速等，這個測量值是連續(xù)變化的。一系列邏輯狀態(tài)的改變，如執(zhí)行狀態(tài)、控制模式、G代碼程序名等，它是設(shè)備或組件狀態(tài)的離散變化值，是異步的。提供關(guān)于設(shè)備的運行和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)或設(shè)備性能信息，如Normal、Warning、Fault、Unavailable。數(shù)據(jù)流Streams至少包括有一個DeviceStream（設(shè)備數(shù)據(jù)流），而DeviceStream由一個或多個ComponentStream（組件數(shù)據(jù)流）元素構(gòu)成，個數(shù)取決于Samples和Events的數(shù)量。MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述實現(xiàn)2數(shù)據(jù)流描述如圖是MT-ConnectStreams的Schema圖，顯然Samples、Events和Conditon是數(shù)據(jù)流的最底層元素。注：DeviceStream的目的是保存設(shè)備具體信息，這些信息并不需要頻繁地更新。這樣就只需要在DeviceStream中傳輸一些需要的數(shù)據(jù)即可，有利于減小Samples和Events的大小。MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述實現(xiàn)3資產(chǎn)描述MT-Connect協(xié)議中資產(chǎn)（Assets）是有關(guān)于機床加工刀具方面的描述，通過MT-ConnectAssets類XML報文進行定義。資產(chǎn)涉及的內(nèi)容主要是刀具、工裝夾具、固定裝置等，這些是與制造過程緊密相關(guān)的，但是它們并不是設(shè)備本身的組件，因此在不影響設(shè)備功能的情況下是可以去掉的。MT-Connect協(xié)議只關(guān)注與所建模型有關(guān)，并且能夠使用MT-Connect協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸和管理的資產(chǎn)內(nèi)容，這些內(nèi)容主要是刀具類型和刀具參數(shù)，包括四個部分：CuttingItemToolItemAdaptiveItemAssemblyItemMT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述實現(xiàn)3資產(chǎn)描述當(dāng)然刀具的種類是非常繁雜的，很多刀具的幾何尺寸也非常復(fù)雜，但是MTConnect協(xié)議只提供在加工過程中需要的幾何信息，如果想要獲取其他的信息需要通過添加XSD文件來實現(xiàn)。MT-Connect資產(chǎn)結(jié)構(gòu)圖MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述實現(xiàn)4錯誤描述MT-Connect協(xié)議采用HTTP狀態(tài)碼來標(biāo)識代理對請求的響應(yīng)狀態(tài)，目前MT-Connect代理支持以下4種HTTP狀態(tài)碼，見表3-12。HTTP狀態(tài)代理狀態(tài)Error說明2000K請求在代理服務(wù)器中被成功處理400BadRequest請求不能被代理服務(wù)器解析500InternalError在請求處理過程中，代理服務(wù)器產(chǎn)生一個內(nèi)部錯誤501NoImplemented代理服務(wù)器不支持當(dāng)前請求，無法處理表3-12MT-Connect支持的HTTP響應(yīng)代碼如果代理不能處理一個請求，將會返回MTConnectError文檔，該文檔以Error元素定義了所有請求相關(guān)的錯誤類型。每個Error元素包含了一個錯誤代碼（表3-13）和一個完整錯誤Error元素內(nèi)容的文本數(shù)據(jù)（CDATA）。