OPC協議解析-OPC UA OPC統一架構

1    什麼是OPC UA

為了應對標準化和跨平台的趨勢,為了更好的推廣OPC,OPC基金會近些年在之前OPC成功應用的基礎上推出了一個新的OPC標準-OPC UA。OPC UA接口協議包含了之前的 A&E, DA,OPC XML DA or HDA只使用一個地址空間就能訪問之前所有的對象,而且不受WINDOWS平台限制,因為它是從傳輸層Scoket以上來定義的,這點後面會提到,導致了靈活性和安全性比之前的OPC都提升了。

2    OPC UA的優勢

1)一個通用接口集成了之前所有OPC的特性和信息,A&E, DA,OPC XML DA or HDA

2)更加開放,平台無關性,WINDOWS,Linux都能兼容

3)擴展了對象類型,支持更復雜的數據類型比如變量,方法和事件

4)在協議和應用層集成了安全功能,更加安全

5)易於配置和使用

核心的區別是因為OPC和OPC UA協議使用的TCP層不一樣,如下:

OPC是基於DOM/COM上,應用層最頂層;OPC UA是基於TCP IP scoket 傳輸層.

   

其他一些區別:

OPC雖然通過配置COM/DOM來提供數據加密和簽名功能,配置防火牆,用户權限來讓數據訪問變得更加安全,但是會增加額外的工作量,尤其是對非IT的工程師來説;對於OPC UA,數據加密和簽名,防火牆等都是默認的功能。比如基於DOM的OPC使用的動態端口分配,端口不固定,讓防火牆難以確定,而OPC UA的端口都是唯一的,比如SINUMERIK 840D是PORT 4840,SIMATIC S7是PORT 4845。DOM/COM也可以生成不同級別的事件日誌,但日誌內容不夠詳細,只會提供“誰連接上服務器”這種,而對於OPC UA來説都是默認的功能,生成的日誌內容更全面。

3    OPC UA

OPC統一架構(OPC Unified Architecture)是OPC基金會(OPC Foundation)創建的新技術,更加安全、可靠、中性(與供應商無關),為製造現場到生產計劃或企業資源計劃(ERP)系統傳輸原始數據和預處理信息。使用OPC UA技術,所有需要的信息可隨時隨地到達每個授權應用和每個授權人員。

 

OPC UA 獨立於製造商,應用可以用他通信,開發者可以用不同編程語言對他開發,不同的操作系統上可以對他支持。OPC UA 彌補了已有 OPC 的不足,增加了諸如平台獨立、可伸縮性、高可用性和因特網服務等重要特性。

OPC UA 不再基於分佈式組件對象模型(DCOM),而是以面向服務的架構(SOA)為基礎。OPC UA 因此可以連接更多的設備。

今天,OPC UA 已經成為連接企業級計算機與嵌入式自動化組件的橋樑 - 獨立於微軟、 UNIX 或其他操作系統。

4     OPC 統一架構 - 標準化通信

通過因特網和通過防火牆的標準化通信 - OPC UA 使用一種優化的基於TCP的二進制協議完成數據交換;另外支持Web服務和HTTP。現在允許在防火牆中打開一個端口,集成的安保機制確保了通過因特網也能安全通信。

防止非授權的數據訪問 - OPC UA 技術使用一種成熟安保理念,防止非授權訪問和過程數據損壞,以及由於不小心地操作帶來的錯誤。OPC UA安保理念基於World Wide Web 標準,通過用户鑑權簽名加密傳輸等項目來實現。

數據安全性和可靠性 - OPC UA使用可靠的通信機制、可配置的超時、自動錯誤檢查和自動恢復等機制,定義一種可靠堅固的架構。對OPC UA客户機與服務器之間的物理連接可以進行監視,隨時發現通信中的問題。OPC UA具有宂餘特性,可以在服務器和客户機應用中實施,防止數據的丟失,實現高可用性系統。

