【虹科技术】OPC UA技术，实现设备控制与互连未来

1. OPC UA因何而来？

讲到OPC UA 不得不提及他的前辈OPC，OPC（Object Linking and Embedding(OLE) for Process Control）是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用，被称为控制系统“中间件技术”，是专为在现场设备、自控应用、企业管理应用软件之间实现系统无缝集成而设计的接口规范。OPC自发布以来已广泛应用在工业控制系统的信息集成中，但由于对微软COM/DCOM技术的依赖性，该技术在安全性、跨平台性以及连通性方面都存在很多问题。如：很难通过Internet/Intranet，尤其是企业防火墙；难以运行在非微软系统中，也难以在嵌入式系统中实现；很多上层应用没有OPC-COM接口，难以进行远程调用等。早期用过OPC的工程师，很多都被DCOM配置搞得焦头烂额。

OPC UA的推出，正是基于这一背景。该技术不再依靠DCOM，而是基于面向服务的架构 (SOA)，提供了如平台独立性，扩展性，高可靠性和连接互联网的能力。因此，OPC UA的使用更简便。

2. OPC UA是什么？有何特点？

OPC UA（Open Platform Communications Unified Architecture）是OPC基金会为自动化以及其他领域的数据通信提供的新标准。该技术旨在通过允许使用不同协议并在不同平台（例如Windows，Mac以及Linux）上运行的工业设备相互通信来解决此问题。而且，OPC UA超越了工业以太网的范围，它包括从自动化金字塔最低层开始的设备——处理现实数据的现场设备，诸如传感器、执行器和电机等——一直到最高层，包括例如SCADA（supervisory control and data acquisition），MES（manufacturing execution systems）和ERP（enterprise resource planning）系统，以及云计算。OPC UA允许自动化金字塔各个级别的工业设备（以不同的协议和不同的平台运行）相互通信。

OPC UA主要有以下几个特点：

• 支持跨平台应用。目前，OPC技术已成功拓展到Linux、Android、Vxworks、Unix等各类主流平台，采用基于Internet的WebService
  服务架构和灵活的数据交换系统。

• 具有访问统一性。可有效将现有OPC规范(A&E、DA、HDA、命令、对象类型和复杂数据) 进行集成，不需要依赖微软的DCOM技术，开发和维护更加容易。OPC UA提供了一致、完整的地址空间和服务模型，解决了过去同一系统的信息不能以统一方式被访问的问题。

• 通信安全，具有广泛的通讯范围。防火墙不再是信息传输的阻碍，OPC的信息传输能力大幅提高。OPC UA信息的编码格式通常采用XML文本格式或二进制格式，支持多种网络传输协议。

• 开发含有高度的可靠性和冗余性。OPC UA支持可调试逾时设置、错误自发现和自纠正等功能的实现，可使符合OPC UA规范的设备和系统具备自动处理通信错误和失败的能力。用于OPC UA应用程序之间传递消息的底层通信技术，都可以通过证书生成的公用密匙与私用密匙实现加密和标记功能，以防止信息泄漏和保障信息完整。

3. 为何工业控制领域需要OPC UA？

在工业控制领域，通信协议种类多样化，不同厂家的PLC通信协议不同，同一厂家的不同型号的PLC通信协议也不相同，现场设备（比如电表、水表、热表、水泵、变频器、各种控制器）只要是涉及到通信的，协议都不尽相同，相比较而言，只有modbus 通信协议，相对统一，但是具体到不同厂家，其设备的通信点表也是不同的。所以在工业控制领域，就衍生了一种SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)软件，这种软件最重要的功能就是集成了各种厂家设备的通信协议驱动，实现与设备的通信。随着物联网时代的到来，设备需要接入物联网平台，这种多协议类型势必不方便，因此需要一种统一化的通信协议，OPC UA的目的就是提供一种统一的通信协议，方便系统集成和物联网设备接入。下图显示了OPC UA和PROFINET如何在制造环境中一起工作。

如上图所示，在现场级和控制级中使用PROFINET通讯协议来控制设备，在处理级以上则使用OPC UA数据传输。无论是在云中还是在工厂中，OPC UA是够获取系统数据的一个有效途径。以工厂中的焊接机器人为例，它可以被PLC控制，即PROFINET协议所实现的部分；而同时机器人也能够提供状态监控数据，这就是OPC UA通过PLC与PROFINET通信的同一网络所实现的部分，此时也可以在云上获取机器人的状态数据。

4. OPC UA SDK

虹科OPC UA SDK专为开发人员，系统集成商以及设备和控件制造商设计，它提供了快速启用具有高性能OPC UA功能的设备和应用程序所需的所有功能以及Server和Client开发，此SDK建立在OPC UA“一体式客户端”设计的基础上，抽象了低级OPC UA实施细节，使软件开发人员可以快速轻松地创建可扩展的、易于使用的、支持OPC UA的应用程序。

虹科OPC UA解决方案已在市场应用中得到广泛验证与认可。Blue Pillar是美国的一家工业物联网解决方案供应商，能够将工业设备连接到互联网并提供数据以管理、监控和控制设备。在网关开发过程中，Blue Pillar将虹科OPC UA SDK（软件开发套件）用于其嵌入式网关以大幅降低开发成本，并为工业物联网能源平台用户提供OPC UA连接的充分灵活性和安全性。

而在另一家专注于物联网智能制造和物联网连接产品的工业分析软件和服务的公司VIMANA则使用虹科OPC UA SDK来快速扩展其智能制造软件的连接性，从而使用户能够收听兼容OPC UA的所有设备。

此外，虹科OPC UA SDK解决方案已经助力于国内某个云平台，在采集业务数据之前，通过开发好的OPC UA 客户端查看已定义的节点，再到该云端创建与节点属性对应的OPC UA设备类型数据点。在添加OPC UA设备时输入OPC UA服务器的URI，这样就可以让OPC UA设备成功接入该云平台，整个过程简便且高效。