自动化的自动化（1）--OPCUA2HTML5

        

          现在的自动化工程师是令人沮丧的，他们努力地实现各个行业的自动化系统，自己却停留在敲键盘的手工劳作的阶段，该解放自己了。这就是“自动化实现自动化”的话题。

OPC 统一架构（简称 OPC UA）是现代工厂自动化中用于机器通信的标准化安全解决方案。跨平台标准基于OPC基金会的规范，现在得到了所有知名机器和系统制造商以及所有常见PLC制造商的支持，如西门子、博世力士乐、艾伦布拉德利、倍福等。

        HTML5 是 Web 技术的当前标准，所有主要浏览器都支持它。HTML5 的一个重点是实现丰富的 Web 应用程序。这是浏览器中交互式 Web 应用程序的演示，这些应用程序在设计和交互方面与已建立的桌面应用程序一样强大。

        还有什么比将这两个广泛使用的标准结合起来更自然的呢，例如构建一个平台，实现 OPC UA 到 HTML5 自动映射？成为一个类似web SCADA 系统人机界面的OPCUA 客户端。实现“自动化(系统)的自动化（构建)” 的目标。这是一个令人兴奋的话题，同时面临不小的挑战。

      2023年是AI 大语言模型的元年，AIGC必将在工业领域得到广泛的应用，甚至改变工业自动化的某些传统。其中一个重要的应用将是信息模型的生成，转换。研究OPCUA 2 HTML5 技术有助于实现OPCUA 2 HMI 的自动化。

基本思路

     在OPCUA 信息模型中增加少量的HMI 信息，实现OPCUA 信息模型自动转换成基于HTML5的web 应用。是Web SCADA 类似的系统完全依赖OPCUA 模型生成。节省了大量系统组态的工程设计工作。

OPCUA 信息模型

OPC UA 模型的主要元素

1. 对象(Object)
2. 变量(Variable)
3. 方法(Method)
4. 告警(Event&Alarm)
5. 视图（views）

        上面的元素已经在许多文章中介绍过了，这里不在重复，唯有视图介绍的比较少。

        在OPCUA 模型中，它的作用是在一个大的地址空间中，限制可见节点和引用。在一个大的OPCUA 服务器中，信息模型是相当复杂的，有大量的节点和引用。 并不是所有的节点都是观察者感兴趣。不同的观察者对不同的一组节点感兴趣。

        views 是一个节点类型，它的内部设置了文件夹对象，并通过Organizes 引用指向信息模型中的对象，变量或者方法。

        另一方面，views 对OPCUA 信息模型进一步组织。客户端能够利用views 来构建HMI架构。

 

 物理设备的信息模型

        简单的自动化控制系统有下列几种:

单一设备系统

一台设备构成的系统。

多设备系统

 由多台设备构成的系统

分层系统

        由多台设备构成，系统被分为多个子系统。形成分层结构。比如一个传送机构中包含了多个电机和传感器。

单一设备系统的信息模型

单一设备系统模型包括：

• 特征
• 操作
• 告警、事件
• HMI 信息

特征

为了能够在HMI 中明显地显示设备重要的特征，我们将设备的特征分为两类：

外部特征

        外部特征是在HMI 页面的突出位置显示的特征。显示的方式可以是仪表盘，数显面板。外部特征被称为状态。

内部特征

更多设备的内部内部属性。包括数据的历史趋势图。

操作

操控面板，对应OPCUA 的方法（Method）。操作页面分为：

• 按键面板
• HTML5 已有大量的Button组件。

• 

• packML面板
•    PackML 最初是为包装行业制定的标准，但是目前已经远远地超出了PackML 的范畴，它俨然成为机器控制的通用接口标准。
•       2020年11月11日，OPC 基金会发布了PackML 的配套规范（OPC 30050: PackML - Packaging Control）。意味着可以使用OPCUA 信息模型来构建PackML 模型了。基于OPCUA PackML 的模型可以对应HTML5 的PackML HMI 面板。
• 

告警

对应OPCUA 的Alarm ，condition 和event 模型.

历史趋势

显示某些数据的历史演变趋势图。

HMI 信息

与HMI相关的某些信息。

 多设备系统

     多设备系统除了单一设备系统具有的信息模型之外，有一个系统视图（system views）。它是系统中设备和部件的布局图，使用图形符号表示部件，并且包含了表示工艺流程，逻辑关系的连线。

        系统视图可以使用图形工具制作的2D 图形，可以使用SVG，DXF 等格式。比如类似的P&ID 图形。点击系统视图中的图标：

• 如果图标是一个多设备子系统，跳转到该子系统的系统视图页面
• 如果是单一设备系统，跳转到该设备的外部特征显示页面

 分层系统

分层系统中的每一个子系统有一个系统视图，分层显示。

HML5 页面结构

HTML5的主要页面

 系统视图

    系统视图可以是系统架构图，现场设备布置图，工艺流程图等图形，它们使用CAD 或者图形编辑工具绘制，格式可以为DXF，SVG 等结构化描述的图形。每个图符号能够实现点击选择。并且包含了一些元数据，可以实现元数据的显示。比如设备名称，外部特征，设备状态，告警等。

        为了统一起见，单设备系统的系统视图可以是一个设备图形符号的系统视图。

状态监督

使用HTML5 仪表 UI ，例如JQwidgets

操作控制

按键面板。对应对象中包含的Method。

系统告警

使用HTML5 表格（jqxGrid ）。

数据分析

显示系统/子系统的详细特征。并且可以显示数据的趋势信息。例如使用jqxChart。

总结

        在设想的系统中，工程设计中只要绘制系统、子系统的系统视图。其它都通过标准的HTML5 UI元素实现。

        实现“自动化的自动化”，自动化人将自己从手劳作中解放出来！这是值得探索的课题。