在簡化接口方面進行了很多改進 -新 OPC UA 在所有平台上的通信更快速、更安全和更靈活。

平台獨立和可伸縮性 -  由於使用了基於面向服務的技術,OPC UA 具有平台獨立的屬性,可以實施全新的、節省成本的自動化理念。嵌入式現場設備、過程控制系統(DCS)、可編程邏輯控制器(PLC)、網關或者操作員皮膚(HMI)可以依靠OPC UA服務器,直接連到操作系統,諸如嵌入的Windows、Linux、VxWorks、QNX、RTOS 或者其他系統。使用一台獨立的Windows PC 用做 OPC 服務器,提供對非Windows設備數據訪問的模式今天已經淘汰。當然,OPC UA 組件也可以在Unix操作系統的信息技術(IT)系統中使用,諸如:Solaris、HPUX、AIX、Linux等,可以是企業資源計劃(ERP)系統,可以是生產計劃(MES)和監控軟件(SCADA),還可以是電子商務應用。OPC UA 的組件功能是可以是伸縮的:小到一個嵌入式設備的瘦應用,大到公司級別大型計算機的數據管理系統。

簡單一致 - OPC UA 定義了一種集成的地址空間和信息模型,可以顯示過程數據、報警、歷史數據以及完成進程調用。信息項被定義成不同類型的對象,彼此之間可以創建關係。 在此基礎上,OPC UA 支持使用複雜數據結構。這使 OPC UA可以完整地描述複雜過程和系統。

對傳統的三種不同類型OPC服務器的訪問 - 數據訪問(DA)、報警和事件(AE)、歷史數據訪問(HDA) -比如,要獲得一個温度傳感器的當前值、一個高温度事件和温度的歷史平均值,要依次使用不同的命令執行。而使用OPC UA,僅用一個組件就非常容易地完成了。配置和工程的時間也因此可以大大縮短。

性能強勁 - 通過自身的不斷髮展,依靠基於TCP UA 二進制協議,使用高效的數據編碼,OPC UA 提供了非常高效的數據傳輸,滿足了更高性能的要求。

更多的應用選項 - OPC UA 技術的廣泛適用性使全新的垂直集成理念能夠完全實施。對OPC UA 組件進行串級,從車間現場設備到製造執行系統(MES)或企業資源計劃(ERP)系統,信息能夠安全和可靠地傳輸。在現場設備級的嵌入式UA 服務器,在自動化級的UA 組件,在企業級ERP系統中集成的UA 客户機,可以進行串級連接。各自的UA 組件可以在地理上是分佈的,而且容易使用防火牆讓彼此分開。

 

為把這種信息模型作為一種推廣的技術,OPC UA 與其他標準化組織合作,希望把UA 服務提供給各行各業使用。今天,OPC 基金會已經與不同的標準化組織進行了合作,諸如:PLC開放組織(PLCopen)、國際自動化協會(ISA)和電子設備描述語言(EDDL)合作團隊(ECT)創建合作標準。

5  OPC UA - 平台獨立,結構伸縮,保護投資

OPC UA 將在一個比較長的時期裏替換傳統的OPC。在這個過渡期中,基於DCOM的OPC產品會與UA 產品共存。OPC基金會的遷移戰略可以讓傳統的OPC 和OPC UA產品很好結合。用這種方式,已經安裝使用的幾百萬套、上千種傳統的OPC產品可以與新的OPC UA產品共同使用。這為用户提供了優勢,因為他們能夠從不同的製造商-傳統的OPC 和 OPC UA 廠家,選用任何需要的產品。

 

 開放

  - 超過 450 個成員;

  - 平台中性;

  - 應用普遍;

  - 所有連接。

 特色

  - 工業標準;

  - 獨立於製造商;

  - 互操作能力;

  - 可靠性。

 協同

  - 設備集成;

  - IEC 61131-3 / PLCopen;

  - 分析設備集成;

  - 企業 - 控制系統集成(ISA-95),批處理(ISA-88);

  - 智能電網;

  - 現場設備集成;

  - EDDL 與現場設備技術(FDT)。

 安全

  - X509 認證

  - OpenSSL 加密

  - 用户名 / 密碼

  - 每種屬性的訪問權限

 合作伙伴

  - PLCopen

  - ISA

  - MIMOSA

  - FDT

  - ECT

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