虹科干貨 | OPC UA技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制與互連未來

OPC UA因何而來？

講到OPC UA 不得不提及他的前輩OPC，OPC（Object Linking and Embedding(OLE) for Process Control）是微軟公司的對象鏈接和嵌入技術(shù)在過程控制方面的應(yīng)用，被稱為控制系統(tǒng)“中間件技術(shù)”，是專為在現(xiàn)場設(shè)備、自控應(yīng)用、企業(yè)管理應(yīng)用軟件之間實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無縫集成而設(shè)計(jì)的接口規(guī)范。OPC自發(fā)布以來已廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制系統(tǒng)的信息集成中，但由于對微軟COM/DCOM技術(shù)的依賴性，該技術(shù)在安全性、跨平臺性以及連通性方面都存在很多問題。如：很難通過Internet/Intranet，尤其是企業(yè)防火墻；難以運(yùn)行在非微軟系統(tǒng)中，也難以在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)；很多上層應(yīng)用沒有OPC-COM接口，難以進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用等。早期用過OPC的工程師，很多都被DCOM配置搞得焦頭爛額。

OPC UA的推出，正是基于這一背景。該技術(shù)不再依靠DCOM，而是基于面向服務(wù)的架構(gòu) (SOA)，提供了如平臺獨(dú)立性，擴(kuò)展性，高可靠性和連接互聯(lián)網(wǎng)的能力。因此，OPC UA的使用更簡便。

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OPC UA是什么？有何特點(diǎn)？

OPC UA（Open Platform Communications Unified Architecture）是OPC基金會為自動(dòng)化以及其他領(lǐng)域的數(shù)據(jù)通信提供的新標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)旨在通過允許使用不同協(xié)議并在不同平臺（例如Windows，Mac以及Linux）上運(yùn)行的工業(yè)設(shè)備相互通信來解決此問題。而且，OPC UA超越了工業(yè)以太網(wǎng)的范圍，它包括從自動(dòng)化金字塔最低層開始的設(shè)備——處理現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場設(shè)備，諸如傳感器、執(zhí)行器和電機(jī)等——一直到最高層，包括例如SCADA（supervisory control and data acquisition），MES（manufacturing execution systems）和ERP（enterprise resource planning）系統(tǒng)，以及云計(jì)算。OPC UA允許自動(dòng)化金字塔各個(gè)級別的工業(yè)設(shè)備（以不同的協(xié)議和不同的平臺運(yùn)行）相互通信。

OPC UA主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

支持跨平臺應(yīng)用。目前，OPC技術(shù)已成功拓展到Linux、Android、Vxworks、Unix等各類主流平臺，采用基于Internet的WebService 服務(wù)架構(gòu)和靈活的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)。

具有訪問統(tǒng)一性。可有效將現(xiàn)有OPC規(guī)范(A&E、DA、HDA、命令、對象類型和復(fù)雜數(shù)據(jù)) 進(jìn)行集成，不需要依賴微軟的DCOM技術(shù)，開發(fā)和維護(hù)更加容易。OPC UA提供了一致、完整的地址空間和服務(wù)模型，解決了過去同一系統(tǒng)的信息不能以統(tǒng)一方式被訪問的問題。

通信安全，具有廣泛的通訊范圍。防火墻不再是信息傳輸?shù)淖璧K，OPC的信息傳輸能力大幅提高。OPC UA信息的編碼格式通常采用XML文本格式或二進(jìn)制格式，支持多種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。

開發(fā)含有高度的可靠性和冗余性。OPC UA支持可調(diào)試逾時(shí)設(shè)置、錯(cuò)誤自發(fā)現(xiàn)和自糾正等功能的實(shí)現(xiàn)，可使符合OPC UA規(guī)范的設(shè)備和系統(tǒng)具備自動(dòng)處理通信錯(cuò)誤和失敗的能力。用于OPC UA應(yīng)用程序之間傳遞消息的底層通信技術(shù)，都可以通過證書生成的公用密匙與私用密匙實(shí)現(xiàn)加密和標(biāo)記功能，以防止信息泄漏和保障信息完整。