錯誤代碼說明UNAUTHORIZED沒有足夠權(quán)限執(zhí)行請求NO_DEVICE沒有發(fā)現(xiàn)URI中指定的設(shè)備OUT_OF_RANGE序列號超出緩沖區(qū)末尾TOOMANY范圍(count)超出INVALIDURIURI格式不正確INVALID_REQUEST請求不符合指定的請求要求INTERNAL_ERROR代理工作不正常INVALID_XPATH無效的語法UNSUPPORTED代理不支持該功能或請求的類型ASSET_NOT_FOUND找不到指定資產(chǎn)的位置表3-13Error元素的錯誤代理MT-Connect協(xié)議：設(shè)備描述實現(xiàn)4錯誤描述1. HTTP/1.1200Success2. Content-Type:text/xml;charset=UTF-83. Server:Agent4. Date:Sun,23Dec200721:16:56GTM5. 6. <?xmlversion=“1.0”encoding=“UTF-8”?>7. <MTConnectErrorxmlns:m=“urn::MTConnectError:1.1”xmlns:xsi=http:///2001/XMLSchema-instancexmlns=“urn::MTConnectError:1.1”xsi:schemaLocation=“urn::MTConnectError:1.1”http:///schema/MTConnectError.xsd”>8. <Header…/>9. <Errors>10. <ErrorerrorCode=“OUT_OF_RANGE”>Argumentwasoutofrange</Error>11. <ErrorerrorCode=“INVALID_XPATH”>Badpath</Error>12. </Errors>13. </MTConnectError>示例（右）向讀者展示了一種HTTP的錯誤信息MT-Connect協(xié)議：代理機制MT-Connect代理Agent負(fù)責(zé)工業(yè)數(shù)據(jù)的采集，并為應(yīng)用層按需提供數(shù)據(jù)服務(wù)。實質(zhì)上，Agent就是一種支持MT-Connect協(xié)議、基于HTTP協(xié)議和XML文件傳輸實現(xiàn)車間設(shè)備數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)能浖?wù)。它通過XML報文描述各個設(shè)備的結(jié)構(gòu)與功能，用以識別一個或多個與MT-Connect協(xié)議相兼容的機器設(shè)備。因此，Agent作為應(yīng)用層與設(shè)備層之間的數(shù)據(jù)交互“紐帶”，必須能夠快速響應(yīng)客戶端的數(shù)據(jù)請求，請求格式必須符合MT-Connect協(xié)議規(guī)范。此外，為了更好的實現(xiàn)客戶端對工業(yè)設(shè)備近乎實時性的監(jiān)控要求，Agent還支持客戶端可根據(jù)系統(tǒng)自身需求向其請求并獲取所需的數(shù)據(jù)，以減少數(shù)據(jù)的傳輸量和時間。Agent除了采集數(shù)據(jù)之外，最關(guān)鍵的是如何高效保存數(shù)據(jù)。MT-Connect協(xié)議：代理機制1Agent數(shù)據(jù)存儲Agent采用“管道式”定量存儲數(shù)據(jù)。也就是說，Agent只能存儲有限的數(shù)據(jù)，比如有限量的事件、樣本和條件，數(shù)據(jù)總量被限定在Agent為自身設(shè)置的存儲閾值內(nèi)。Agent在存儲方式上類似于“數(shù)據(jù)?！保珹gent會提供一條固定長度的單向管道，當(dāng)設(shè)備數(shù)據(jù)有更新時，更新的數(shù)據(jù)便從一端塞入管道內(nèi)部，若管道被裝滿，最初進入管道內(nèi)部的數(shù)據(jù)項將被后面的數(shù)據(jù)項所替代。如圖，假設(shè)Agent設(shè)置的緩存大小為8位，A最先進入管道，隨后B、C、D…相繼被塞入管道，當(dāng)?shù)?個數(shù)據(jù)項H被塞入后，管道便被塞滿，此時，第9個數(shù)據(jù)項I進入到管道的時候，A即被擠出管道。MT-Connect協(xié)議：代理機制1Agent數(shù)據(jù)存儲Agent為每個進入管道的數(shù)據(jù)項分配唯一序列號，序列號按照數(shù)據(jù)項進入順序依次增加。客戶端從代理服務(wù)器獲取信息即通過數(shù)據(jù)的開始序列號（firstSequence）和數(shù)量（count）實現(xiàn)。