使用JAVA開發(fā)配置OPCUA：WHAT?WHY?HOW?

導讀

在工控領(lǐng)域，設(shè)備間識別與互聯(lián)是控制的關(guān)鍵，不同需求的從業(yè)人員針對不同行業(yè)制定了許多通訊協(xié)議和標準。OPC(OLE for Process Control)是一個用于控制對象鏈接與嵌入的通信協(xié)議，基于微軟公司的OLE技術(shù)為運行在Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用提供數(shù)據(jù)互通功能。經(jīng)過長期發(fā)展，OPC不斷更新其規(guī)范和功能并提出了第二代OPC標準——OPC Unified Architecture。

目錄

1、OPC UA簡介

2、OPC UA解決了傳統(tǒng)工控行業(yè)痛點

3、Prosys OPC UA SDL for JAVA介紹

4、Prosys OPCUA案例分析

01 OPC UA簡介

該標準因其支持足夠多的自動化廠商的自動化設(shè)備而在2010年成為國際標準，而在近十年間，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展、應(yīng)用市場規(guī)模的不斷擴張，OPC UA強大的數(shù)據(jù)建模和豐富的平臺服務(wù)使得這個基于應(yīng)用層的協(xié)議也被更多的物聯(lián)網(wǎng)(IOT)供應(yīng)商所重視和接受。

目前，OPC UA協(xié)議的收發(fā)機制主要是采用服務(wù)器-客戶端模式和服務(wù)器發(fā)布訂閱兩種模式來實現(xiàn)。對于服務(wù)器-客戶端模式，客戶端可通過服務(wù)器獲得相對應(yīng)的權(quán)限，以統(tǒng)一架構(gòu)為參考對象來設(shè)計通信范式，服務(wù)器通過定義的相關(guān)功能來接收客戶端的請求，并對指令做出相應(yīng)，這一過程中的每個相應(yīng)信息都單獨發(fā)送給對應(yīng)客戶端，以此實現(xiàn)服務(wù)器和客戶端的交互。而發(fā)布/訂閱模式(PubSub)則是引入中間件，發(fā)布者發(fā)布信息到中間件，訂閱者可以通過中間件來接收對應(yīng)地信息內(nèi)容，不需要去對發(fā)布者進行更多的核實。

由于OPC UA已經(jīng)定義了應(yīng)用于多個行業(yè)的核心模型，協(xié)議配置人員僅需調(diào)用即可實現(xiàn)功能，但與此同時，協(xié)議設(shè)計人員也可以自己建立和設(shè)計專屬模型，來應(yīng)對實際的應(yīng)用需求，協(xié)議內(nèi)部信息的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)在配置文件中定義。

02 OPC UA解決了傳統(tǒng)工控行業(yè)痛點

在傳統(tǒng)工控自動化領(lǐng)域中，軟件發(fā)展整體是依托于硬件的發(fā)展的，即在設(shè)備條件不適應(yīng)的情況下，軟件系統(tǒng)本身并沒有更新的動力，工業(yè)客戶也并沒有相關(guān)的需求。而在工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也作為重要內(nèi)容被寫入十四五規(guī)劃，疊加疫情等因素的客觀影響，越來越多的應(yīng)用和需求被要求在終端實現(xiàn)，即要求服務(wù)器提供和維護方需要更多更專業(yè)的軟件知識來應(yīng)對各種情況。因此，在當前的中國自動化工業(yè)中的體系搭建始終面臨著人才不愿留，培養(yǎng)難度大的客觀情況。

另一方面，得益于中國龐大的市場和ToC應(yīng)用需求的開發(fā)，在軟件領(lǐng)域，已基本實現(xiàn)高精細化作業(yè)，單一類型語言的從業(yè)者只需不斷更新該語言的技術(shù)儲備，即可與其他從業(yè)人員共同維護開發(fā)某一產(chǎn)品。在這種思潮影響下，JAVA作為一種集成度高的面向?qū)ο笳Z言，也就自然而然地成為了軟件領(lǐng)域的熱門語言之一。

