OPCUA技術(shù)的前身與層次結(jié)構(gòu)

在4月的最后一周OPC基金會舉辦了連續(xù)5天的OPC Day在線活動。在線活動由OPC基金會和微軟、施耐德、Unified Automation等全球行業(yè)專家從多個(gè)角度介紹了OPCUA的最新動態(tài)。5天介紹把OPCUA的應(yīng)用范圍帶入了一個(gè)新高度，從能源話題到基于功能安全的研究，從Pub/Sub應(yīng)用到OPCUA在現(xiàn)場層、數(shù)字化和資產(chǎn)管理。雖然涉及的范圍有些是新研究方向，有些是行業(yè)最新的落地實(shí)踐，但對于國內(nèi)大部分企業(yè)，涉及的內(nèi)容還是有些空中樓閣。

所以我們將通過接下來三期文章，重點(diǎn)通過OPCUA技術(shù)的進(jìn)化史、OPCUA的軟件架構(gòu)和合適的OPCUA開發(fā)工具三個(gè)維度介紹OPCUA的現(xiàn)狀。旨在能夠?yàn)橄Ｍ褂肙PCUA的朋友提供從入門到進(jìn)階的知識渠道。

OPCUA技術(shù)的前身

OPCUA技術(shù)的前身是1996年發(fā)布的Classic OPC。最成功的Classic OPC標(biāo)準(zhǔn)是OPC數(shù)據(jù)訪問（OPC Data Access），它被設(shè)計(jì)成通信驅(qū)動的接口。此接口允許在自動化設(shè)備上以標(biāo)準(zhǔn)化的形式讀取和寫入數(shù)據(jù)。主要使用對象是HMI和SCADA系統(tǒng)，以獲取不同供應(yīng)商設(shè)備統(tǒng)一的軟件接口和數(shù)據(jù)。

隨著Classic OPC的成功應(yīng)用， 即成為自動化金字塔結(jié)構(gòu)中不同層級之間的標(biāo)準(zhǔn)接口。但由于OPC對COM的依賴性以及使用DCOM的限制，不能將OPC用于遠(yuǎn)程訪問，最終導(dǎo)致無法得到更廣泛的使用。

因此，OPC UA（OPCUnified Architecture）誕生的目標(biāo)，就是希望設(shè)計(jì)一種能夠取代現(xiàn)有基于COM的特性同時(shí)不損失任何功能和性能的新規(guī)范。此外，它還要滿足能夠覆蓋所有獨(dú)立系統(tǒng)平臺的需求，也包含描述復(fù)雜系統(tǒng)的豐富的可擴(kuò)展接口和建模能力。覆蓋范圍可從嵌入式系統(tǒng)到SCADA和MES甚至DCS和ERP系統(tǒng)，讓OPC技術(shù)的使用范圍擴(kuò)展到更多應(yīng)用領(lǐng)域。

基于對新一代OPC的更多功能需求，由來自40多家組織的代表組成最初的工作組。在該工作組中，OPC基金會定義了如何描述和傳輸數(shù)據(jù)，而協(xié)作的其他組織根據(jù)其特定信息模型定義各自需要的描述和傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容。為了達(dá)到最初定義的目標(biāo)，OPC UA按照不同層次定義不同功能。

OPC UA層次結(jié)構(gòu)

為了涵蓋Classic OPC中已使用的所有成功的服務(wù)，在OPC UA基礎(chǔ)服務(wù)（OPC UA Base Services）的上層為信息模型定義了對應(yīng)的服務(wù)功能。DA定義了對指定過程數(shù)據(jù)的操作，例如模擬或數(shù)字量的建模以及如何發(fā)布。Alarm& Conditions（AC）定義了報(bào)警管理和狀態(tài)監(jiān)控功能的高級模型。Historical Access（HA）定義了訪問歷史數(shù)據(jù)和歷史事件的機(jī)制。Programs（Prog）定義了啟動、操作和監(jiān)視程序執(zhí)行的機(jī)制。

其他組織能夠基于OPC UA信息模型層（Specifications of InformationModels of other Organisations）建立專屬模型，并通過OPC UA發(fā)布他們規(guī)范化信息。例如，已經(jīng)在OPC UA進(jìn)行FDI標(biāo)準(zhǔn)和PLCOpen。FDI包括電子設(shè)備描述語言（EDDL）和現(xiàn)場設(shè)備工具（FDT），它用于描述、配置和監(jiān)視設(shè)備。PLCopen是一種用于PLC的編程語言標(biāo)準(zhǔn)。除了其他組織進(jìn)行的規(guī)范集成，設(shè)備制造商信息模型也可以通過使用UA基礎(chǔ)功能、OPC模型或其他基于OPC UA的信息模型定義。

OPC UA技術(shù)在OPC技術(shù)的基礎(chǔ)上做了大幅的改進(jìn)，不僅適用于傳統(tǒng)的過程控制的數(shù)據(jù)監(jiān)控類應(yīng)用，其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到從嵌入式的傳感器到現(xiàn)場級控制器，到HMI/SCADA系統(tǒng)以及MES和ERP系統(tǒng)，甚至現(xiàn)在一些云服務(wù)商在提供工業(yè)云通訊的解決方案時(shí)也支持OPC UA。2015年，憑借具備信息模型建模和通訊加密的能力，OPC UA正式作為工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型里唯一推薦的通訊層規(guī)范。

OPC UA的發(fā)布解決了Classic OPC對于Windows COM/DCOM依賴的局限性以及其他功能上的限制。同時(shí)增強(qiáng)了通訊的安全機(jī)制、加強(qiáng)了數(shù)據(jù)建模等能力。所以，我們可以說Classic OPC被設(shè)計(jì)成設(shè)備驅(qū)動接口，而OPC UA被設(shè)計(jì)成系統(tǒng)接口。它不僅是一種通訊協(xié)議，更是一種系統(tǒng)描述方法。

審核編輯 ：李倩