對于當(dāng)前請求，必須至少提供所請求數(shù)據(jù)項的最后更新值，才會知道該數(shù)據(jù)項是否被更新。因此，如果已經(jīng)從緩沖區(qū)內(nèi)刪除了事件值（Event）、樣本值（Sample）或者條件值（Condition）的數(shù)據(jù)項，Agent也必須保存該數(shù)據(jù)項最后更新的值作為后續(xù)數(shù)據(jù)請求的查詢依據(jù)。如圖，客戶端從序列號15開始查詢，數(shù)據(jù)長度為3，那么下一次查詢的序列號（nextSequence）便是18，最后序列號（lastSequence）是19。如果客戶端請求管道中的最后一個數(shù)據(jù)項，nextSequence的值將是lastSequence+1，只要管道中沒有新的數(shù)據(jù)，客戶端請求的數(shù)據(jù)超出了Agent緩存容量，nextSequence的值將保持為lastSequence+1。MT-Connect協(xié)議：代理機制2Agent資產(chǎn)存儲Agent的資產(chǎn)存儲機制與其數(shù)據(jù)存儲十分類似，提供管道式有限的存儲空間，并且緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)儲存滿后，采用同樣的方式將新數(shù)據(jù)替代舊數(shù)據(jù)。不同的是當(dāng)資產(chǎn)緩沖區(qū)中某一項數(shù)據(jù)更新的時候，該數(shù)據(jù)項將直接從緩存區(qū)中移除，并將新的數(shù)據(jù)項值塞入緩沖區(qū)。如右圖所示，A7的值在緩沖區(qū)時被更新，它便被移到最右端。因此，資產(chǎn)的數(shù)據(jù)項并不能采用序列號的方式作為標(biāo)識，而是采用key/value的方式，其中key是獨立的資產(chǎn)序號（assetId），value通過XML格式進行描述。assetId代表資產(chǎn)的特定編碼，比如對于機床的刀具來說，它必須定義刀具的編號，作為刀具的唯一標(biāo)識，可由任意字符串、數(shù)字號或標(biāo)點符組成。MT-Connect協(xié)議：代理機制2Agent資產(chǎn)存儲MT-Connect協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)通過編號實現(xiàn)對資產(chǎn)的查詢，查詢結(jié)果將返回對應(yīng)編號的資產(chǎn)文檔Asset.xml中。表3-14中是幾種本地Agent資產(chǎn)的查詢方式。當(dāng)客戶端有設(shè)備資產(chǎn)添加或修改需求時，通過觸發(fā)資產(chǎn)變更事件（AssetChange）告知Agent新的資產(chǎn)信息，然后客戶端即可通過資產(chǎn)查詢從Agent中獲得最新數(shù)據(jù)。資產(chǎn)變更事件是會即時觸發(fā)的，因為Agent一旦接收到資產(chǎn)變更請求，便會更新全部信息，而不是針對某個指定的獨立的值去改變，這也就意味著許多相關(guān)的值都需要更改。查詢類型查詢地址單個資產(chǎn)url::5000/asset/cc多個資產(chǎn)mi:http://l:5000/asset/cc;g3;g5所有資產(chǎn)url:http://127.0.0.l:5000/assets按類型查詢url::5000/assets?type=CuttingTool表3-14MT-Connect資產(chǎn)查詢NC-Link協(xié)議：概述NC-Link（NumericalcontrolLinks）協(xié)議是中國自主研發(fā)的工業(yè)設(shè)備互聯(lián)互通協(xié)議，由數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟提出，支持?jǐn)?shù)控機床之間、數(shù)控機床與生產(chǎn)線之間以及數(shù)控機床與企業(yè)信息化軟件（CAX、MES，ERP、CAPP、PDM等）之間的互聯(lián)互通。NC-Link與MT-Connect、OPC-UA都可用于工業(yè)設(shè)備的互聯(lián)互通，在系統(tǒng)和模型定義上有很多相似之處，但是NC-Link可以兼容MT-Connect和OPC-UA協(xié)議，在實現(xiàn)和應(yīng)用上有很多其他互聯(lián)互通協(xié)議不可比擬的優(yōu)勢，見表3-15。