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為何工業(yè)控制領(lǐng)域需要OPC UA？

在工業(yè)控制領(lǐng)域，通信協(xié)議種類多樣化，不同廠家的PLC通信協(xié)議不同，同一廠家的不同型號的PLC通信協(xié)議也不相同，現(xiàn)場設(shè)備（比如電表、水表、熱表、水泵、變頻器、各種控制器）只要是涉及到通信的，協(xié)議都不盡相同，相比較而言，只有modbus 通信協(xié)議，相對統(tǒng)一，但是具體到不同廠家，其設(shè)備的通信點(diǎn)表也是不同的。所以在工業(yè)控制領(lǐng)域，就衍生了一種SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)軟件，這種軟件最重要的功能就是集成了各種廠家設(shè)備的通信協(xié)議驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與設(shè)備的通信。隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，設(shè)備需要接入物聯(lián)網(wǎng)平臺，這種多協(xié)議類型勢必不方便，因此需要一種統(tǒng)一化的通信協(xié)議，OPC UA的目的就是提供一種統(tǒng)一的通信協(xié)議，方便系統(tǒng)集成和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入。下圖顯示了OPC UA和PROFINET如何在制造環(huán)境中一起工作。

如上圖所示，在現(xiàn)場級和控制級中使用PROFINET通訊協(xié)議來控制設(shè)備，在處理級以上則使用OPCUA數(shù)據(jù)傳輸。無論是在云中還是在工廠中，OPC UA是夠獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一個(gè)有效途徑。以工廠中的焊接機(jī)器人為例，它可以被PLC控制，即PROFINET協(xié)議所實(shí)現(xiàn)的部分；而同時(shí)機(jī)器人也能夠提供狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，這就是OPCUA通過PLC與PROFINET通信的同一網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的部分，此時(shí)也可以在云上獲取機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

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虹科OPC UA解決方案及技術(shù)服務(wù)

虹科OPC UA SDK專為開發(fā)人員，系統(tǒng)集成商以及設(shè)備和控件制造商設(shè)計(jì)，它提供了快速啟用具有高性能OPC UA功能的設(shè)備和應(yīng)用程序所需的所有功能以及Server和Client開發(fā)，此SDK建立在OPC UA“一體式客戶端”設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，抽象了低級OPC UA實(shí)施細(xì)節(jié)，使軟件開發(fā)人員可以快速輕松地創(chuàng)建可擴(kuò)展的、易于使用的、支持OPC UA的應(yīng)用程序。

虹科OPC UA解決方案已在市場應(yīng)用中得到廣泛驗(yàn)證與認(rèn)可。Blue Pillar是美國的一家工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案供應(yīng)商，能夠?qū)⒐I(yè)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)并提供數(shù)據(jù)以管理、監(jiān)控和控制設(shè)備。在網(wǎng)關(guān)開發(fā)過程中，Blue Pillar將虹科OPC UA SDK（軟件開發(fā)套件）用于其嵌入式網(wǎng)關(guān)以大幅降低開發(fā)成本，并為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)能源平臺用戶提供OPC UA連接的充分靈活性和安全性。

而在另一家專注于物聯(lián)網(wǎng)智能制造和物聯(lián)網(wǎng)連接產(chǎn)品的工業(yè)分析軟件和服務(wù)的公司VIMANA則使用虹科OPCUA SDK來快速擴(kuò)展其智能制造軟件的連接性，從而使用戶能夠收聽兼容OPCUA的所有設(shè)備。

此外，虹科OPCUA SDK解決方案已經(jīng)助力于國內(nèi)某個(gè)云平臺，在采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)之前，通過開發(fā)好的OPCUA 客戶端查看已定義的節(jié)點(diǎn)，再到該云端創(chuàng)建與節(jié)點(diǎn)屬性對應(yīng)的OPC UA設(shè)備類型數(shù)據(jù)點(diǎn)。在添加OPCUA設(shè)備時(shí)輸入OPC UA服務(wù)器的URI，這樣就可以讓OPCUA設(shè)備成功接入該云平臺，整個(gè)過程簡便且高效。