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    貫穿自動化金字塔,工業控制為何需要OPC UA?

      2022年05月09日  

    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在過程控制方面的應用,被稱為控制系統“中間件技術”,是專為在現場設備、自控應用、企業管理應用軟件之間實現系統無縫集成而設計的接口規范。

      OPC自發布以來已廣泛應用在工業控制系統的信息集成中,但由于對微軟COM/DCOM技術的依賴性,該技術在安全性、跨平臺性以及連通性方面都存在很多問題。例如,很難通過Internet/Intranet,尤其是企業防火墻;難以運行在非微軟系統中,也難以在嵌入式系統中實現;很多上層應用沒有OPC-COM接口,難以進行遠程調用等。

      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。該技術不再依靠DCOM,而是基于面向服務的架構 (SOA),提供了如平臺獨立性,擴展性,高可靠性和連接互聯網的能力。因此,OPC UA的使用更簡便。

    OPC UA是什么?有何特點?

      OPC UA(Open Platform Communications Unified Architecture)是OPC基金會為自動化以及其他領域的數據通信提供的新標準。該技術旨在通過允許使用不同協議并在不同平臺(例如Windows,Mac以及Linux)上運行的工業設備相互通信來解決此問題。

      而且,OPC UA超越了工業以太網的范圍,它包括從自動化金字塔最低層開始的設備——處理現實數據的現場設備,諸如傳感器、執行器和電機等——一直到最高層,包括例如SCADA,MES和ERP系統,以及云計算。OPC UA允許自動化金字塔各個級別的工業設備(以不同的協議和不同的平臺運行)相互通信。

      OPC UA主要有以下幾個特點:

      01、支持跨平臺應用

      目前,OPC技術已成功拓展到Linux、Android、Vxworks、Unix等各類主流平臺,采用基于Internet的WebService 服務架構和靈活的數據交換系統。

      02、具有訪問統一性

      可有效將現有OPC規范(A&E、DA、HDA、命令、對象類型和復雜數據) 進行集成,不需要依賴微軟的DCOM技術,開發和維護更加容易。OPC UA提供了一致、完整的地址空間和服務模型,解決了過去同一系統的信息不能以統一方式被訪問的問題。

      03、通信安全,具有廣泛的通訊范圍

      防火墻不再是信息傳輸的阻礙,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文本格式或二進制格式,支持多種網絡傳輸協議。

      04、開發含有高度的可靠性和冗余性

      OPC UA支持可調試逾時設置、錯誤自發現和自糾正等功能的實現,可使符合OPC UA規范的設備和系統具備自動處理通信錯誤和失敗的能力。用于OPC UA應用程序之間傳遞消息的底層通信技術,都可以通過證書生成的公用密匙與私用密匙實現加密和標記功能,以防止信息泄漏和保障信息完整。

    為何工業控制領域需要OPC UA?

      在工業控制領域,通信協議種類多樣化,不同廠家的PLC通信協議不同,同一廠家的不同型號的PLC通信協議也不相同,現場設備(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,協議都不盡相同,相比較而言,只有modbus 通信協議,相對統一,但是具體到不同廠家,其設備的通信點表也是不同的。

      所以在工業控制領域,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備的通信協議驅動,實現與設備的通信。隨著物聯網時代的到來,設備需要接入物聯網平臺,這種多協議類型勢必不方便,因此需要一種統一化的通信協議,OPC UA的目的就是提供一種統一的通信協議,方便系統集成和物聯網設備接入。下圖顯示了OPC UA和PROFINET如何在制造環境中一起工作。

      如上圖所示,在現場級和控制級中使用PROFINET通訊協議來控制設備,在處理級以上則使用OPC UA數據傳輸。無論是在云中還是在工廠中,OPC UA是夠獲取系統數據的一個有效途徑。以工廠中的焊接機器人為例,它可以被PLC控制,即PROFINET協議所實現的部分;而同時機器人也能夠提供狀態監控數據,這就是OPC UA通過PLC與 PROFINET通信的同一網絡所實現的部分,此時也可以在云上獲取機器人的狀態數據。

    虹科OPC UA解決方案及技術服務

      虹科OPC UA SDK專為開發人員,系統集成商以及設備和控件制造商設計,它提供了快速啟用具有高性能OPC UA功能的設備和應用程序所需的所有功能以及Server和Client開發,此SDK建立在OPC UA“一體式客戶端”設計的基礎上,抽象了低級OPC UA實施細節,使軟件開發人員可以快速輕松地創建可擴展的、易于使用的、支持OPC UA的應用程序。

      虹科OPC UA解決方案已在市場應用中得到廣泛驗證與認可。Blue Pillar是美國的一家工業物聯網解決方案供應商,能夠將工業設備連接到互聯網并提供數據以管理、監控和控制設備。在網關開發過程中,Blue Pillar將虹科OPC UA SDK(軟件開發套件)用于其嵌入式網關以大幅降低開發成本,并為工業物聯網能源平臺用戶提供OPC UA連接的充分靈活性和安全性。

      而在另一家專注于物聯網智能制造和物聯網連接產品的工業分析軟件和服務的公司VIMANA則使用虹科OPC UA SDK來快速擴展其智能制造軟件的連接性,從而使用戶能夠收聽兼容OPC UA的所有設備。

      此外,虹科OPC UA SDK解決方案已經助力于國內某個云平臺,在采集業務數據之前,通過開發好的OPC UA 客戶端查看已定義的節點,再到該云端創建與節點屬性對應的OPC UA設備類型數據點。在添加OPC UA設備時輸入OPC UA服務器的URI,這樣就可以讓OPC UA設備成功接入該云平臺了,整個過程簡便且高效。

      除OPC UA之外,TSN是另一種在多種協議規范并行存在的背景下推動IT與OT融合的技術,該技術和OPC UA分屬不同的組織,其意義在于賦予傳統的標準以太網以實時性,同時使得IT數據與OT的周期性數據在同一網絡中傳輸。目前,TSN技術已應用于鐵路、航空、工業、汽車等領域,并不斷擴大其市場規模。

    (虹科供稿)

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