MTConnectOPCUANC-Link說明數(shù)據(jù)表達(dá)方式HTTP+XMLHTTP+SOAPHTTP+JSON+XMLNC-Link所采用的JSON可讀性好，數(shù)據(jù)量小，速度更快數(shù)據(jù)模型有機床模型無機床模型有機床模型定義有機床模型，更適合加工設(shè)備和最終應(yīng)用數(shù)據(jù)基本類型強類型強類型弱類型NC-Link弱類型更適合分布式系統(tǒng)，管控系統(tǒng)，更適合云服務(wù)和APP擴展應(yīng)用數(shù)據(jù)流向單向雙向雙向雙向是系統(tǒng)必須要求數(shù)據(jù)訂閱無有有數(shù)據(jù)訂閱提供按需獲取數(shù)據(jù)安全無專用OauthNC-Link采用開放式安全標(biāo)準(zhǔn)，適用性更廣，安全性更高跨平臺強Windows支持強，其他平臺弱強NC-Link使用基于WebAPI跨平臺更好表3-15NC-Link、MT-Connect和OPCUA對比NC-Link協(xié)議：標(biāo)準(zhǔn)組成NC-Link是面向設(shè)備運行大數(shù)據(jù)采集的M2M（MachinetoMachine）協(xié)議，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)由以下5個部分組成：通用技術(shù)條件在通用技術(shù)條件中，對標(biāo)準(zhǔn)的定位、組成、基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境做了整體描述，是標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)部分。機床模型定義在機床模型定義中闡述了機床模型的描述方法，是標(biāo)準(zhǔn)的靈魂。數(shù)據(jù)字典對數(shù)控機床運行大數(shù)據(jù)內(nèi)容進行標(biāo)準(zhǔn)化定義，建立數(shù)據(jù)一致性理解基礎(chǔ)。接口定義對系統(tǒng)各部件互聯(lián)互通方法進行標(biāo)準(zhǔn)化定義，是模型從定義到運用的關(guān)鍵。安全要求在該部分對設(shè)備接入認(rèn)證、數(shù)據(jù)權(quán)限分層兩個方面給出規(guī)范，從而確保設(shè)備安全運行、數(shù)據(jù)防泄密等安全性要求。NC-Link協(xié)議：體系架構(gòu)NC-Link標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)由代理和適配器組成。適配器負(fù)責(zé)從設(shè)備上采集信息，并把采集的信息傳送到代理。同時，適配器可以從代理器獲取下行的控制信息，并把控制信息傳送給相應(yīng)的設(shè)備。適配器可以和多個設(shè)備相連，一個設(shè)備只能連接一個適配器，每個適配器必須連接一個代理器，且只能連接一個代理器。代理負(fù)責(zé)把適配器上采集的設(shè)備的信息傳送到請求信息的相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，或者接收應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)備的控制信息，并把控制信息傳送到與相關(guān)設(shè)備對應(yīng)的適配器上。每個代理器支持多個應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)可以連接多個代理器。NC-Link協(xié)議：體系架構(gòu)NC-Link標(biāo)準(zhǔn)不限定NC與適配器間的連接方式，僅要求適配器可以“適配”數(shù)控系統(tǒng)提供的通訊接口。適配器、代理、應(yīng)用系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)互聯(lián)，通訊協(xié)議采用TCP/IP。NC-Link聯(lián)網(wǎng)模型可以兼容多種工控協(xié)議，如MODBUS、OPCUA、MT-Connect、Profibus-DP等，只要提供對應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，任何工控協(xié)議都可以接入NC-Link網(wǎng)絡(luò)。