03 硬件在環(huán)（HiL）仿真方式

更多的自動化設(shè)備生產(chǎn)廠商或協(xié)議支持服務(wù)商主動去適配高級編程語言，在OPC UA里就有由Prosys OPC推出的軟件開發(fā)工具包Prosys OPC UA SDK for Java。該開發(fā)包連接了高級編程語言和應(yīng)用層協(xié)議，其通過內(nèi)設(shè)Java代碼生成器的方法，來自動創(chuàng)建代碼，以此幫助配置人員提供和使用OPC UA 數(shù)據(jù)構(gòu)建。

同其他SDK一樣，配置人員可以使用標準的OPC UA模型，或者使用我們的OPC UA 建模器設(shè)計自己的OPC UA模型，并將其導入到SDK 。Java代碼生成器會負責其余部分，并確保應(yīng)用程序中最可靠的操作。Prosys OPC UA Java SDK是使用OPC UA通信開發(fā)高級系統(tǒng)的可靠選擇。Java軟件開發(fā)支持所有運行JavaSE6(JRE1.6)，JavaSE7(JRE1.7)和JavaSE8(JRE1.8)的平臺。

04 軟件在環(huán)（SiL）仿真方式

當前已經(jīng)有多個生產(chǎn)領(lǐng)域使用OPCUA來適配互聯(lián)。例如，Weber在世界市場中是切片機技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導者，其目標是為機器配備一個新的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)有機器應(yīng)立即使用更新模塊的新功能。新架構(gòu)應(yīng)基于主干，在工業(yè)PC上提供中間件，能夠映射機器的所有業(yè)務(wù)流程。現(xiàn)有的“經(jīng)典”應(yīng)用程序應(yīng)在必要時進行封裝，并與新功能聯(lián)系起來。同時，應(yīng)提供新的功能。Weber發(fā)現(xiàn)了OPC UA，它包含當前在機器和工廠工程中的軟件工程所需的所有組件。同時實現(xiàn)的OPC UA接口完成了到與機器通信的所有客戶端的鏈接。

Flux是一款結(jié)合FLIR視頻檢測系統(tǒng)使用的智能軟件平臺，可用于采集由硬件視頻探測器生成的交通數(shù)據(jù)、事件、報警和視頻圖像。整個Flux服務(wù)器采用Java代碼編寫，支持Windows和Linux操作系統(tǒng)。通過使用Prosys OPC UA Java SDK軟件庫，輕松實現(xiàn)了將OPC UA接口添加到Flux服務(wù)器上。

NextNine旨在通過自動化、主動、遠程產(chǎn)品服務(wù)來改善客戶服務(wù)機構(gòu)的績效。NextNine虛擬支持工程師（VSE）是一款基于Java的軟件，具備靈活可擴展的特性，可通過“編程”來監(jiān)控所支持產(chǎn)品的各種組件，包括應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)組件等。而Prosys OPC UA Java SDK則是NextNine在VSE中實現(xiàn)OPCUA客戶端的服務(wù)支持供應(yīng)商。

VSE是一個基于Java的軟件,具備靈活可擴展的特性,可以編程來監(jiān)控所支持的產(chǎn)品多種組件,包括應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)組件等。VSE通過內(nèi)置的支持協(xié)議,如Telnet,FTP,DBI,SNMP及WMI,與其支持的產(chǎn)品進行通信。為了更好地迎合在過程控制和工業(yè)自動化領(lǐng)域中的服務(wù)支持需求,NextNine將OPC UA添加到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議套件中,從而簡化了與所支持系統(tǒng)OPC通信的過程。

結(jié)語

我們認為。OPC UA作為重要的自動化標準協(xié)議之一，必將在中國工控自動化建設(shè)中發(fā)揮其作用，面對當前軟硬件人才培養(yǎng)差異的現(xiàn)狀與培養(yǎng)體系和市場環(huán)境的慣性帶來的供需錯位，在長遠的將來，必將是推動綜合素質(zhì)人才的全面培養(yǎng)。而在當下，基于JAVA的OPC UA協(xié)議開發(fā)工具包可以視作一種先期嘗試和低成本解題方案，值得進一步關(guān)注、討論、應(yīng)用和推廣。