NC-Link聯(lián)網(wǎng)模型NC-Link協(xié)議：體系架構(gòu)1適配器適配器由與設(shè)備通信的驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)解析模塊和通信模塊組成，如下圖。NC-Link適配器典型架構(gòu)【驅(qū)動模塊】負(fù)責(zé)與設(shè)備通信，從設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，或把數(shù)據(jù)設(shè)置給設(shè)備，不同廠家不同型號設(shè)備的適配器的驅(qū)動模塊具有差異性?！緮?shù)據(jù)解析模塊】負(fù)責(zé)設(shè)備模型解析與數(shù)據(jù)映射?！緮?shù)據(jù)傳輸模塊】負(fù)責(zé)把驅(qū)動模塊獲取的數(shù)據(jù)以統(tǒng)一格式傳送到代理器；或從代理器獲取對設(shè)備的控制信息，并傳送到驅(qū)動模塊。NC-Link協(xié)議：體系架構(gòu)2

代理代理包括與應(yīng)用系統(tǒng)通信的上層數(shù)據(jù)傳輸模塊和與適配器通信的下層數(shù)據(jù)傳輸模塊。下層數(shù)據(jù)傳輸模塊從適配器獲取到設(shè)備的數(shù)據(jù)，或者把上層數(shù)據(jù)傳輸模塊從應(yīng)用系統(tǒng)讀取到的控制信息傳送到適配器。上層數(shù)據(jù)傳輸模塊把下層數(shù)據(jù)傳輸模塊傳來的數(shù)據(jù)發(fā)送到應(yīng)用系統(tǒng)，或者從應(yīng)用系統(tǒng)獲取對設(shè)備的控制信息。因此，NC-Link標(biāo)準(zhǔn)定義代理必備組件有三個：客戶端接口、管理層和適配器接口，如下圖。NC-Link代理器架構(gòu)NC-Link協(xié)議：體系架構(gòu)3客戶端客戶端（應(yīng)用系統(tǒng)）為數(shù)據(jù)使用方，它與代理連接，按需采集數(shù)據(jù)以實現(xiàn)具體業(yè)務(wù)。客戶端發(fā)出具體指令，通過代理透傳到適配器，由適配器具體處理相應(yīng)請求?？蛻舳丝梢蕴砑由矸莺蜋?quán)限信息于指令之上，通過代理的鑒權(quán)系統(tǒng)有甄別地發(fā)往適配器，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制。下圖展示了一種客戶端架構(gòu)。NC-Link客戶端架構(gòu)NC-Link協(xié)議：設(shè)備模型1設(shè)備模型概述設(shè)備模型是NC-Link協(xié)議的核心組成部分，規(guī)范了“設(shè)備提供了什么數(shù)據(jù)”、“數(shù)據(jù)以什么格式提供”等關(guān)鍵問題。NC-Link設(shè)備模型由兩部分組成：模式文件模型文件描述設(shè)備模型的JSON模式文件，簡稱Schema文件。該文件是NC-LINK描述設(shè)備模型的基礎(chǔ)文件，在生成機床模型文件時使用，在進行數(shù)據(jù)傳輸時并不依賴該文件。根據(jù)模式文件，將具體的設(shè)備實例化，簡稱模型文件。對每一個設(shè)備都必須生成一個模型文件。模型文件的依據(jù)是模式文件，但不必包含模式文件的全部內(nèi)容。每個設(shè)備的模型文件與該設(shè)備關(guān)聯(lián)的適配器存儲在同一個位置，代理器可以緩存該文件副本。NC-Link標(biāo)準(zhǔn)的模式文件與模型文件關(guān)系圖NC-Link協(xié)議：設(shè)備模型1設(shè)備模型概述NC-Link采用面向?qū)ο蟮姆椒▉砻枋鲈O(shè)備運行過程中交互的信息模型。設(shè)備模型通過根對象、設(shè)備對象、組件對象、數(shù)據(jù)對象描述設(shè)備的組成、配置信息、可采樣的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)格式等相關(guān)內(nèi)容。如下圖，機床模型文件采用樹狀結(jié)構(gòu)描述了機床構(gòu)成、數(shù)據(jù)、采樣通道等。NC-Link機床模型圖NC-Link協(xié)議：設(shè)備模型2設(shè)備建模方法NC-Link設(shè)備模型使用